Thomas Brand

確定光強度可能至關(guān)重要，例如，如果您想設(shè)計房間的照明或準(zhǔn)備拍攝照片。然而，在物聯(lián)網(wǎng)（IoT）時代，光強度在所謂的智能農(nóng)業(yè)中也起著重要作用。在這里，一項關(guān)鍵任務(wù)是監(jiān)測和控制有助于最大化植物生長和加速光合作用的重要植物參數(shù)。因此，光是智能農(nóng)業(yè)中最重要的因素之一。大多數(shù)植物通常吸收可見光譜的紅色、橙色、藍(lán)色和紫色區(qū)域的波長的光。通常，光譜的綠色和黃色區(qū)域波長中的光被反射并且僅對生長有輕微的貢獻。通過控制各個生命階段的部分光譜和光照強度，可以最大化生長，并最終提高產(chǎn)量。

圖1顯示了相應(yīng)的電路設(shè)計，用于測量可見光譜上的光強度，其中植物具有光合作用活性。這里使用了三種不同顏色的光電二極管（綠色、紅色和藍(lán)色），它們響應(yīng)不同的波長。通過光電二極管測量的光強度現(xiàn)在可用于根據(jù)相應(yīng)工廠的要求控制光源。

圖1.用于測量光強度的電路設(shè)計。

此處所示的電路由三個精密的電流電壓轉(zhuǎn)換器級（跨阻放大器）組成，綠色、紅色和藍(lán)色各一個。它們連接到Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的差分輸入端，例如，該轉(zhuǎn)換器將測量值作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)提供給微控制器以進行進一步處理。

將光強度轉(zhuǎn)換為電流

根據(jù)光強度，或多或少的電流流過光電二極管。電流和光強度之間的關(guān)系近似線性，如圖2所示。它顯示了紅色 （CLS15-22C/L213R/TR8）、綠色 （CLS15-22C/L213G/TR8） 和藍(lán)色光電二極管 （CLS15-22C/L213B/TR8） 的輸出電流特性曲線與光強度的函數(shù)關(guān)系。

圖2.紅色、綠色和藍(lán)色光電二極管的電流與光強度的特性曲線。

但是，紅色、綠色和藍(lán)色二極管的相對靈敏度不同，因此每級的增益必須通過反饋電阻R 分別確定FB.為此，短路電流（I南卡羅來納州），必須取自數(shù)據(jù)手冊，然后取自數(shù)據(jù)手冊確定的工作點處的靈敏度S（pA/lux）。RFB然后按如下方式計算：

VFS，P-P表示所需的全輸出電壓范圍（滿量程、峰峰值）和 INT.MAX最大光強度，陽光直射時為 120，000 勒克斯。

電流-電壓轉(zhuǎn)換

對于高質(zhì)量的電流-電壓轉(zhuǎn)換，運算放大器的最小偏置電流是理想的，因為光電二極管的輸出電流在皮安范圍內(nèi)，因此會引起相當(dāng)大的誤差。還應(yīng)存在低失調(diào)電壓。ADI公司的AD1偏置電流典型值為1 pA，最大失調(diào)電壓為8500 mV，是這些應(yīng)用的理想選擇。

模數(shù)轉(zhuǎn)換

為了進一步處理測量值，首先轉(zhuǎn)換為電壓的光電二極管電流必須作為數(shù)字值提供給微控制器。為此，可以使用具有多個差分輸入的ADC，例如16位ADC AD7798。因此，測量電壓的輸出代碼如下：

其中

AIN= 輸入電壓，

N = 位數(shù)，

GAIN= 內(nèi)部放大器的增益因數(shù)，

VREF= 外部基準(zhǔn)電壓。

為了進一步降低噪聲，ADC的每個差分輸入端均使用共模和差分濾波器。

所有所示元件都非常省電，使該電路非常適合電池供電的便攜式現(xiàn)場應(yīng)用。

結(jié)論

必須考慮器件的偏置電流和失調(diào)電壓等誤差源。此外，不利的轉(zhuǎn)換器級放大因子會影響質(zhì)量，從而影響電路結(jié)果。使用圖1所示的電路，光強度可以轉(zhuǎn)換為電值，以相對簡單的方式進行進一步的數(shù)據(jù)處理。