摘要 本设计为基于FPGA(EP2C8Q208C8N)的紫外线强度检测仪的设计，共包括稳压电源、A/D转换电路、按键控制电路、串行通讯电路和液晶显示电路五个部分。首先通过UVM-30紫外线传感器对紫外线强度进行实时采集，由于UVM-30紫外线传感器模块的标准输出是0-1V电流信号，完全符合我们的采样电压要求，故不需进行信号的放大，可直接送A/D转换电路进行转换，然后经FPGA处理并存放数据，同时将采集的液位送入液晶显示模块进行实时显示。本系统可通过按键对采集的数据进行保存，方便以后相关专业人士对数据进行分析。另外，本系统还可通过串行通信电路对数据进行远距离传输。本系统由于比已有技术中必须通过滤除紫外线以外光线的光电组件成本低，从而达到节省成本并广泛应用的功效。

关键词:FPGA，UVM-30，紫外线强度检测，液晶显示，串行通信

Abstract This design based on FPGA (EP2C8Q208C8N) ultraviolet light intensity detector design, including stabilized voltage supply, A/D conversion circuit, pressed key control circuit, serial communication circuit and LCD display circuit of five parts. First through UVM - 30 ultraviolet sensors for real-time acquisition, uv intensity due to UVM - 30 uv sensor module in the standard output is 0 to 1 v current signal, sampling voltage meets our requirements completely, so don't need to signal amplification, can be directly transformed to send A/D conversion circuit, and then by the FPGA to process and store data, and will collect the water into liquid crystal display module for real-time display. This system can through the button to save data, convenient later related professionals to do data analysis. In addition, this system can also be through the serial communication circuit for data transmission over a long distance. Due to this system than the existing technologies must be through the filter in ultraviolet light photoelectric components the cost is low, so as to achieve cost savings and widely used.

Keywords:FPGA,UVM-30,Ultraviolet light intensity detection, liquid crystal display (LCD), serial communication 1．绪论 1.1 紫外线简介 紫外线是电磁波谱中波长从10nm到400nm辐射的总称，不能引起人们的视觉。自然界的主要紫外线光源是太阳，太阳光透过大气层时波长短于290nm米的紫外线为大气层中的臭氧吸收掉。太阳光谱包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等几个波谱范围。其中到达地球表面的光线为紫外线A，B，可视光线及红外线，但对人体最有影响、最有害的是紫外线，它的简称为UV。 紫外线的应用很广泛，如紫外线杀菌消毒，紫外线理疗，紫外线荧光分析和鉴别侦破，紫外线曝光光刻等。紫外线的破坏作用在某些场合是非常危险的。如文物书画，橡胶塑料，在长期照射下会发生老化，紫外线还会伤害眼睛，皮肤和花木等等。HA-ZQJ-254紫外线强度检测仪能测量各种环境中的紫外线辐照剂量。

1.2 紫外线的特点 （1）优点：A、消毒杀菌；B、促进骨骼发育；C、对血色有益；D、偶尔可以治疗某些皮肤病；E紫外线照射直接影响人体维生素D的合成，不照紫外线就没有足量的维生素D （2）缺点：A、使皮肤老化产生皱纹；B、产生斑点；C、造成皮肤炎；D、造成皮肤癌，E，造成皮肤粗糙。 紫外线对健康的危害： 1）免疫功能下降 2）对遗传因子的深度伤害 3）皮肤癌、白内障发病几率增加 4）背后和手脚的色斑癌的发病率增加 5）造成皮肤暗沉、老化、斑点、皱纹 6）癌前病变状态的日光角化症的增加 7）长期照射短波的紫外线可能会引起牙齿痛 另外，紫外线还会促使家具及陈设加速老化褪色。 紫外线照射时，眼睛受伤的程度和时间成正比，与照射源的距离平方成反比，并和光线的投射角度有关。 紫外线强烈作用于皮肤时，可发生光照性皮炎，皮肤上出现红斑、痒、水疱、水肿、眼痛、流泪等；严重的还可引起皮肤癌。 紫外线作用于中枢神经系统，可出现头痛、头晕、体温升高等。作用于眼部，可引起结膜炎、角膜炎，称为光照性眼炎，还有可能诱发白内障，在焊接过程中产生的紫外线会使焊工患上电光性眼炎（可以治愈）。 近年来，大量化学物质破坏了大气层中的臭氧层，破坏了这道保护人类健康的天然屏障。据国家气象中心提供的报告显示，1979年以来中国大气臭氧层总量逐年减少，在20年间臭氧层减少了14%。而臭氧层每递减1%，皮肤癌的发病率就会上升3%。目前，北京市气象局发布了北京市的紫外线指数，以帮助人们适当预防紫外线辐射。 随着环境的不断恶化以及人们长期使用含氟冰箱导致的对臭氧层的严重破坏，使得紫外线越来越威胁到人们的人身安全和身体健康，紫外线所引起的问题也引起了人们越来越多的重视。可见，随时随地的了解当地的紫外线指数就显得异常重要，这就为本课题的研究提供了良好的市场前景。 2．系统总体框架设计 2.1 研究内容 本文针对紫外线强度检测仪的现状及发展趋势，在阅读了大量文献及资料的基础上，成功设计、调试了一套用于计量紫外线强度的智能低功耗紫外线强度检测仪系统。它基于UVM-30紫外线传感器模块能直接将光信号转换为能完全满足AD转换电夺信号的基本原理，对外界紫外线强度进行实时临控，用液晶显示实际采样值，关且包含有强度过高报警装置。系统共包括稳压电源、UVM-30紫外线传感器模块、A/D转换电路、按键控制电路、液晶显示电路、RS232串行通讯电路和FPGA控制电路。 主要研究内容有以下几点： （1）12位的高精度A/D转换器，分辩力达到1mV （2）高精度稳压电源：3.3V和1.2V （3）点阵式液晶显示器的实时显示 （4）精准的超标越限报警电路 （5）串行通讯电路的设计 2.2 课题分析 课题任务：设计一个基于基于UVM-30紫外线传感器模块的紫外线强度检测仪。 基本要求： 1、设计一个12位的A/D转换电路，要求转换精度达到1mV以上； 2、设计一个3.3V和一个1.2V的高精度稳压电源； 3、读数由8位点阵式液晶显示器实时显示； 4、有超标越限报警功能； 5、包含串行通讯电路。 课题任务分析：课题中的紫外线强度检测仪运用UVM-30紫外线传感器模块进行外界紫外光的信号采集，查询UVM-30紫外线传感器模块相关资料可知，其输出电压为0-1V，可对其输出信号直接接入AD中进行数据转换；高精度称压电源可通过DC-DC集成芯片实现；可外扩液晶显示器1602实时显示采样数值；超标越限报警功能可通过外扩蜂鸣器实现；而UART（串行通信）功能可通过对FPGA的软件编程实现。 2.3 系统结构框图的总体设计 本电路的设计包括电源模块、UVM-30紫外线传感器模块、A/D转换模块、按键控制模块、LCD显示模块、串行通讯模块、FPGA中央核心处理模块，由传感器采集数据，然后经A/D转换变为数字信号输送给FPGA进行处理并在LCD上显示出当前的采样值，并且备有串行通讯功能。系统总体设计结构框图如图1所示： FPGA按键

AD7862

PowerUVM-30紫外线传感器

报警器液晶1602串行通信

JATG 图1 系统总体结构框图 2.4 研制过程 1.系统设计——通过查阅资料和书籍，结合自身的电路知识设计出各个模块的具体电路图。 2.画电路原理图——利用Altium Designer 6.9将设计的原理图画出，并进一步制作成PCB，为以后的。 3.FPGA程序的编写——了解FPGA（EP2C8Q208C8N）的内部资源，利用C语言进行编程。 4.程序的调试和烧录——取得印制电路板后，把器件按图正确的焊接在PCB板上，然后将程序烧录进FPGA中并进行系统电路的调试。 5.硬件焊接——考虑到系统的稳定性及美观等条件，硬件焊接在PCB面包板上。 2.5 其他说明 系统分为硬件部分和软件部分。本论文给出了相关芯片的概略资料，主要介绍软件设计思路，及概略介绍了硬件设计流程。

3．相关芯片知识介绍 3.1 UVM-30紫外线传感器模块简介 特点： 专为需要高可靠性和精确性测量紫外线指数（UVI）的场合所设计； 适合测量太阳光紫外线强度总量； 对照世界卫生组织紫外线指数分级标准 检测UV波长:200-370nm ； 响应极快、全互换性； 采用具有专利的固体聚合物构造、防水防尘易清洗； 线性电压信号输出； 小尺寸，适用于移动电话等便携产品； 典型应用： 紫外线测试仪 紫外线指数计（UV Index Meter ） 户外阳光紫外线监测设备 杀菌灯设备 火焰探测