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基于单片机技术和光电检测技术实现光电控制系

来源:未知     作者:威廉希尔     发布时间:2021-01-09 18:24         

  技术的迅速发展,从而大大地推动了光电技术的发展,使得这一技术得到人们的广泛关注。尤其是在军事中得到了较好的应用,如、精密制造、零件检查等,其生产技术中对光电技术都有了不同程度地应用。并且这些行业由于用了这一高新技术而使得其效率得到大幅提高。但是,目前的光电技术还属于前沿技术,现存的一些光电产品大多原理比较复杂,而且对生产加工技术要求较为严格,因而造价一直比较高,不能被普通用户接受。因此,本文利用遥控设备,与之不同的是,他传送信号的载体是激光,其传送的信号可以特殊调制。特别是其原理简单,造价低廉也使他能够被普通用户所接受。

  该系统利用单片机对电源进行控制。单片机根据用户键入的信息自动生成一串有序电源脉冲,用这一电源脉冲来控制半导体激光器。这样由半导体激光器发射的激光便是一串激光脉冲波,这一串激光脉冲便是载有用户信息的信号波。当光电检测器检测到此激光信号波时,将其成为一续的电脉冲波。但此时所得到的信号常微弱、不够规则的,同时由于杂散光以及外部干扰的存在,此处的电信号还混杂着一些无用的干扰信号,因此这些信号还不可以直接应用。必须通过前置放大电将他进行放大和除噪处理,处理过的信号便可直接驱动单片机工作,进行译码及判别处理。通过比较判别,单片机决定执行哪一种处理,然后生成控制信号来启动控制设备。

  激光调制一般是调制激光的频率或振幅,本方法所采用的技术是将编码技术与激光调制技术结合起来进行综合编译。此处选取AT89C51作为控制模块,他使用广泛,具有稳定性好、性价比高等一些突出的优点,因而,他成为此系统的首选型号的单片机。其具体的编码及调制过程如下:首先在单片机内设定,当检测到一组二进制码时,若是“1”,便通电40μs,若是“0”时,便断电40μs,然后当检测完此组二进制数码时,进行循环执行。这样,这一电脉冲便形成一周期脉冲。当用户键入的数字为1998时,那么其二进制编码便是。那么单片机便控制发出如图2所示的脉冲信号时序控制信号。考虑到接收端也是用单片机,因此还有一个通信协议。这里采用这种方法,一般情况都是低电平,当要发射时先发射4组10μs的信号。此信号发射完才开始发射控制信号。

  目前,光电检测技术中常用到的一些光电检测器件有光电倍增管、雪崩二极管、光电二极管、光电三极管PIN、光敏电阻、光敏电池以及CCD阵列等一些半导体器件。选择光电检测器件可参考表1来进行比较选取。

  从表1可知光电二极管是最理想的选择,他的光谱响应范围可以满足此系统的需求,他具有较好的线性特性、外加电压小、暗电流小、体积小、最稳定以及价格低等一些优点,他的输出电流小,光敏面积小,可以通过设计前置放大电以及装光学器材来增大其受光面积。故选择光电二极管作为此系统的光电检测器件,进行检测电器的连结时要注意光电二极管正常工作于反偏状态下,其一般的检测电如图3所示,该电的微变等效电如图4所示。

  当给定输入光照度时要在负载上取到最大功率输出时,要求满足RL=Rb和g<。此处,Cj为光电二极管结电容,Rg为内阻,Se为光电流。RL是前置放大电的输入电阻。在设计中考虑到为从光电二极管中得到足够的信号功率和电压,RL和Rb不能太小。根据其微变等效电可得RL和Rb过大又会引起高频截止,频率下降,降低了通频带宽度。

  频率的响应是光电检测电考虑的主要因素,要满足所需检测灵敏度前提下获得最好的线性不失真和频率不失真。因此可根据上述分析来设计检测电。

  在光电检测电中其关键部分在于前置放大电的设计以及噪声处理,实际光电检测电中存在各种外部扰动和内部噪声。外部扰动包括随机波动和附加的光调制,光传输介质的端流和背景起伏杂散光的入射以及检测04电所受到的电磁干扰等。这些扰动可以通过稳定辐射光源、去除杂散光、选择偏振片等方法来得到解决。而内部噪声主要是由检测电内部的一些半导体器件而产生。这些噪声主要是以热噪声的形式出现,可以通过电容耦合的方法来消除这些噪声。因此,为了减少外部扰单片机控制半导体激光器,生成一个有序激光脉冲信号,这就大大减少了外部扰动对系统的影响。为了减少与内部热噪声的影响,提高放大器输出端的信噪比,选用无噪声偏置放大电,如图5所示。

  选择C2大小,应使得在最低工作效率时他的电抗小于Rb,这样Ra,Rb产生的热噪声便可通过C2旁通到地。这样只有Rd产生少部分噪声。为了计算确定一些具体的阻容元件参数的方便,将此电作了微变等效分析。一般等效处理即将各种器件等效处理为相同形式的均方值(或有效值)电流源的形式。这样便可以与其余的电器件一起以统一方式建立等效的噪声电。通过计算可以得出此电具有较高的信噪比,且能够满足此系统对信号的要求。

  此部分主要是信号经过放大整形后送入单片机进行处理,并且由单片机产生一控制信号,可实现对不同设备的同步控制。为了检验这一技术的可行性,我们设计并开发了激光密警系统,通过试验其性能稳定,操作方便简捷。证明了这一方法常可行的。

  此系统具有原理简单、系统稳定、价格低廉、操作简便等一些优点,使其能够为更多的用户所接受创造了条件。若将其接收部分进行,装以光电轴或透镜以便增大接收面积,可以进行灵活而快速的近中程通信与控制。其智能化程度比较高,只要改变单片机内的程序便可执行更多其他控制,有很大发展前景。在军事方面,若将此装置用于火箭炮的车外发射,便可进行更简便、更优化、更远距离的操作,不必担心其车外发射电缆的断裂和干扰。在民用方面,他可以用于防盗设备上,使其更具智能化和人性化,如防盗门、保险箱等。在工业方面,他可以用于控制一些大型的成组设备,或是同一流水线上的不同操作步骤。应用了单片机灵活的可编程特性技术,其应用范围变得更加宽广。

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  5低静态电流低压降(LDO)线性稳压器是一款高性能LDO稳压器。它具有+/- 0.9%的线和负载精度以及超低静态电流和噪声,涵盖了当今消费类电子产品所需的所有必要功能。这种独特的器件在没有最小负载电流要求的情况下保持稳定,并且对于任何类型的小至1.0 uF的电容器都是稳定的。 NCV8535还配备了和降噪引脚,以提高设备的整体实用性。 NCV8535提供反向偏压。 特性 线%) 满载时的超低压降(典型值260 mV) 稳定性无最小输出电流 低噪声(31 uVrms) w / 10 nF Cnr和51 uVrms w / out Cnr) 低关断电流(0.07 uA) 反向偏向 2.6 V至12 V电源范围 热关断 目前的 仅需1.0 uF输出电容以确保稳定性 使用任何类型的电容器(包括MLCC)均可稳定 提供1.5 V,1.8 V,1.9V,2.5 V,2.8 V,2.85 V,3.0 V,3.3 V,3.5V,5.0 V和可调输出电压 应用 终端产品 汽车音响和信息娱乐 汽车配件 汽车仪表盘 汽车相机显示器 汽车仪表板电子产品 汽车 工业 电图、引脚图和封装图...

  5是一款LDO(低压降稳压器),能够提供500 mA输出电流。 NCV8165器件旨在满足RF和模拟电的要求,具有低噪声,高PSRR,低静态电流和非常好的负载/线瞬态。该器件设计用于1μF输入和1μF输出陶瓷电容。提供DFNW8 0.65P,3 mm x 3 mm x 0.9 mm封装。 类似产品: NCV8160 NCV8161 NCV8163 NCV8165 输出电流(A) 0.25 0.45 0.25 0.50 PSRR f = 1 kHz(dB) 98 98 92 85 噪音(μV RMS ) 10 10 6.5 8.5 特性 优势 超高PSRR在1 kHz时为85dB,在100 kHz时为63dB 非常适用于Wi-Fi模块等功耗设备 超低输出噪声8.5μV RMS 非常好适用于噪声敏用 超低静态电流12μA 在轻载条件下提高效率 工作输入电压范围1.9V至5.5V 适用于电池供电设备 极低压差200mV,500mA 满载时的低功耗 应用 终端产品 A / D和D / A转换器电源 音频编解码器 电池供电设备 相机模块 RF模块 WiGig电源 LP5907或LP5912升级 汽车设备点负载调节 信息娱乐,车身控制和 远...

  是1 A LDO,配有NMOS passtransistor和的偏置电源电压(VBIAS)。该器件提供非常稳定,精确的输出电压和低噪声,适用于空间受限,噪声的应用。为了优化电池供电的便携式应用的性能,NCP139具有低IQ消耗。 WLCSP6 1.2 mm x 0.8 mmpackage经过优化,适用于空间受限的应用。 类似产品: NCP13x系列 NCP130 NCP133 NCP134 NCP135 NCP137 NCP139 输出电流(A) 0.3 0.5 0.5 0.5 0.7 PSRR f = 1kHz(dB) 70 70 td

  60 压差电压(V) 0.060 0.090 0.090 0.053 0.060 0.060 特性 优势 超低压降典型的。 40mV 允许节省功率并以非常低的Vin-Vout电压工作。 可调电压版本 低压Vcore应用的最佳选择 在1 A负载下典型的50 mV压降。 最大限度地减少调节器的功率损失 输出电流从0到1 非常好的选择用于高电流应用 0.5%典型输出电压精度 非常适合POL应用 输出超过1 A的电流 输出有效可用的放电选项 应用 终端产品 电池供电和便携式设备 智能手机,...

  是一款线 mA输出电流。 NCP161器件旨在满足RF和模拟电的要求,可提供低噪声,高PSRR,低静态电流和非常好的负载/线瞬态。该器件设计用于1μF输入和1μF输出陶瓷电容。它有两种厚度的超小0.35P,0.65 mm x 0.65 mm芯片级封装(CSP),XDFN-4 0.65P,1 mm x 1 mm和TSOP5封装。 类似产品:

  V-A是一个1通道降压型开关稳压器。 特性 优势 不受负载影响的软启动电。 电源电稳定运行。 频率FOLD BACK为负时下垂。 过流 内置逐脉冲OCP电。通过使用外部MOS的导通电阻来检测。 过流 /关闭功能(启用控制) 可在外部启用控制 同步整流的1通道降压型开关稳压控制器方法 电图、引脚图和封装图

  74是一款多相同步控制器,针对新一代计算和图形处理器进行了优化。该器件能够驱动多达8个相位,并集成差分电压和相电流检测,自适应电压定位和PWM_VID接口,为计算机或图形控制器提供精确调节的电源。集成的省电接口(PSI)允许处理器将控制器设置为三种模式之一,即所有相位接通,动态相位脱落或固定低相位计数模式,以在轻载条件下获得高效率。双边沿PWM多相架构可确保快速瞬态响应和良好的动态电流平衡。 应用 终端产品 GPU和CPU电源 图形卡的电源管理 台式电脑 笔记本电脑 电图、引脚图和封装图...

  76是一款多相同步控制器,针对新一代计算和图形处理器进行了优化。该器件能够驱动多达4个相位,并集成差分电压和相电流检测,自适应电压定位和PWM_VID接口,为计算机或图形控制器提供精确调节的电源。集成的省电接口(PSI)允许处理器将控制器设置为三种模式之一,即所有相位,动态相位脱落或固定低相位计数模式,以在轻载条件下获得高效率。双边沿PWM多相架构可确保快速瞬态响应和良好的动态电流平衡。 应用 终端产品 GPU和CPU电源 图形卡电源管理 台式电脑 笔记本电脑 电图、引脚图和封装图...

  JA是一个降压电压开关稳压器。 特性 优势 宽输入动态范围:4.5V至50V 可在任何地方使用 内置过流逐脉冲电,通过外部MOSFET的导通电阻检测,以及HICCUP方法的过流 烧伤 热关闭 热 负载软启动电 控制冲击电流 外部信号的同步操作 它可以改善发生两个稳压器IC之间的振荡器时钟节拍 电源正常功能 稳定性操作 外部电压为输出电压高时可用 应用 降压方式开关稳压器 电图、引脚图和封装图...

  38是一款双同步降压控制器,经过优化,可将电池电压或适配器电压转换为台式机和笔记本电脑系统所需的多个电源轨。 NCP81038包括两个降压开关控制器,通道2上固定5.0 V输出,通道1上3.3 V,两个板载LDO,三个输出:5 V / 60 mA和3.3 V或12 V / 10 mA。 NCP81038支持高效率,快速瞬态响应并提供电力信号。安森美半导体专有的自适应纹波可控制器从CCM到DCM的无缝过渡,其中转换器运行时降低了开关频率,在轻载时具有更高的效率。该器件的工作电源电压范围为5.5 V至28 V 电图、引脚图和封装图...

  48是一款双同步降压控制器,经过优化,可将电池电压或适配器电压转换为台式机和笔记本电脑系统所需的多个电源轨。 NCP81148由两个降压开关控制器组成,通道2上固定5.0 V输出,通道1上为3.3 V,两个板载LDO具有三个输出:5 V / 60 mA和3.3 V或12 V / 10 mA。 NCP81148支持高效率,快速瞬态响应并提供电力商品信号。安森美半导体专有的自适应纹波可控制器从CCM到DCM的无缝过渡,其中转换器运行时降低了开关频率,在轻载时具有更高的效率。该器件的工作电源电压范围为5.5 V至28 V. 电图、引脚图和封装图...

  0是一款集成电源控制IC,具有I 2 C接口。它结合了高效,多相,同步降压开关稳压控制器和I 2 C接口,可实现关键系统参数的数字编程。 特性 优势 I 2 C 启用关键系统参数的数字化编程 快速增强型PWM弹性模式架构 出色的负载瞬态性能 应用 终端产品 CPU Vcor​​e 游戏,桌面,服务器 电图、引脚图和封装图

  8是一款集成电源控制IC,具有I 2 C接口。 NCP4208是一款高效,多相,同步降压开关稳压控制器,可帮助设计高效率和高密度解决方案。 NCP4208可编程为1,2,3,4,5,6,7或8相操作,允许构建多达8个互补降压开关级。 特性 优势 快速增强PWM 出色的负载转换性能 应用 终端产品 CPU Vcor​​e 台式电脑,服务器 电图、引脚图和封装图

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