多功能數(shù)字光功率計(jì)的設(shè)計(jì)

摘要：在通信系統(tǒng)中，對(duì)信號(hào)的質(zhì)量的檢測(cè)和判斷十分重要，特別是在光纖等信道中，光功率和信號(hào)質(zhì)量檢測(cè)的重要性尤為突出。本系統(tǒng)采用通用的8位微處理器芯片STC89C52RC作為總控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)光功率和光強(qiáng)的有效檢測(cè)以及對(duì)光信號(hào)進(jìn)行RGB的光譜分析。利用LD激光作為光源，通過前端信息采集部分，將檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)過放大器放大并經(jīng)過濾波電路后，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換器、和單片機(jī)的處理，最后再通過LCD1602顯示檢測(cè)到的光功率和光強(qiáng)以及光譜。

0 前言

在通信領(lǐng)域中，需要對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行質(zhì)量的檢測(cè)處理，目前的通信信號(hào)特別是光信號(hào)的光功率檢測(cè)十分重要。在光纖信道中，光功率檢測(cè)可以檢測(cè)出激光信號(hào)的損耗，從而完成對(duì)光纖信號(hào)的質(zhì)量檢測(cè)。目前，微控制器應(yīng)用于傳感器的測(cè)控技術(shù)使得工業(yè)生產(chǎn)更加現(xiàn)代化，通過對(duì)各式各樣的傳感器的控制，解決了很多譬如數(shù)據(jù)檢測(cè)的難題。由于單片機(jī)成本低廉，操控簡(jiǎn)單易學(xué)，可以應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。通過微處理器對(duì)傳感器的控制，就可實(shí)現(xiàn)在通信領(lǐng)域下光信號(hào)的質(zhì)量檢測(cè)。多功能數(shù)字光功率的設(shè)計(jì)，從基本的光電轉(zhuǎn)換技術(shù)入手，通過相應(yīng)的電路處理和對(duì)微控制器的操作，經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試，有效地檢測(cè)出光功率和光強(qiáng)以及進(jìn)行光譜分析。由于該系統(tǒng)誤差較小、成本低廉、易于調(diào)試等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于光信道光信號(hào)質(zhì)量的檢測(cè)，對(duì)相關(guān)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)以及工業(yè)檢測(cè)有較好的實(shí)用價(jià)值。

1 系統(tǒng)方案

1.1 系統(tǒng)方案描述

為實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的功能，下面分別對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行分析論證，原理框圖與整體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

系統(tǒng)采用單片機(jī)作為微控制芯片，在光照強(qiáng)度檢測(cè)模塊中，使用光電檢測(cè)器檢測(cè)光信號(hào)。當(dāng)有光投射到檢測(cè)器上時(shí)，檢測(cè)器會(huì)有一定的光電信號(hào)轉(zhuǎn)換，把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過放大和AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換后直接由單片機(jī)輸出到顯示器上顯示;光功率檢測(cè)模塊中，采用光電二極管作為光檢測(cè)器，當(dāng)收到光照后會(huì)產(chǎn)生微弱電流，通過濾噪電路、放大電路處理和模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸送給微處理器來顯示。光譜分析模塊中，使用彩色光到頻率轉(zhuǎn)換器進(jìn)行光譜分析。從而實(shí)現(xiàn)多功能數(shù)字光功率計(jì)的設(shè)計(jì)。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)

為了表現(xiàn)整體性和便于檢測(cè)調(diào)試，在制作電路時(shí)采用了模塊化，將電源模塊、顯示模塊以及傳感器模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊分別放置，體現(xiàn)了合理性，將多個(gè)模塊同時(shí)放在多塊電路板中，這樣方便各個(gè)模塊的檢測(cè)與組裝。

2.1 數(shù)據(jù)信號(hào)采集模塊電路

系統(tǒng)采用PIN光電二極管作為接收器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光照強(qiáng)度和光信號(hào)的采集。光電二極管原理圖如圖2所示。

2.2 AC—DC轉(zhuǎn)換電路

AC—DC轉(zhuǎn)換電路的功能為將電流由交流變?yōu)橹绷?，轉(zhuǎn)換電路的電路圖如圖3所示。

2.3 顯示模塊電路

采用的是LCD1602液晶顯示器，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊，它有若干個(gè)5×7或者5 x 11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，低電壓、低功耗也是其又一顯著特點(diǎn)。LCD1602液晶顯示電路如圖4所示。

2.4 電源模塊電路

采用手機(jī)充電器，分別經(jīng)LM7805和LM7905穩(wěn)壓后給單片機(jī)、光電二極管傳感器、LCD1602液晶顯示屏等設(shè)備供電。電源電路圖如圖5所示。

2.5 光譜分析模塊

采用TCS3200，它是TAOS公司推出的可編程彩色光道頻率的轉(zhuǎn)換器。其輸出的信號(hào)是數(shù)字量，可以與微處理器和其他邏輯電路相連接?？梢詫?shí)現(xiàn)每個(gè)彩色信道的10位以上的轉(zhuǎn)換精度。

3 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法。整個(gè)程序由初始化模塊、顯示器部分、電源模塊等各種功能模塊組成。上電后，進(jìn)入系統(tǒng)初始化模塊，系統(tǒng)軟件開始運(yùn)行。在執(zhí)行過程中，根據(jù)選擇分別調(diào)用各個(gè)功能模塊完成對(duì)應(yīng)的功能。程序流程圖如圖7所示。

4 總結(jié)

本多功能數(shù)字光功率計(jì)使用高精度、高響應(yīng)度、低噪聲的光電接收器，能夠準(zhǔn)確地采集到所需信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，盡量減少信號(hào)在傳遞過程中的衰減和干擾，重點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊和光譜分析模塊等做了認(rèn)真的分析。最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)光元素的照射強(qiáng)度、RGB顏色的分析、激光功率幾個(gè)方面的測(cè)量，并通過液晶屏實(shí)時(shí)地顯示測(cè)量數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)字光功率計(jì)的設(shè)計(jì)。此系統(tǒng)在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的今天有很大的推廣應(yīng)用價(jià)值。