作者/谷敏、謝靖，南陽農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院

研究單片機的光電傳感信號檢測系統(tǒng)設(shè)計

作者/谷敏、謝靖，南陽農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院

本文對光電傳感結(jié)構(gòu)進行詳細分析，根據(jù)實際情況，針對光電檢測響應(yīng)速度以及抗干擾能力這幾個特點，對單片機光電傳感信號檢測系統(tǒng)的整體方案設(shè)計進行深入研究，從根本上提高信號檢測的可靠性和穩(wěn)定性。

單片機；光電傳感；信號檢測系統(tǒng)；設(shè)計

現(xiàn)如今，社會經(jīng)濟不斷快速發(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，工廠自動化現(xiàn)象越來越普及，而光電傳感器則是廣場自動化當中非常重要的一部分。光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中能夠切實有效實現(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，比如紅外線、紫外線等等，然后借助光電元件將光信號逐漸轉(zhuǎn)換成為點信號，從根本意義上實現(xiàn)光電傳感信號的互換。光電檢測方法具有非常多的特點和優(yōu)勢，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)點等等，另外，傳感器自身的結(jié)構(gòu)相對來說比較簡單，形式還比較多樣，操作起來比較方便，促使現(xiàn)如今在各個工廠當中，都能夠看到光電傳感信號檢測系統(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

在實際操作過程中，光電傳感器信號檢測系統(tǒng)的電路模塊工作電力是5V，而在正常工業(yè)用電電力時一般是10至30V，所以在這種形勢下，就需要利用穩(wěn)壓芯片來對其進行降低電壓的處理，利用穩(wěn)壓芯片來降壓保證5V電壓的輸出，另外，由于單片機供電電壓不同，所以在實際操作過程中，要根據(jù)實際情況，利用穩(wěn)壓芯片來保持電力的平衡和準確，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)動電路

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

■1.3 光電信號放大器

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)光二極管進行相互配合使用，將物體在經(jīng)過衰減之后，逐漸從光信號轉(zhuǎn)換成為電信號，信號自身的強弱狀態(tài)能夠顯示出被檢測物體的實際狀態(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)，所以在實際操作過程中，很容易受到一些噪聲的干擾影響，所以針對這一現(xiàn)象，利用低噪聲前置來將電路放大，從而切實有效的實現(xiàn)微弱電信號的放大和濾波，這樣不僅能夠有效的增大信號幅值，而且能夠方便單片機自身的轉(zhuǎn)換器進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和利用。

■1.4 控制器

控制器在實際操作使用過程中，一般情況下利用其自身的特點，集成豐富外設(shè)，這樣能夠最大限度的降低對外圍元器件的整體需求，這樣能夠促使整個系統(tǒng)的成本比較低，單片機自身內(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)部控制器進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，在這種形勢下，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，而且能夠方便對傳感器溫度進行切實有效的研究和分析。

■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部分，根據(jù)實際檢測信號的強弱，由單片機輸出信號進行切實有效的控制，最后利用LED將傳感器最終的檢測結(jié)果展示出來。

2.信號處理方案設(shè)計

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

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

3.結(jié)束語

在針對單片機光電傳感信號檢測系統(tǒng)設(shè)計進行實際研究過程中，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于武力實際檢測過程中，對時間和抗干擾能力的要求，而且能夠?qū)Ω蓴_信號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有效性。

＊ [1]孟立凡，藍金輝.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.單片機技術(shù)在傳感器設(shè)計中的應(yīng)用[J].機電信息.2011（36）

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