嵌入式光電信號數據采集及人機交互技術研究

饒浚節

摘要：在科學技術的發展下光電技術發展飛快，光電技術的應用非常的廣泛，尤其在工業生產中光電技術更是被廣泛應用。嵌入式光電技術主要依托于光電檢測與光電信息處理技術，基于光電技術的應用度越來越高，理工科高校越來越重視光電技術的教學與研究，由于在光電技術的教學實踐中設置了更高的目標。為了使光電技術教學平臺更為完備完整，因此該課題主要研究嵌入式光電特性測試系統，從而探討其在光電檢測系統中所具有的價值。在課題研究中筆者探究了光電信息技術的發展狀況，對嵌入式系統以及人際互動做出介紹，注重分析了嵌入式系統及人機互動技術的硬件電路與軟件設計。

關鍵詞：嵌入式光電;數據采集;人機交互

中圖分類號：TP3? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）27-0103-02

光電技術的發展很大程度都是由信息技術的發展帶動的，在工業生產中應用最普遍的技術就是通信技術與自動化技術，其中通信技術最重要的組成部分就是光電轉換與數據采集，因此可以看出光電技術在工業生產，乃至國家發展中的重要地位。光電轉換依托光電傳感器來進行，通過光電轉換器可以提高傳輸的精度與穩定度，同時也會對自動化控制的精度與穩定度產生影響。在生產過程中，為了適應生產中因環境復雜與檢測對象多樣將光電傳感器應用其中，從而提高生產的效率，在實際生產環境中，對光發傳感器的精度與穩定性要求更高，只有這樣才能保證生產的品質，提高生產效益。數據采集系統使用最廣泛的是用數模轉換器及模數轉換器與單片機進行數據傳輸，數據的處理都是通過單片機進行，并將其處理為一定邏輯性的數據，進而進行傳輸。傳統數據采集最大的弊端就是受環境與氣候的影響大，在遠距離的傳輸時，會造成數據傳輸失敗。隨著信息技術的發展遠程數據采集得以實現并獲得飛速的發展，從而使各行各業受益，并對各行各業的發展產生很大影響，成為各行業中最有價值、不可或缺的生產工具之一。

1 光電信息技術的發展狀況

從載體角度看，光子與電子的相同之處都是依賴于信息載體。在20世紀后期，微電子集成電路的出現直接為計算機技術帶來了翻天覆地的變化，所謂微電子技術就是在半導體研究中所引導出的，正是由于微電子電路的出現，才使集成電路由巨型逐步向“微”型轉變，但是在發展過程中是逐步趨于極限的。也就是說，作為信息載體的電子，也隨著集成電路的微型轉變趨于極限。光電信息與電子相比的優越性就主要體現在電子的短板上，即容量大、速度快，同時還具有電子無法比擬的直觀性，人們能通過光電信息來獲得一定的視覺沖擊。

從20世紀開始，伴隨計算機技術的發展，光電技術發展也迎來了高光時刻，并與各類技術相滲透、相結合，光電技術處于高速發展階段中，對其影響最大的就是無線電電子與控制信息理論。電子學中的一些技術逐步應用到光電技術中，例如，振蕩、編碼、調制等。同時，電子學中所涉及的可控器件、電路功能以及有源等也逐步通過光學技術實現。光學儀器自動化的實現也離不開電子技術，它是通過電子技術、光電傳感器以及微處理技術實現的，這大大促進了光電技術的發展。隨著光電技術的進一步發展，其在推動自動控制、人工智能上也有很大的作用，尤其涉及高精度的遠距離測量以及圖像成像等，都離不開光學技術。光學信息技術帶來了電子技術上的重要變革，改變了信息傳輸的方式，使信息的載體微波頻域擴充到光波頻域，創造出新一代的電子器件，從而構建起龐大的、先進的光電子產業。通過這樣技術的發展，更好地將光學技術與電子技術融合起來，從而將光學與電子技術的優點結合起來構成了光電混合系統，也就是我們說的光電系統。真正將光學與電學聯系起來的是光電、電光以及光控等有源控制器件，它為光電技術的實現創造了基礎與可能。自此，光電技術的發展開始邁向新的征程，并開始發揮巨大作用。

2 嵌入式系統及人機交互技術簡介

所謂嵌入式系統就是硬件與軟件的結合體，嵌入式系統也正是由硬件與軟件組成的。單從技術層面看，嵌入式系統主要是由處理器硬件、應用程序和操作系統構成的，它是一個集合系統。而從系統層面看，嵌入式系統是為了完成更高級更復雜的功能而實現的硬件與軟件的組合，并使硬件與軟件充分融合構成計算機系統。概括地說，只要是用以微處理器的專門硬軟件系統就都是嵌入式系統。嵌入式系統特點有以下幾點：

1）內核小。嵌入式系統的內核小，主要應用在小型與微型的電子設備中，所以系統資源是較少了，其操作系統也就小。

2）運行環境廣泛。嵌入式系統由于運用非常的方便，所以其廣泛性強，導致系統所適用環境差異也比較大。

3）個性化突出。由于嵌入式系統是為了解決一定任務，所以帶有很明確的目標性，與一般傳統的計算機相比，嵌入式系統個性化突出，硬件與軟件相互結合，配合緊密。

4）可靠性強。嵌入式系統的可靠性很強，與普通計算機相比，嵌入式系統是需要常年運作的，在處理一些突發狀況時，嵌入式系統的可靠性就凸顯出來，即便無人值守也可以實現有效的、穩定的運行。

5）系統精簡，實時性強。嵌入式系統非常的精簡，它的工作目標非常的明確，所以在設計時，所占用的資源少，只需要將最核心的部分做到最小。同時為了適應各類環境的需求，嵌入式系統還必須有較強的可裁剪性、可移植性以及可伸縮性。

6）固化非易失性存儲器中的代碼。為了提升系統的穩定，保證嵌入式系統的工作，幾乎嵌入式都會固化非易失性存儲器中的代碼。這樣不僅提高了系統運行速度，還保證了系統的可靠性。

7）開發工具和環境。嵌入式系統在自主開發上存在局限，所以對嵌入式系統設計完成后，用戶是不能再對其程序進行修改與完善的，嵌入式開發系統只有依靠開發工具和環境才能實現自主開發。

3 嵌入式系統及人機交互技術硬件電路設計

1）總體硬件電路設計?？傮w硬件電路設計主要包括主控芯片、數據采集芯片。主控芯片是整個系統的核心，考慮到運用一般的系統會花費較大的資金，并且其移動性也很差，所以本次課題中筆者選擇嵌入式光電特性測試系統，這樣不僅會減少資金花費，還會簡化測試的過程，創造良好體驗感的人機交互界面。數據采集芯片也非常的重要，它具有強大的運算功能，通過將所運算的結果傳遞給系統，建立友好的人際互動界面。兩項重要的芯片設計完成后，還包括光源硬件電路設計、光電功能模塊硬件電路設計、數據采集模塊的硬件設計、主控單元硬件電路設計。