基于STC89C52RC的多功能數(shù)字光功率計的設計

摘要：在通信系統(tǒng)中，對信號的質(zhì)量的檢測和判斷十分重要，特別是在光纖等信道中，光功率和信號質(zhì)量檢測的重要性尤為突出。本系統(tǒng)采用通用的8位微處理器芯片STC89C52RC作為總控制器，實現(xiàn)對光功率和光強的有效檢測以及對光信號進行RGB的光譜分析。利用LD激光作為光源，通過前端信息采集部分，將檢測到的信號經(jīng)過放大器放大并經(jīng)過濾波電路后，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換器、和單片機的處理，最后再通過LCD1602顯示檢測到的光功率和光強以及光譜。

0 前言

在通信領(lǐng)域中，需要對傳輸信號進行質(zhì)量的檢測處理，目前的通信信號特別是光信號的光功率檢測十分重要。在光纖信道中，光功率檢測可以檢測出激光信號的損耗，從而完成對光纖信號的質(zhì)量檢測。目前，微控制器應用于傳感器的測控技術(shù)使得工業(yè)生產(chǎn)更加現(xiàn)代化，通過對各式各樣的傳感器的控制，解決了很多譬如數(shù)據(jù)檢測的難題。由于單片機成本低廉，操控簡單易學，可以應用于各個領(lǐng)域。通過微處理器對傳感器的控制，就可實現(xiàn)在通信領(lǐng)域下光信號的質(zhì)量檢測。多功能數(shù)字光功率的設計，從基本的光電轉(zhuǎn)換技術(shù)入手，通過相應的電路處理和對微控制器的操作，經(jīng)過反復的調(diào)試，有效地檢測出光功率和光強以及進行光譜分析。由于該系統(tǒng)誤差較小、成本低廉、易于調(diào)試等特點，可以廣泛應用于光信道光信號質(zhì)量的檢測，對相關(guān)科學實驗的改進以及工業(yè)檢測有較好的實用價值。

1 系統(tǒng)方案

1.1 系統(tǒng)方案描述

為實現(xiàn)本系統(tǒng)的功能，下面分別對各個功能模塊進行分析論證，原理框圖與整體設計框圖如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)設計原理

系統(tǒng)采用單片機作為微控制芯片，在光照強度檢測模塊中，使用光電檢測器檢測光信號。當有光投射到檢測器上時，檢測器會有一定的光電信號轉(zhuǎn)換，把光信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過放大和AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換后直接由單片機輸出到顯示器上顯示;光功率檢測模塊中，采用光電二極管作為光檢測器，當收到光照后會產(chǎn)生微弱電流，通過濾噪電路、放大電路處理和模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸送給微處理器來顯示。光譜分析模塊中，使用彩色光到頻率轉(zhuǎn)換器進行光譜分析。從而實現(xiàn)多功能數(shù)字光功率計的設計。

2 系統(tǒng)的硬件設計及軟件設計

為了表現(xiàn)整體性和便于檢測調(diào)試，在制作電路時采用了模塊化，將電源模塊、顯示模塊以及傳感器模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊分別放置，體現(xiàn)了合理性，將多個模塊同時放在多塊電路板中，這樣方便各個模塊的檢測與組裝。

2.1 數(shù)據(jù)信號采集模塊電路

系統(tǒng)采用PIN光電二極管作為接收器，可以實現(xiàn)對光照強度和光信號的采集。光電二極管原理圖如圖2所示。

2.2 AC—DC轉(zhuǎn)換電路

AC—DC轉(zhuǎn)換電路的功能為將電流由交流變?yōu)橹绷?，轉(zhuǎn)換電路的電路圖如圖3所示。

2.3 顯示模塊電路

采用的是LCD1602液晶顯示器，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊，它有若干個5×7或者5 x 11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，低電壓、低功耗也是其又一顯著特點。LCD1602液晶顯示電路如圖4所示。

2.4 電源模塊電路

采用手機充電器，分別經(jīng)LM7805和LM7905穩(wěn)壓后給單片機、光電二極管傳感器、LCD1602液晶顯示屏等設備供電。電源電路圖如圖5所示。

2.5 光譜分析模塊

采用TCS3200，它是TAOS公司推出的可編程彩色光道頻率的轉(zhuǎn)換器。其輸出的信號是數(shù)字量，可以與微處理器和其他邏輯電路相連接?？梢詫崿F(xiàn)每個彩色信道的10位以上的轉(zhuǎn)換精度。

3 軟件系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

系統(tǒng)軟件設計采用模塊化設計方法。整個程序由初始化模塊、顯示器部分、電源模塊等各種功能模塊組成。上電后，進入系統(tǒng)初始化模塊，系統(tǒng)軟件開始運行。在執(zhí)行過程中，根據(jù)選擇分別調(diào)用各個功能模塊完成對應的功能。程序流程圖如圖7所示。

4 總結(jié)

本多功能數(shù)字光功率計使用高精度、高響應度、低噪聲的光電接收器，能夠準確地采集到所需信號，對信號進行數(shù)字化處理，盡量減少信號在傳遞過程中的衰減和干擾，重點對數(shù)據(jù)采集模塊和光譜分析模塊等做了認真的分析。最終實現(xiàn)了對光元素的照射強度、RGB顏色的分析、激光功率幾個方面的測量，并通過液晶屏實時地顯示測量數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)了對數(shù)字光功率計的設計。此系統(tǒng)在科學技術(shù)日益發(fā)展的今天有很大的推廣應用價值。