鄭潔

摘 要：伴隨著現(xiàn)代信息化技術的發(fā)展與成熟，自動化控制系統(tǒng)與信息處理技術的進步，光電檢測技術已經(jīng)成為當前信息科學領域中一個十分關鍵的組成部分。其是一門對光與物質相互作用進行研究的學科，憑借著測量準確度高、檢測速度快、信息容量大、自動化程度高等優(yōu)點在信息科學領域得到了十分廣泛的運用。當前光電檢測技術正在朝著高精度、智能化、多元化、自動化的方向不斷發(fā)展。文章主要針對一種基于單片機技術的光電檢測進行研究。

關鍵詞：單片機技術；光電檢測；脈沖信號

在現(xiàn)代信息化社會中光電技術已經(jīng)成為提煉光學信息或其他重要信息的途徑，其讓人類更大范圍地拓展自身能力，讓視覺延長至高精度，并且能在極短的時間內對超快速現(xiàn)象進行記錄。同時，光電檢測技術是一種非接觸策略技術，其能夠高效、快速、精確檢測出被檢測物體幾何參數(shù)與物理參數(shù)。光電檢測技術在眾多現(xiàn)代檢測技術中占據(jù)著十分重要的位置，同時也是現(xiàn)代計量技術的重要發(fā)展方向之一。

1 單片機與光電檢測

1.1 單片機

單片機是一種集成電路芯片，在使用超大規(guī)模集成電路技術的基礎上將擁有數(shù)據(jù)處理能力的CPU，RAM，ROM等功能集中在一塊微型硅片中所形成的一個小規(guī)模卻功能齊全的微型計算機系統(tǒng)。當前，單片技術在工業(yè)控制與自動化控制領域已經(jīng)得到了十分廣泛的應用。在智能儀器、通訊設備、導航系統(tǒng)等領域中，各類產品在使用單片機的基礎上將會獲得產品升級換代的作用[ 1 ]。

1.2 光電檢測

光電檢測技術是一項重要的光電信息技術，其主要是將激光、紅外線、光纖等器件作為基礎，在通過對被檢測物體光輻射，經(jīng)過光電檢測器接受光輻射將其轉變?yōu)殡娦盘?，通過輸入電路、放大濾波等過程獲得有效的信息，進而再通過模/數(shù)轉換接口將計算機運算處理流程輸入，最后顯示出需要檢測的相關物理量參數(shù)[2]。其工作原理如圖1所示。

光電檢測技術中包含著光電變換技術、光信息獲取技術、光電處理技術等，其在對各種數(shù)據(jù)量進行檢測的過程中擁有下述特點：（1）精度高。在眾多測量技術中光電檢測技術是其中精度最高的技術之一。例如，使用激光干涉法來對長度進行檢測可以獲得0.05um/m的精度；利用激光測距法可以準確的將地球與其他星球的之間的距離測量達到1m。（2）速度快。光電檢測技術是將光作為檢測媒介的，而光則是一種傳播速度很快的物質，因此利用光來進行檢測的速度是最快的[ 3 ]。（3）非接觸性測量。當光接觸到被檢測物體上是沒有形成摩擦力的，其能夠進行動態(tài)測量過程，其非接觸性的測量成為了眾多檢測方法中最高效的一種。

2 單片機技術的光電檢測研究

2.1 基本原理

本次研究的基于單片機技術的光電檢測其本原理主要是利用單片機技術與光電檢測技術的融合，其檢測原理如圖2所示。

該系統(tǒng)主要是利用單片機技術來對電源進行控制調整，單片機可以按照用戶輸入的信息自動形成電源脈沖，進而電源脈沖可以對半導體激光器進行控制，其所發(fā)出的激光脈沖波就是包含用戶輸入相關信息的重要信號波。當光電檢測器獲得該激光信號波時，就可以將其轉化成為電脈沖波[4]。但其獲得的信息信號相對雜亂，無法直接使用，而是需要使用前置放大電路對其進行相關凈化處理，處理過的信號即可以直接控制單片機工作。通過判斷，單片機選擇處理類型，進而形成控制信號來對設備進行控制。

2.2 核心技術

2.2.1 編碼技術、激光調制技術

本系統(tǒng)應用的技術為編碼技術與激光調制技術結合的編譯技術。選擇AT89C51作為控模塊，其應用廣泛較廣，穩(wěn)定性良好，擁有較高的性價比。首先，對單片機輸入控制程度。當檢測到二進制碼，則根據(jù)“1”與“0”來開展不同的控制，分別為通電與斷電40us，在檢測核實后進行循環(huán)控制。在完成上述設定后，如用戶輸入1998則，其單片機可以根據(jù)1998的二進制碼進行控制通電與斷電的控制。

2.2.2 選擇光電檢測器件

當前光電檢測技術中常見的元件包括光電倍增管、光電二極管、光敏電池等元件。本系統(tǒng)在對各類光電檢測元件的性能參數(shù)表進行對比后可以得知光電二極管是最為合適的選擇。其光譜相應范圍能夠滿足該系統(tǒng)的使用需求。在連接電器過程中要注意光電二極管正常工作于反偏狀態(tài)中。圖3為其檢測電路示意。

2.2.3 檢測電路頻率特性

在設計過程中為了從光電二極管中獲取充足的信號功率與電壓，前置放大電路的輸入電阻不能過小或過大。頻率相應的速率是單片機技術下光電檢測系統(tǒng)電路需要考慮的最為主要因素，要同時實現(xiàn)滿足檢測靈敏度以及獲得線性與頻率不失真可以通過適當調整光電二極管結電容、內阻、光電流、前置放大電路的輸入電阻等指標來實現(xiàn)。

2.2.4 噪聲處理與前置放大電路

在基于單片機技術下的光電檢測電路中核心的處理部門在于前置放大電路的設計與相關的噪音處理。就實際情況來看，單片機技術下的光電檢測系統(tǒng)中存在各種外界因素的影響與內部存在的噪音[5]。其中，外界因素有隨機波動的光調制、背景散亂的散光、電磁干擾等。上述干擾因素能夠通過穩(wěn)定光輻射光源、撇除散光等有針對性的方式來進行優(yōu)化解決。內部干擾因素主要是由檢測電路內部的半導體元件形成的噪音。這些噪音一般都是以熱噪音的形式出現(xiàn)，因此可以利用電容耦合技術來緩解噪音。同時，為了進一步減少外部環(huán)境干擾單片機對半導體激光設備的控制，可以形成一個有序激光脈沖信號，從而最大程度環(huán)節(jié)外部因素對該系統(tǒng)正常運行的影響。為了進一步降低內部噪音的干擾，可以提升放大器輸出設備的信噪比，選擇無噪音前置放大電路，從而緩解內部噪音對系統(tǒng)運行的干擾情況[6]。

2.2.5 信號的判斷處理與控制信號的形成

該模塊主要是信號在經(jīng)過放大處理后進入單片機進行處理控制，并且單片機形成相關控制信號，進而可以對不同設備進行控制管理[7]。為了進一步對這一技術的可行性與科學性進行驗證，本次設計還另外使用了激光密碼報警系統(tǒng)用于檢驗，最后檢驗結果得出其使用安全性能十分穩(wěn)定，操作簡易便捷。

3 結語

總的來說，本次研究的基于單片機技術的光電檢測系統(tǒng)的操作原理簡單，系統(tǒng)相對穩(wěn)定，價格經(jīng)濟低廉，操作簡單易行，給予用戶更加便捷的操作條件。這一系統(tǒng)能夠被廣泛運用到軍事、民用、工業(yè)等各個領域中，進而拓展單片機與光電檢測的應用領域。

[參考文獻]

[1]胡助理，安文源，李玲.基于單片機技術的光電檢測研究[J].現(xiàn)代電子技術，2004（13）：39-41.

[2]朱道松，徐熙平.大型工件直徑的光電檢測技術的研究[J].長春理工大學學報：自然科學版，2008（1）：43-44，39.

[3]萬磊.Research on Low Power High Sensitivity Photodetection Integrated Circuit and System[D].上海：復旦大學，2014.

[4]唐繁，張吉左.基于單片機的光電檢測電路設計[J].電腦知識與技術，2014（19）：4586-4588，4604.

[5]Jiang Yang，Jun Liu，Zhou Chan He.Full-Isolation Load Equivalent and Parameter Measurement Instrument Development[J].Applied Mechanics and Materials，2012（229）：1226-1229.

[6]朱大奇，劉文波，陳小平.基于虛擬儀器技術的光電雷達電子部件性能檢測及故障診斷系統(tǒng)[J].航空學報，2001（5）：468-470.

[7]顏楠楠，王冰，傅正財.Investigation of Optical Triggering for Automatic Recording Lightning Strokes on Transmission Line[J].East China Electric Power，2014（10）：2140-2145.

Research on Photoelectric Detection of Single Chip Microcomputer Technology

Zheng Jie

（Lu Liang University， Lvliang 033000， China）

Abstract：With the development of modern information technology， automation control system and information processing technology further， photoelectric detection technology has become in the field of information science a crucial part. It is a light matter interaction of disciplines， relying on the accurate measurement of high degree， fast detection speed， large information capacity， the advantages of higher degree of automation in the field of information science has been very widely used. The current photoelectric detection technology is moving towards the direction of high precision， intelligent， diversified， automation and continuous development. This paper mainly aims at a kind of photoelectric detection based on single chip computer technology.

Key words： single chip technology； photoelectric detection； pulse signal