设计一个简易的透射式能见度测量装置，需要考虑以下关键部分：光源、接收器、信号处理电路、主控单元、显示及通讯模块等。本文将从原理、各个模块的设计及主控芯片的选择等方面展开详细描述。

一、透射式能见度测量装置的工作原理

透射式能见度测量基于光的衰减原理。在光源和接收器之间安装光电探测装置，通过测量光在空气中传播时的衰减程度，来计算能见度值。空气中的颗粒物（如烟雾、雾气、尘埃）会对光产生散射和吸收效应，导致到达接收器的光强减弱。通过测量光强衰减的比例，可以反推出空气的透明度和能见度。

二、系统设计方案

设计方案包括光源、光电接收器、信号放大与处理、主控单元、显示和数据传输模块。各模块的具体实现如下：

1. 光源设计

光源选择波长范围在500-700nm之间的可见光LED，方便检测并适合环境光谱。常用型号有以下几种：

• LTST-C191KRKT-BT：这是常见的红色贴片LED，体积小、亮度高，适合紧凑型设计。

• LXML-PD01-0040：此LED提供较宽的光角和较高的光强，适合需要广泛覆盖光接收区域的应用。

光源需要保持恒定的亮度，因此可以设计一个恒流驱动电路，确保LED的输出功率稳定。

2. 光电接收器设计

光电接收器用于检测LED发出的光强，并将光信号转换为电信号。常用的光电二极管型号有：

• TSL2561：一个具有宽动态范围的数字光传感器，内置ADC可以直接输出数字信号，方便与MCU连接。

• BPW34：灵敏度高的光电二极管，响应速度快，适合模拟信号输出，便于后续放大与处理。

TSL2561可用于低功耗设计，避免增加ADC模块，也可以用BPW34配合信号处理电路来实现信号放大。

3. 信号放大与处理电路

对于光电二极管输出的微弱电流信号，设计一个高增益的放大电路尤为重要。常用的运算放大器包括：

• OPA333：具有超低噪声和高精度，适合用于微小信号的精密放大。

• LM358：双运放芯片，成本低廉，适合基础设计。可以通过电阻设定增益，达到理想的信号放大效果。

OPA333可以确保信号传输过程中不受干扰，而LM358可以在较低的预算下完成基本放大任务。可以通过比较放大后信号的幅度变化，来确定能见度。

4. 主控单元

主控单元负责处理放大后的信号，进行计算处理，并将结果输出到显示模块。这里推荐以下几种主控芯片型号：

• STM32F103RCT6：基于ARM Cortex-M3内核，具备高速ADC，适合高精度测量任务。集成丰富的外设接口，适合多种通讯需求。

• GD32E230C8T6：是一款基于ARM Cortex-M23内核的32位低功耗MCU，性价比高，适合需要较低功耗的设计场景。

• ATmega328P：8位微控制器，内置10位ADC，可用于入门级设计。Arduino平台上也常使用该芯片，开发资源丰富，便于原型验证。

STM32F103RCT6适合追求高精度和稳定性的应用，GD32E230C8T6则在功耗控制方面具有优势，而ATmega328P适合低成本的简易设计。

5. 显示与数据传输模块

显示模块可以选择LCD或OLED显示屏，以实时显示能见度值。数据传输方面可以考虑使用UART、I2C或蓝牙模块，实现数据远程传输。

• OLED模块SSD1306：自发光、对比度高，支持I2C接口，适合小尺寸显示。

• HC-05蓝牙模块：用于实现蓝牙通信，便于与移动设备连接，远程监控数据。

6. 电源管理

电源管理涉及到稳定的电压提供，特别是在LED驱动和信号处理部分，需要使用稳压电路。推荐使用以下电源管理芯片：

• LM317T：可调稳压器，适合精细控制LED的驱动电压。

• SY8120B1ABC：一款DC-DC电源芯片，转换效率高，适合便携式设备设计。

三、系统功能实现与流程设计

1. 光源发射光束：光源LED发射恒定光强，经过空气到达光接收器。

2. 信号检测与放大：光电二极管将接收到的光信号转换为电信号，经由放大器处理，得到与光强度成正比的电压信号。

3. 主控单元处理：主控MCU通过ADC采样该电压信号，将信号数值与预先设置的标准值进行比较，计算空气中的颗粒浓度，从而计算能见度。

4. 数据显示与传输：计算结果通过显示屏显示，用户可以直观看到当前环境的能见度情况；若需要远程监控，则通过蓝牙或其他通讯模块传输数据。

四、主控芯片的选择和作用

1. STM32F103RCT6

• 型号特点：基于ARM Cortex-M3，具有多达12位分辨率的ADC通道，工作频率为72 MHz，支持丰富的外设接口。

• 在设计中的作用：高精度ADC确保数据采样精确，保证测量结果的准确性。STM32的丰富接口资源使得显示、传输功能的扩展性更强。

2. GD32E230C8T6

• 型号特点：采用Cortex-M23架构，主频48 MHz，低功耗设计。

• 在设计中的作用：GD32E230C8T6可以在低功耗条件下稳定工作，适合长时间连续采样的设计场景。该芯片的性价比高，非常适合大规模应用。

3. ATmega328P

• 型号特点：AVR 8位MCU，工作频率20 MHz，带10位ADC。

• 在设计中的作用：ATmega328P是简易方案的理想选择，开发资源丰富，适合快速构建原型系统。虽然精度较低，但对于一般环境的测量需求已足够。

五、系统优化与设计建议

1. 提高光源稳定性：通过采用LM317T稳压电路，使LED光源稳定工作，避免环境温度、供电波动等因素影响光强。

2. 增加防尘设计：在光电接收器和LED光源处加装防尘罩，以减少颗粒沉积对测量的影响。

3. 提升信号处理的抗干扰性：在信号放大电路上增加低通滤波电路，去除噪声干扰，确保信号纯净。

4. 优化电源管理：使用SY8120B1ABC等高效DC-DC转换芯片，可以减少电源损耗，延长设备的续航时间。

六、结论

通过合理设计各个模块、选择合适的主控芯片和电源管理芯片，能够实现一个稳定、低功耗的透射式能见度测量装置。系统主要由光源、光电接收器、信号放大处理、主控单元、显示和通讯模块组成。主控芯片推荐使用STM32F103RCT6、GD32E230C8T6或ATmega328P。每个模块的设计都关系到系统的整体性能，因此在具体实现时需要对各环节进行详细测试和优化。