对比度可调目标源电控系统

李载峰， 李俊霖

（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033）

0 引 言

可调对比度目标源可以提供高稳定度的对比度可调模拟目标，用于完成光电跟踪测量设备电视系统对低对比度目标的捕获识别能力的检验。可调对比度目标源由光学系统和电控系统两部分组成，光学系统采用大、小两个积分球组成，大积分球模拟背景光，小积分球模拟目标源，两个积分球均有各自的照明光源，通过调整光阑可以分别控制两个积分球的亮度，从而形成目标与背景的对比度，该设计具有对比度稳定、可调等特点。电控系统主要是为大、小积分球的照明光源提供高稳定度的电源输出，并根据对比度的调整实时调整电源的输出功率[1]。

1 电控系统硬件组成

根据光学系统设计要求，大积分球的照明光源由14个100W的卤素灯组成，小积分球的照明光源由2个100W的卤素灯组成，因此，电控系统必须能够提供至少1600W的输出功率。基于本装置的对比度稳定、可调的特点，电控系统必须提供高稳定度的功率输出，且输出功率可以根据测试需求实时调整。

基于上述设计需求，可调对比度目标源电控系统采用8个“30V，300W”的精密数显直流稳流稳压电源为大、小积分球的照明光源供电，电控系统最大输出功率为“30V，2400W”，每个电源为两盏卤素灯供电，电路连接方式可以采用串联和并联。并联方式的优点是两盏卤素灯状态可以单独控制，灵活性高，但是由于并联方式属于电压控制方式，导线线阻及环境等因素极易影响光源的发光状态，导致其发光功率的稳定性较差，而保持光源发光功率稳定是电控系统设计的关键，因此，采用电流控制方式的串联电路实现线路连接。为提高电控系统的工作效率和实时性，本设计采用基于RS－485总线的远程监控系统实现电控系统的整体控制功能，远程监控系统有上位机和下位机系统两部分组成。上位机采用高性能的工控机作为核心控制器，通过应用软件实现电控系统的控制功能，下位机系统即8台精密数显直流稳流、稳压电源，每台电源带有标准的RS－485总线接口，并具有标准的通讯协议[2－5]，下位机通过接收上位机的控制指令完成相应动作，驱动卤素灯按设定的发光功率工作，系统的硬件框图如图1所示。

图1 可调对比度目标源电控系统硬件设计框图

依据可调对比度目标源对比度指标3%的要求，研制设备所提供的目标对比度要达到3%，其稳定性要优于指标要求的三分之一，即稳定性要优于1%，而电源的输出稳定性直接决定了发光光源的稳定性，因此，选择高稳定性精密电源成为电控系统设计的关键。

依据设计需求，电源选用杭州远方光电信息有限公司生产的WY3010精密直流稳压电源，设备主要技术指标如下：

输出电压范围：0～30V；

输出电流范围：0～10A；

稳压时电压稳定度：≤5×10－5读数＋2mV；

稳流时电流稳定度：≤5×10－4读数＋0.5mA；

满度时输出电压漂移：±0.01%读数／（3min）；

满度时输出电流漂移：±0.01%读数／（3min）；

电压表准确度：±（0.02%读数＋0.01%量程＋1字）；

稳压时电压纹波：1.5mV；

稳流时电流纹波：1.5mA；

电流表准确度：基本准确度＋附加误差，基本准确度为±（0.02%读数＋0.01%量程＋1字），附加误差为±（0.01%读数＋0.01%量程＋1字）。

由以上参数可以看出，该电源电压、电流输出范围和稳定度均能够达到电控系统设计指标要求，图1中L1～L16为发光光源卤素灯，由于每个电源负载采用串联电路连接，因此，卤素灯选取“12V，100W”。电路中串入的保险丝用于保护负载电路，防止电源故障对负载造成影响。

2 电控系统软件设计

可调对比度目标源电控系统主要功能是为发光光源提供输出功率，并通过系统的自适应调整提高输出功率的稳定性，并具备输出功率可调功能。电控系统中央控制器软件采用VC编写，利用模块化设计实现系统各项功能，软件功能框图如图2所示。

图2 可调对比度目标源电控系统软件设计框图

中央控制器软件根据可调对比度目标源电控系统设计要求划分为6个功能模块。参数设置与状态确认功能模块用于完成电控系统下位机各电源初始状态的参数（横流模式、电流值、限压值）设置，并可以通过定时方式设置系统自动调整电源输出功率，完成测试过程的自动控制；RS－485通讯功能模块用于建立底层数据通讯链路，通过设置通讯所需的串口号、波特率、协议格式、数据收发方式等参数完成串口配置；数据采集与处理功能模块根据设定的采样率定期采集下位机各电源的电流、电压值，将采集数据调入“功率稳定度控制功能模块”进行处理，最后根据处理结果完成相应动作；数据存储与查询功能模块根据不同电源建立相应的数据库，将系统采集的相应电源参数按时间顺序存储于相对应的数据库中，数据库具有查询功能，可以随时调出某时段、某电源的采集数据；功率曲线生成与显示功能模块用于以曲线形式实时显示下位机各路电源的功耗，从而使操作人员在直观上判断电控系统的运行状态；功率稳定度控制功能模块通过功率自适应调节方式实现系统对下位机电源输出功率稳定度的控制，由于电源自身精度、导线线阻变化及温度等环境变化的影响，电源的输出电流会出现漂移，若电流漂移量超出设计指标允许范围，则目标源的对比度稳定性无法得到有效保证，因此，必须通过自适应方式实时调整电源输出功率，从而有效地补偿电流漂移，保持输出功率的稳定性。自适应调整功能软件流程如图3所示。

3 结 语

可调对比度目标源电控系统利用精密数显直流稳流、稳压电源驱动发光光源，采用基于RS－485的远程监控系统完成各项控制功能，并利用功率自适应调整方式保证电源的高稳定度输出，其整体指标满足设计要求。

图3 功率自适应调整功能软件流程图

[1]王建立.光电经纬仪电视跟踪、捕获快速运动目标技术的研究[D]：[硕士学位论文].长春：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，2002.

[2]贺代春.基于RS－485的自来水厂监控系统设计[J].重庆科技学院学报：自然科学版，2010（1）：140－142.

[3]郭庆亮.利用RS－485实现多路温度测量[J].电子产品世界，2010（3）：48－50.

[4]袁中华.VC＋＋串行通信技术在监控系统中的应用研究[J].甘肃科技，2003，19（7）：37－38.

[5]曾敬.基于485总线的联网报警控制系统的实现[J].信息与电脑，2010（7）：39.