專(zhuān)利名稱(chēng)：光電數(shù)字測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可用于可見(jiàn)光、近紅外光測(cè)量的光電數(shù)字測(cè)量?jī)x。屬于傳感器 技術(shù)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光電傳感器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種器件，可用于檢測(cè)直接由光強(qiáng)度變 化引起的非電量，如光強(qiáng)、光照度等，光電傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特 點(diǎn)，它的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)，在現(xiàn)代測(cè)量與控制系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛。光電數(shù)字測(cè) 量?jī)x，是利用光電傳感器得到光電信號(hào)，通過(guò)采樣和處理電路，將光電信號(hào)經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn) 換后輸入單片機(jī)，再經(jīng)單片機(jī)計(jì)算和處理后顯示輸出的一種光電實(shí)驗(yàn)儀器。光電數(shù)字測(cè)量?jī)x是面向高等院校、職業(yè)技術(shù)學(xué)校和其他專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行物理、自 動(dòng)化等相應(yīng)專(zhuān)業(yè)的課程教學(xué)和科研的重要設(shè)備之一。隨教學(xué)的發(fā)展，高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅要求實(shí)驗(yàn)設(shè)備能夠提供原理性演示性的實(shí) 驗(yàn)項(xiàng)目，同時(shí)也要求能進(jìn)行進(jìn)一步量化的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新的思維和動(dòng)手能 力，另一方面要求實(shí)驗(yàn)設(shè)備要貼近社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐，為社會(huì)培養(yǎng)應(yīng)用性人才和工程技術(shù)人 員，而現(xiàn)有的傳感器實(shí)驗(yàn)多只能提供原理性和演示性的傳感器特性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，尚不能 對(duì)得到的測(cè)量數(shù)據(jù)作更進(jìn)一步的處理。還沒(méi)有能同時(shí)進(jìn)行可見(jiàn)光和近紅處光的光強(qiáng)、光 電特性測(cè)量和實(shí)驗(yàn)研究的實(shí)驗(yàn)儀器。

發(fā)明內(nèi)容
本光電數(shù)字測(cè)量?jī)x針對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)儀器所存在的缺點(diǎn)，提出一種寬光譜測(cè)量范圍 的、能將光電傳感器的光電信號(hào)經(jīng)采樣和單片機(jī)處理、最后顯示輸出的光電數(shù)字測(cè)量 儀，能滿(mǎn)足高等院校等教學(xué)科研單位光電實(shí)驗(yàn)的教學(xué)要求。光電數(shù)字測(cè)量?jī)x主機(jī)內(nèi)含有信號(hào)的采樣和處理電路、AT89C52單片機(jī)和穩(wěn)定的 電源，從光電傳感器得到的光電信號(hào)，通過(guò)采樣和處理電路，信號(hào)經(jīng)MAXl 107進(jìn)行模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入單片機(jī)，再經(jīng)單片機(jī)計(jì)算和處理，由MAX7219驅(qū)動(dòng)后顯示輸出。本光電數(shù)字測(cè)量?jī)x所采用的光電傳感器OPT301是一塊具有高靈敏度的光電集成 電路，內(nèi)含光電二極管和一個(gè)精密FET輸入運(yùn)放的器件，它性能穩(wěn)定，光譜范圍寬，從 而使得傳感器的輸出電流和輸入光的光照度是準(zhǔn)確的線(xiàn)性關(guān)系，而該傳感器的工作電壓 范圍寬，暗電流小，耗電省。它有一個(gè)入射光接收窗口，以便其內(nèi)的光電二極管接收入 射的可見(jiàn)光和近紅外光光譜，光電二極管工作在零偏壓，具有很低的漏電流，其光響應(yīng) 的波長(zhǎng)范圍300nm llOOnm。光電測(cè)量?jī)x的單片機(jī)采用ATMEL公司的低電壓、高性能的8位單片機(jī) AT89C52,片內(nèi)含SkB的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器(RAM)，它有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O)端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中 斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，1個(gè)全雙工串行通信口，AT89C52可在線(xiàn)編寫(xiě)。特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。顯示驅(qū)動(dòng)器采用MAX7219芯片，MAX7219是高性能的多位LED顯示驅(qū)動(dòng)器，
其接口采用當(dāng)前流行的同步串行外設(shè)接口 SPI，可與單片機(jī)方便連接并可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位 LED。MAX7219內(nèi)部還具有15X8位RAM功能控制寄存器，可方便尋址，對(duì)每位數(shù)字 可單獨(dú)控制及刷新，無(wú)需重寫(xiě)整個(gè)顯示器。顯示器的亮度可數(shù)字控制。光電數(shù)字測(cè)量?jī)x采用無(wú)頻閃的直流電燈作為可見(jiàn)光發(fā)光光源，從而得到更為穩(wěn) 定的光強(qiáng)，同時(shí)也可通過(guò)更換OD系列大功率紅外發(fā)光管來(lái)作為紅外光發(fā)光光源，工作時(shí) 照明光路是置與暗筒中進(jìn)行的，消除了雜散光對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。光學(xué)暗筒的結(jié)構(gòu)一端是 裝有光電傳感器的安裝蓋，通過(guò)屏蔽連接導(dǎo)線(xiàn)將光電信號(hào)引入測(cè)量?jī)x主機(jī)電路，另一端 是裝有直流電燈的可沿暗筒中心軸作定向移動(dòng)的圓柱形金屬桿，上面標(biāo)有刻度，可以調(diào) 節(jié)并讀取光源與光電傳感器元件的距離，改變它們之間的相對(duì)照度。學(xué)生通過(guò)本光電數(shù)字測(cè)量?jī)x可掌握光電傳感器的工作原理和基本特性，掌握光 電傳感器的檢測(cè)原理和方法。可測(cè)量光電傳感器的可見(jiàn)光的光照特性和光電特性曲線(xiàn)。 同時(shí)也可完成光電傳感器的紅外光的光照特性和光電特性曲線(xiàn)。通過(guò)光源與傳感器間距 離的調(diào)節(jié)，可完成光強(qiáng)與距離的關(guān)系曲線(xiàn)。


圖1是光電數(shù)字測(cè)量?jī)x主機(jī)，圖1中1是光電數(shù)字測(cè)量?jī)x主機(jī)，3是四位數(shù)顯電 流表，4是六位數(shù)顯照度輸出，5是電源指示，6是電壓調(diào)節(jié)旋鈕，7是傳感器電源輸出插 孔，8是光電源調(diào)節(jié)旋鈕，9是光電源輸出插孔，10是外接輸出口，11是光電傳感器的信 號(hào)輸入口。圖2是光學(xué)暗筒，圖2中2是光學(xué)暗筒，12是光電傳感器，13是光源，14是固 定底座，15是圓柱形軸向刻度尺，16是光源接線(xiàn)，17是光電傳感器電源接線(xiàn)，18是光電 傳感器信號(hào)輸出線(xiàn)。圖3是OPT301的內(nèi)部電路4是光電傳感器的信號(hào)輸出電路圖5是光電信號(hào)的采集與處理電路圖6是基本的I/O電路圖
具體實(shí)施例方式本光電數(shù)字測(cè)量?jī)x包含光電數(shù)字測(cè)量?jī)x主機(jī)1和光學(xué)暗筒2兩大部分，在光電數(shù) 字測(cè)量?jī)x主機(jī)1中包括信號(hào)采樣和處理電路、單片機(jī)和穩(wěn)定的電源，以及一組四位數(shù)顯 的電流表3和一組六位的光照度輸出4，面板上有光電傳感器的電源輸出7和光源的電源 輸出9及傳感器的信號(hào)輸入口 11。光學(xué)暗筒2內(nèi)含有光電集成電路12和可更換光源13 及可調(diào)整光源與光電傳感器距離的沿軸定向移動(dòng)的圓柱形刻度尺15。光電數(shù)字測(cè)量?jī)x主機(jī)1的傳感器電源輸出7與光學(xué)暗筒2中的17端通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)相 接，并由電壓調(diào)節(jié)旋鈕6調(diào)節(jié)，輸入傳感器所需電源。主機(jī)1上的電源輸出端9與光學(xué) 暗筒中的16端通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)相接，并由光電源調(diào)節(jié)旋鈕8調(diào)節(jié)，輸入發(fā)光光源所需電源，光 學(xué)暗筒中的18端輸出的光電傳感器信號(hào)，通過(guò)屏蔽導(dǎo)線(xiàn)輸入到光電數(shù)字測(cè)量?jī)x主機(jī)1中
4的11信號(hào)輸入口。而光學(xué)暗筒2的左右兩端都是經(jīng)螺紋連接并進(jìn)行密閉的，旋開(kāi)后可以 方便地更換不同的光源和進(jìn)行后期的維護(hù)。 光電數(shù)字測(cè)量?jī)x的光電集成芯片采用OPT301，單片機(jī)采用AT89C52，積分電路 采用LM308，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器采用MAXl 107，OPT301的1腳接正電源，3腳接負(fù)電源， 8腳接地，電源與地之間分別接有濾波電容Cl和C2，OPT301的8腳接地，4、5腳間接 有一電阻R1，其5腳輸出的光電信號(hào)通過(guò)電阻R2耦合連接到積分電路放大器LM308的 輸入端2腳，LM308的電源與地之間分別接有濾波電容C6、C3，其3腳接地，1、8腳 間接有一電容C4，其輸出端6腳連接MAX1107的2腳輸入端，在LM308的輸出端與輸 入端之間并聯(lián)連接有積分電阻R3、R4和電容C5，MAX1107的1、8腳接入+5V電源， 在電源與地之間接有濾波電容C7，同時(shí)它3、4腳接地，其輸出的10、9、7腳分別連接 AT89C52的P1.0，P1.1禾Π P1.2端口，AT89C52的31腳接高電平，其輸出I/O端Ρ0.0 Ρ0.8連接總線(xiàn)通訊控制器SJA1000的數(shù)據(jù)端口 ADO AD7，SJA1000的9、10腳接時(shí)鐘， 8腳接地，其時(shí)鐘輸出端7腳連接單片機(jī)的時(shí)鐘輸入端19，使兩者時(shí)鐘同步，SJA1000和 AT89C52中斷接口互相連接，SJA1000的15、21腳接地，其CS腳連接AT89C52的28 腳，SJA1000的18、22腳接電源，電源串聯(lián)電阻R12、R13接地，R13對(duì)地的分壓接入 其20腳。AT89C52的17、18和19腳分別接入顯示驅(qū)動(dòng)ΜΑΧ7219的1、12和13腳的 DIN、LOAD禾Π CLK端，ΜΑΧ7219的4腳和9腳接地，19腳接入+5V電壓，其2、3、 5、8、10腳的DIGO到DIG5端各自與六位數(shù)碼管的陰極相連，其14 17、20 23端 的SEGA SEGG和DP端作為數(shù)碼顯示管的7段驅(qū)動(dòng)和小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種光電數(shù)字測(cè)量?jī)x，包含光電數(shù)字測(cè)量?jī)x主機(jī)(1)和光學(xué)暗筒(2)，光學(xué)暗筒 (2)內(nèi)含有光電集成電路(12)和可更換的光源(13)及可軸向調(diào)整距離的光源支架(15)， 光電數(shù)字測(cè)量?jī)x主機(jī)(1)內(nèi)包括信號(hào)采樣和處理電路、單片機(jī)和穩(wěn)定的電源，以及一組 四位數(shù)顯的電流表(3)和一組六位的光照度輸出(4)，面板上有光電傳感器的電源輸出 (7)和光源的電源輸出(9)及傳感器的信號(hào)輸入口(11)。從光電傳感器(12)得到的光電 信號(hào)，通過(guò)采樣和處理電路，信號(hào)經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)計(jì)算和處理后 顯示輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電數(shù)字測(cè)量?jī)x，其特征是其光電傳感器采用了高靈敏 度的光電集成芯片OPT301，能進(jìn)行可見(jiàn)光和近紅外光的光照和光電特性測(cè)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電數(shù)字測(cè)量?jī)x，其特征是在光電數(shù)字測(cè)量?jī)x主機(jī)(1) 內(nèi)采用了單片機(jī)AT89C52進(jìn)行信號(hào)的處理和計(jì)算，采用了 LM308進(jìn)行信號(hào)積分，通過(guò) MAXl 107進(jìn)行信號(hào)的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換，SJA1000進(jìn)行信號(hào)控制和通訊，并經(jīng)MAX7219驅(qū) 動(dòng)后顯示輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電數(shù)字測(cè)量?jī)x，其特征是光學(xué)暗筒是一段圓柱形封閉 的鋁筒，筒中左側(cè)固定有光電集成芯片OPT301，暗筒中有可更換的光源，可分別選用普 通鎢絲直流電燈和高功率紅外發(fā)光管。并將發(fā)光光源安裝在一根可沿暗筒軸向移動(dòng)的圓 柱形金屬桿上，在金屬桿上標(biāo)有精確的刻度，可以進(jìn)行調(diào)節(jié)并讀取光源與光電傳感元件 的距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3所述的光電數(shù)字測(cè)量?jī)x，其特征是在光電數(shù)字測(cè)量?jī)x主 機(jī)(1)上有一組六位數(shù)顯的光照度輸出(4)，另有一組四位數(shù)顯的電流表(3)，可準(zhǔn)確測(cè) 量光強(qiáng)和電流值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1和4所述的光電數(shù)字測(cè)量?jī)x，其特征是光學(xué)暗筒(2)的左右端都 是經(jīng)螺紋連接進(jìn)行密閉的，可方便更換光源和后期的維護(hù)。
全文摘要
一種光電數(shù)字測(cè)量?jī)x，包含光電數(shù)字測(cè)量?jī)x主機(jī)和光學(xué)暗筒，光學(xué)暗筒內(nèi)含有光電集成電路和可更換的光源及可軸向調(diào)整距離的光源支架，光電數(shù)字測(cè)量?jī)x主機(jī)內(nèi)包括信號(hào)的采樣和處理電路、單片機(jī)和穩(wěn)定的電源，以及一組四位數(shù)顯的電流表和一組六位的光照度輸出，面板上有傳感器和光源的電源輸出端和傳感器的信號(hào)輸入口。從光電傳感器得到的光電信號(hào)，通過(guò)采樣和處理電路，信號(hào)經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)計(jì)算和處理后顯示輸出。本光電數(shù)字測(cè)量?jī)x能進(jìn)行可見(jiàn)光和近紅外光的光照特性和光電特性測(cè)量，適合于高等及大中專(zhuān)院校的物理、自動(dòng)化等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)和科研。該儀器結(jié)構(gòu)合理，實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，利于應(yīng)用和推廣。
文檔編號(hào)G01J1/08GK102012265SQ20091016775
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者汪建 申請(qǐng)人:汪建