1 引言
在20世紀(jì)50年代后期，隨著材料技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、激光技術(shù)、微電子技術(shù)以及光學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，從而大大地推動(dòng)了光電技術(shù)的發(fā)展，使得這一技術(shù)得到人們的廣泛關(guān)注。尤其是在軍事中得到了較好的應(yīng)用，如激光雷達(dá)、反激光制導(dǎo)武器系統(tǒng)等都利用到了這一技術(shù)。同時(shí)在一些特殊的工業(yè)行業(yè)中，如光纖通信、精密測(cè)量、精密制造、零件檢查等，其生產(chǎn)技術(shù)中對(duì)光電技術(shù)都有了不同程度地應(yīng)用。并且這些行業(yè)由于用了這一高新技術(shù)而使得其效率得到大幅提高。但是，目前的光電技術(shù)還屬于前沿技術(shù)，現(xiàn)存的一些光電產(chǎn)品大多原理比較復(fù)雜，而且對(duì)生產(chǎn)加工技術(shù)要求較為嚴(yán)格，因而造價(jià)一直比較高，不能被普通用戶接受。因此，本文利用單片機(jī)結(jié)合光電技術(shù)而開發(fā)設(shè)計(jì)了這一光電控制設(shè)備。該設(shè)備類似于紅外遙控設(shè)備，與之不同的是，他傳送信號(hào)的載體是激光，其傳送的信號(hào)可以特殊調(diào)制。特別是其原理簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉也使他能夠被普通用戶所接受。
2 基本原理
本系統(tǒng)的基本原理主要是單片機(jī)技術(shù)和光電檢測(cè)技 術(shù)的結(jié)合，其檢測(cè)原理框圖如圖1所示。
該系統(tǒng)利用單片機(jī)對(duì)電源進(jìn)行控制。單片機(jī)根據(jù)用戶鍵入的信息自動(dòng)生成一串有序電源脈沖，用這一電源脈沖來(lái)控制半導(dǎo)體激光器。這樣由半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光便是一串激光脈沖波，這一串激光脈沖便是載有用戶信息的信號(hào)波。當(dāng)光電檢測(cè)器檢測(cè)到此激光信號(hào)波時(shí)，將其轉(zhuǎn)化成為一串連續(xù)的電脈沖波。但此時(shí)所得到的信號(hào)是非常微弱、不夠規(guī)則的，同時(shí)由于雜散光以及外部干擾的存在，此處的電信號(hào)還混雜著一些無(wú)用的干擾信號(hào)，因此這些信號(hào)還不可以直接應(yīng)用。必須通過(guò)前置放大電路將他進(jìn)行放大和除噪處理，處理過(guò)的信號(hào)便可直接驅(qū)動(dòng)單片機(jī)工作，進(jìn)行譯碼及判別處理。通過(guò)比較判別，單片機(jī)決定執(zhí)行哪一種處理，然后生成控制信號(hào)來(lái)啟動(dòng)控制設(shè)備。
3 關(guān)鍵技術(shù)
3．1 編碼技術(shù)／激光調(diào)制技術(shù)
激光調(diào)制一般是調(diào)制激光的頻率或振幅，本方法所采用的技術(shù)是將編碼技術(shù)與激光調(diào)制技術(shù)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行綜合編譯。此處選取AT89C51作為控制模塊，他使用廣泛，具有穩(wěn)定性好、性價(jià)比高等一些突出的優(yōu)點(diǎn)，因而，他成為此系統(tǒng)的首選型號(hào)的單片機(jī)。其具體的編碼及調(diào)制過(guò)程如下：首先在單片機(jī)內(nèi)設(shè)定，當(dāng)檢測(cè)到一組二進(jìn)制碼時(shí)，若是“1”，便通電40μs，若是“0”時(shí)，便斷電40μs，然后規(guī)定當(dāng)檢測(cè)完此組二進(jìn)制數(shù)碼時(shí)，進(jìn)行循環(huán)執(zhí)行。這樣，這一電脈沖便形成一周期脈沖。當(dāng)用戶鍵入的數(shù)字為1998時(shí)，那么其二進(jìn)制編碼便是11111001110。那么單片機(jī)便控制發(fā)出如圖2所示的脈沖信號(hào)時(shí)序控制信號(hào)。考慮到接收端也是用單片機(jī)，因此還有一個(gè)通信協(xié)議。這里采用這種方法，一般情況都是低電平，當(dāng)要發(fā)射時(shí)先發(fā)射4組10μs的信號(hào)。此信號(hào)發(fā)射完才開始發(fā)射控制信號(hào)。
3．2 光電檢測(cè)器件的選取
目前，光電檢測(cè)技術(shù)中常用到的一些光電檢測(cè)器件有光電倍增管、雪崩二極管、光電二極管、光電三極管、PIN、光敏電阻、光敏電池以及CCD陣列等一些半導(dǎo)體器件。選擇光電檢測(cè)器件可參考表1來(lái)進(jìn)行比較選取。
從表1可知光電二極管是最理想的選擇，他的光譜響應(yīng)范圍可以滿足此系統(tǒng)的需求，他具有較好的線性特性、外加電壓小、暗電流小、體積小、最穩(wěn)定以及價(jià)格低等一些優(yōu)點(diǎn)，他的輸出電流小，光敏面積小，可以通過(guò)設(shè)計(jì)前置放大電路以及裝光學(xué)器材來(lái)增大其受光面積。故選擇光電二極管作為此系統(tǒng)的光電檢測(cè)器件，進(jìn)行檢測(cè)電器的連結(jié)時(shí)要注意光電二極管正常工作于反偏狀態(tài)下，其一般的檢測(cè)電路如圖3所示，該電路的微變等效電路如圖4所示。
3．3 檢測(cè)電路的頻率特性分析
當(dāng)給定輸入光照度時(shí)要在負(fù)載上取到最大功率輸出時(shí)，要求滿足RL=Rb和g<。此處，Cj為光電二極管結(jié)電容，Rg為內(nèi)阻， Se為光電流。RL是前置放大電路的輸入電阻。在設(shè)計(jì)中考慮到為從光電二極管中得到足夠的信號(hào)功率和電壓，RL和Rb不能太小。根據(jù)其微變等效電路可得 RL和Rb過(guò)大又會(huì)引起高頻截止，頻率下降，降低了通頻帶寬度。
