窄带中激光光谱与方向探测装置.docVIP

目录 一． 方案论证和比较 1 1.1 传感器选择 1 1.2 传感器电路的设计 1 1.3 信号调理电路的设计 1 二． 系统设计 1 2.1 器件资料简介 1 2.1.1 光电二极管介绍 1 2.1.2 光敏电阻介绍 2 2.1.3 AD620介绍 2 2.1.4 ADC08009介绍 2 2.1.5 LM358介绍 2 2.1.6 OP07介绍 3 2.2 系统总体设计思路 3 2.3 系统设计框图 3 2.4系统模块电路图 3 2.4.1 激光波长测试模块 3 2.4.2 光强测量电路 4 2.4.3 AD转换电路 5 2.5 单片机系统电路 5 2.6 系统总体电路图 6 2.7 PCB板图 6 三． 软件设计 10 3.1 软件流程图 10 3.2软件设计思路 10 四． 系统测试 10 五． 总结 11 六． 附录 11 窄脉冲激光方向探测装置 摘要：本设计是基于51单片机的窄脉冲激光波长和方向探测装置设计，系统的主要思想是光陀螺的原理。是以STC89C52为核心，用ADC0809作为AD转换器，用光敏电阻和光电二极管作为传感器。用精密仪用放大器AD620作为信号放大器，将光信号转换成的微弱电信号进行放大。在单片机进行量化处理，最后完成方向的标定和光强波长的测试。 关键字：STC89C52,AD620,ADC0809，光敏电阻，光电二极管，惠斯登电桥。 方案论证和比较 传感器选择 方案一：对激光的波长检测器件采用两种对不同波长敏感的光电二极管，将二极管结成反偏，在后续用信号完成放大、滤波、AD转换。单片机采集，转换显示。测量光强的方式采用PSD作为传感器。能感知光强中心和光强的大小，它具有电流放大的作用。信号容易获取。 方案二：对激光波长检测采用光电二极管，用光电二极管和电阻串联在一起，将电流信号转换成电压信号。再进行后续的放大处理，完成信号的获取。测量光强采用光敏电阻做为传感器。本设计中采用本方案。 传感器电路的设计 方案一： 激光波长测试电路采用光电二极管和电阻串联，放大器从电阻两端取样。用OP07进行放大，再用ADC0809完成AD转换。光强测量电路用PSD作为传感器，后续用信号调理电路处理。 方案二： 激光波长测试电路就直接用光电二极管和电阻串联作为传感器电路，激光入射角度测试用光敏电阻构成惠斯登电桥，取差分电压，然后将差分信号用精密仪用放大器AD620放大，然后用LM358进行射级跟随，在跟随电路前端加上电压抬升电路。本设计采用本方案。 信号调理电路的设计 信号调理电路的设计需要根据实际电路进行分析，本设计本身由于测量光的方向，和光强的大小，所以后续放大倍数要求较高。采用惠斯登电桥将不同光照的信号进行作差放大。由精密仪用放大芯片AD620完成。放大倍数可以通过滑动变阻器调节。放大倍数能达到60dB。由于差动放大的信号有正有负，而ADC0809能采集的信号必须是一个正的信号。所以必须用一个电位抬升电路或者用一个加法器将信号转换到0-5V的电压信号。 系统设计 2.1 器件资料简介 2.1.1 光电二极管介绍 采用SFH229光电二极管，对400nm-1100nm的波长区的光有效。 2.1.2 光敏电阻介绍 采用普通光敏电阻，在有光照的情形下阻值大概是10k，在没有光照的情形下大概为3M。变化范围大。 2.1.3 AD620介绍 AD620是一款低成本、高精度仪表放大器，仅需要一个外部电阻来设置增益，增益范围为1至10,000。AD620 由传统的三运算放大器发展而成, 但一些主要性能却优于三运算放大器构成的仪表放大器的设计, 如电源范围宽(±2. 3～ ±18 V ) , 设计体积小, 功耗非常低(最大供电电流仅1. 3 mA ) , 因而适用于低电压、低功耗的应用场合。AD620 的单片结构和激光晶体调整, 允许电路元件紧密匹配和跟踪, 从而保证电路固有的高性能。AD620 为三运放集成的仪表放大器结构, 为保护增益控制的高精度, 其输入端的三极管提供简单的差分双极输入, 并采用β工艺获得更低的输入偏置电流, 通过输入级内部运放的反馈, 保持输入三极管的集电极电流恒定, 并使输入电压加到外部增益控制电阻RG上。AD620 的两个内部增益电阻为24. 7 k8 , 因而增益方程式为G =49.4 kΩ/R G + 1 。对于所需的增益, 则外部控制电阻值为R G =49.4/（G - 1）kΩ。 图1 AD620的封装 2.1.4 ADC08009介绍 ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。 ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器