研究單片機(jī)的光電傳感信號(hào)檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者/谷敏、謝靖，南陽農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院

研究單片機(jī)的光電傳感信號(hào)檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者/谷敏、謝靖，南陽農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院

本文對(duì)光電傳感結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析，根據(jù)實(shí)際情況，針對(duì)光電檢測響應(yīng)速度以及抗干擾能力這幾個(gè)特點(diǎn)，對(duì)單片機(jī)光電傳感信號(hào)檢測系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)進(jìn)行深入研究，從根本上提高信號(hào)檢測的可靠性和穩(wěn)定性。

單片機(jī)；光電傳感；信號(hào)檢測系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

現(xiàn)如今，社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷快速發(fā)展，工廠也逐漸發(fā)展起來，而在科學(xué)技術(shù)不斷大力發(fā)展和廣泛應(yīng)用的影響下，工廠自動(dòng)化現(xiàn)象越來越普及，而光電傳感器則是廣場自動(dòng)化當(dāng)中非常重要的一部分。光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中能夠切實(shí)有效實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換最根本的元件之一，光電傳感器能夠?qū)⒈粶y量的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成為光信號(hào)，比如紅外線、紫外線等等，然后借助光電元件將光信號(hào)逐漸轉(zhuǎn)換成為點(diǎn)信號(hào)，從根本意義上實(shí)現(xiàn)光電傳感信號(hào)的互換。光電檢測方法具有非常多的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，比如其自身測量的精度比較高、反應(yīng)比較靈敏、其自身還具有非接觸性優(yōu)點(diǎn)等等，另外，傳感器自身的結(jié)構(gòu)相對(duì)來說比較簡單，形式還比較多樣，操作起來比較方便，促使現(xiàn)如今在各個(gè)工廠當(dāng)中，都能夠看到光電傳感信號(hào)檢測系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。

1.光電傳感器結(jié)構(gòu)

■1.1 電源調(diào)節(jié)器

在實(shí)際操作過程中，光電傳感器信號(hào)檢測系統(tǒng)的電路模塊工作電力是5V，而在正常工業(yè)用電電力時(shí)一般是10至30V，所以在這種形勢(shì)下，就需要利用穩(wěn)壓芯片來對(duì)其進(jìn)行降低電壓的處理，利用穩(wěn)壓芯片來降壓保證5V電壓的輸出，另外，由于單片機(jī)供電電壓不同，所以在實(shí)際操作過程中，要根據(jù)實(shí)際情況，利用穩(wěn)壓芯片來保持電力的平衡和準(zhǔn)確，以免由于電力不穩(wěn)定而造成事故發(fā)展。

■1.2 脈沖光源驅(qū)動(dòng)電路

光電傳感器在實(shí)際操作過程中，一般情況下發(fā)射光源都會(huì)選擇紅外發(fā)光二極管，這種紅外發(fā)光二級(jí)管具有其自身獨(dú)有的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，包括可靠性能比較強(qiáng)、輻射強(qiáng)度比較大、正向電壓低等特點(diǎn)，在實(shí)際使用中，很適用于檢測類型的傳感器，利用單片機(jī)設(shè)計(jì)程序?qū)⒚}沖信號(hào)輸出來驅(qū)動(dòng)光源，經(jīng)過三極管進(jìn)行功率放大，這樣不僅能夠有效的增加信號(hào)檢測距離，而且能夠保證檢測結(jié)果準(zhǔn)確性[1]。

■1.3 光電信號(hào)放大器

光電接收元件在使用過程中，利用紅外光敏二極管，與紅外發(fā)光二極管進(jìn)行相互配合使用，將物體在經(jīng)過衰減之后，逐漸從光信號(hào)轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)，信號(hào)自身的強(qiáng)弱狀態(tài)能夠顯示出被檢測物體的實(shí)際狀態(tài)。由于光電二極管的直接輸出電流呈現(xiàn)出一種比較弱的狀態(tài)，所以在實(shí)際操作過程中，很容易受到一些噪聲的干擾影響，所以針對(duì)這一現(xiàn)象，利用低噪聲前置來將電路放大，從而切實(shí)有效的實(shí)現(xiàn)微弱電信號(hào)的放大和濾波，這樣不僅能夠有效的增大信號(hào)幅值，而且能夠方便單片機(jī)自身的轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和利用。

■1.4 控制器

控制器在實(shí)際操作使用過程中，一般情況下利用其自身的特點(diǎn)，集成豐富外設(shè)，這樣能夠最大限度的降低對(duì)外圍元器件的整體需求，這樣能夠促使整個(gè)系統(tǒng)的成本比較低，單片機(jī)自身內(nèi)部集成一般來說有16通道的10位ADC，可以直接利用其自身內(nèi)部控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，在這種形勢(shì)下，其自身片內(nèi)已經(jīng)集成晶振，不需要再外接晶振，這樣不僅能夠有效的簡化電路設(shè)計(jì)，而且能夠方便對(duì)傳感器溫度進(jìn)行切實(shí)有效的研究和分析。

■1.5 輸出電路

輸出顯示電路一般情況下由4位數(shù)碼管顯示，分為位選通以及段選通兩個(gè)部分，根據(jù)實(shí)際檢測信號(hào)的強(qiáng)弱，由單片機(jī)輸出信號(hào)進(jìn)行切實(shí)有效的控制，最后利用LED將傳感器最終的檢測結(jié)果展示出來。

2.信號(hào)處理方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的信號(hào)處理方案設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)驅(qū)動(dòng)光源脈沖信號(hào)的產(chǎn)生、采集信號(hào)的實(shí)際處理情況、信號(hào)輸出以及信號(hào)顯示等等幾個(gè)方面，單片機(jī)對(duì)于已經(jīng)采集到的電壓值進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，基本上是以數(shù)字信號(hào)作為主要顯示方法，與預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行對(duì)應(yīng)比較，在實(shí)際操作過程中，如果超過閾值則表示能夠檢測到有效信號(hào)，如果低于閾值的話，就表示并沒有檢測到有效信號(hào)[2]。另外，在信號(hào)檢測過程中，加入了一些擾動(dòng)處理和表決法處理，從而保證信號(hào)檢測自身的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性都能夠有所提升。

光電傳感器光源驅(qū)動(dòng)所需要的脈沖信號(hào)，在主程序初始化之后，需要對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)器設(shè)置，從0至8自動(dòng)重載計(jì)數(shù)器，并且將其放入到初值控制當(dāng)中，讓計(jì)數(shù)器從開始計(jì)數(shù)一直到溢出的時(shí)間，作為定值，也就是脈沖周期的時(shí)間，這樣才能夠切實(shí)有效的響應(yīng)時(shí)間設(shè)計(jì)的整體要求。而當(dāng)其進(jìn)入到循環(huán)程序當(dāng)中時(shí)，設(shè)置高電平，在被檢測信號(hào)即將達(dá)到峰值的時(shí)候，將其設(shè)置為低電平，這樣能夠最大限度的保證脈寬時(shí)間的最優(yōu)化[3]。單片機(jī)對(duì)放大后的接收信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)處理過程中，需要利用PO.2引腳作為輸入通道，檢測信號(hào)就通過此引腳進(jìn)行有效輸入，在P1.0引腳已經(jīng)逐漸從高電平轉(zhuǎn)向低電平之前，利用一些空閑的時(shí)間，將已經(jīng)轉(zhuǎn)換結(jié)束的中斷標(biāo)志位進(jìn)行切實(shí)有效的清楚，將ADC轉(zhuǎn)換采樣點(diǎn)進(jìn)行有效控制，并且保證其在接受峰值的附近位置。根據(jù)對(duì)整個(gè)過程的觀察不難發(fā)現(xiàn)，ADC在開始轉(zhuǎn)換時(shí)，采樣時(shí)間點(diǎn)設(shè)置在P1.0引腳已經(jīng)變成低電平的時(shí)候，需要啟動(dòng)ADC0來進(jìn)行轉(zhuǎn)換，利用查詢等一系列方式對(duì)其自身的轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行判斷，確定其是否已經(jīng)完成轉(zhuǎn)換，在實(shí)際轉(zhuǎn)換完成之后，從中讀取數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并且將該數(shù)字信號(hào)放入到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)域當(dāng)中。在實(shí)際操作過程中，由于會(huì)受到各種各樣環(huán)境因素的影響，所以要保證周圍的抗干擾環(huán)境，對(duì)信號(hào)進(jìn)行有效處理，從根本上提高檢測的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

3.結(jié)束語

在針對(duì)單片機(jī)光電傳感信號(hào)檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)際研究過程中，不難發(fā)現(xiàn)，這種系統(tǒng)的利用，不僅能夠滿足光電傳感器對(duì)于武力實(shí)際檢測過程中，對(duì)時(shí)間和抗干擾能力的要求，而且能夠?qū)Ω蓴_信號(hào)起到非常有效的抑制作用，從根本上提高傳感器自身的檢測可靠性和真實(shí)有效性。

＊ [1]孟立凡，藍(lán)金輝.傳感器原理與應(yīng)用[J].北京：電子工業(yè)出版社.2011（07）

＊ [2]張旭.單片機(jī)技術(shù)在傳感器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].機(jī)電信息.2011（36）

＊ [3]趙世平，王賽.STC12C2052AD單片機(jī)在智能傳感器開發(fā)中的應(yīng)用[J].軟件導(dǎo)刊.2011（12）