激光雷達(dá)門控控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

前言
激光雷達(dá)能夠?qū)Υ髿庵械臍馊苣z、二氧化碳、臭氧、水氣等進(jìn)行高時(shí)空分辨率、實(shí)時(shí)、大范圍地測量，因此越來越受到環(huán)保和氣象部門的重視。目前，用于氣象要素和環(huán)境污染檢測的激光雷達(dá)技術(shù)發(fā)展很快。激光雷達(dá)必定會(huì)在大氣參數(shù)和環(huán)境污染檢測方面扮演重要的角色。要使激光雷達(dá)的測量范圍盡可能的大,必須控制好雷達(dá)光電倍增管（PMT）門控的開關(guān)門時(shí)間，以滿足各種測量的要求.如果能很好地解決這些問題將會(huì)極大地推動(dòng)激光雷達(dá)的應(yīng)用和推廣。
單片機(jī)在很多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，其性價(jià)比很高,特別適合于激光雷達(dá)門控控制系統(tǒng)的要求。我們利用單片機(jī)很好地實(shí)現(xiàn)了激光雷達(dá)光電倍增管門控開關(guān)門的控制，并通過上位機(jī)編程實(shí)現(xiàn)了軟件控制門控,操作極為方便,使激光雷達(dá)的發(fā)展更加趨向于自動(dòng)化。
1．控制方案設(shè)計(jì)
激光雷達(dá)接收的后向散射回波信號通過 PMT接收，由于近地面的回波信號很強(qiáng)，而 PMT是非常靈敏的器件，如果直接用激光器的出光信號 QSWITCH信號觸發(fā) PMT接收回波就會(huì)對PMT造成損害。
常閉型 PMT的 GATE端是上升沿觸發(fā)開門，所以我們將 QSWITCH信號延時(shí)整形后得到一個(gè)正脈沖，脈沖的前沿觸發(fā) PMT開門，脈沖的寬度就是 PMT開門的時(shí)間。
常開型 PMT的 GATE端是下降沿觸發(fā)關(guān)門，所以我們先將激光器的氙燈信號 FLASHLAMP延時(shí)一段時(shí)間，得到一個(gè)正脈沖，脈沖的前沿調(diào)節(jié)在QSWITCH信號之前，這個(gè)時(shí)候 PMT就關(guān)門了，直到脈沖的后沿才觸發(fā) PMT開門，在這之后 PMT就一直開門。
通過單片機(jī)控制單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的延時(shí)時(shí)間，并用上位機(jī)進(jìn)行軟件控制，實(shí)現(xiàn)了精確延時(shí)，調(diào)節(jié)非常方便。
本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心,按照規(guī)定的協(xié)議,上位機(jī)通過串口給單片機(jī)發(fā)送相應(yīng)的指令,單片機(jī)再調(diào)節(jié)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中的數(shù)字電位器的值,從而輸出相應(yīng)的延時(shí)脈沖到光電倍增管門控,實(shí)現(xiàn)開門或者關(guān)門。系統(tǒng)功能框圖如圖1：

2．系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用 AT89S52單片機(jī)作為控制核心，控制系統(tǒng)主要包括數(shù)字電位器、光電耦合器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、信號放大整形電路、以及串口通信電路等部件。
2.1 單片機(jī)
AT89S52是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫 1000次的 Flash只讀程序存儲(chǔ)器， 256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及51系列單片機(jī)引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元,可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。