单片机技术的光电检测研究

郑洁

摘 要：伴随着现代信息化技术的发展与成熟，自动化控制系统与信息处理技术的进步，光电检测技术已经成为当前信息科学领域中一个十分關键的组成部分。其是一门对光与物质相互作用进行研究的学科，凭借着测量准确度高、检测速度快、信息容量大、自动化程度高等优点在信息科学领域得到了十分广泛的运用。当前光电检测技术正在朝着高精度、智能化、多元化、自动化的方向不断发展。文章主要针对一种基于单片机技术的光电检测进行研究。

关键词：单片机技术；光电检测；脉冲信号

在现代信息化社会中光电技术已经成为提炼光学信息或其他重要信息的途径，其让人类更大范围地拓展自身能力，让视觉延长至高精度，并且能在极短的时间内对超快速现象进行记录。同时，光电检测技术是一种非接触策略技术，其能够高效、快速、精确检测出被检测物体几何参数与物理参数。光电检测技术在众多现代检测技术中占据着十分重要的位置，同时也是现代计量技术的重要发展方向之一。

1 单片机与光电检测

1.1 单片机

单片机是一种集成电路芯片，在使用超大规模集成电路技术的基础上将拥有数据处理能力的CPU，RAM，ROM等功能集中在一块微型硅片中所形成的一个小规模却功能齐全的微型计算机系统。当前，单片技术在工业控制与自动化控制领域已经得到了十分广泛的应用。在智能仪器、通讯设备、导航系统等领域中，各类产品在使用单片机的基础上将会获得产品升级换代的作用[ 1 ]。

1.2 光电检测

光电检测技术是一项重要的光电信息技术，其主要是将激光、红外线、光纤等器件作为基础，在通过对被检测物体光辐射，经过光电检测器接受光辐射将其转变为电信号，通过输入电路、放大滤波等过程获得有效的信息，进而再通过模/数转换接口将计算机运算处理流程输入，最后显示出需要检测的相关物理量参数[2]。其工作原理如图1所示。

光电检测技术中包含着光电变换技术、光信息获取技术、光电处理技术等，其在对各种数据量进行检测的过程中拥有下述特点：（1）精度高。在众多测量技术中光电检测技术是其中精度最高的技术之一。例如，使用激光干涉法来对长度进行检测可以获得0.05um/m的精度；利用激光测距法可以准确的将地球与其他星球的之间的距离测量达到1m。（2）速度快。光电检测技术是将光作为检测媒介的，而光则是一种传播速度很快的物质，因此利用光来进行检测的速度是最快的[ 3 ]。（3）非接触性测量。当光接触到被检测物体上是没有形成摩擦力的，其能够进行动态测量过程，其非接触性的测量成为了众多检测方法中最高效的一种。

2 单片机技术的光电检测研究

2.1 基本原理

本次研究的基于单片机技术的光电检测其本原理主要是利用单片机技术与光电检测技术的融合，其检测原理如图2所示。

该系统主要是利用单片机技术来对电源进行控制调整，单片机可以按照用户输入的信息自动形成电源脉冲，进而电源脉冲可以对半导体激光器进行控制，其所发出的激光脉冲波就是包含用户输入相关信息的重要信号波。当光电检测器获得该激光信号波时，就可以将其转化成为电脉冲波[4]。但其获得的信息信号相对杂乱，无法直接使用，而是需要使用前置放大电路对其进行相关净化处理，处理过的信号即可以直接控制单片机工作。通过判断，单片机选择处理类型，进而形成控制信号来对设备进行控制。

2.2 核心技术

2.2.1 编码技术、激光调制技术

本系统应用的技术为编码技术与激光调制技术结合的编译技术。选择AT89C51作为控模块，其应用广泛较广，稳定性良好，拥有较高的性价比。首先，对单片机输入控制程度。当检测到二进制码，则根据“1”与“0”来开展不同的控制，分别为通电与断电40us，在检测核实后进行循环控制。在完成上述设定后，如用户输入1998则，其单片机可以根据1998的二进制码进行控制通电与断电的控制。

2.2.2 选择光电检测器件

当前光电检测技术中常见的元件包括光电倍增管、光电二极管、光敏电池等元件。本系统在对各类光电检测元件的性能参数表进行对比后可以得知光电二极管是最为合适的选择。其光谱相应范围能够满足该系统的使用需求。在连接电器过程中要注意光电二极管正常工作于反偏状态中。图3为其检测电路示意。

2.2.3 检测电路频率特性

在设计过程中为了从光电二极管中获取充足的信号功率与电压，前置放大电路的输入电阻不能过小或过大。频率相应的速率是单片机技术下光电检测系统电路需要考虑的最为主要因素，要同时实现满足检测灵敏度以及获得线性与频率不失真可以通过适当调整光电二极管结电容、内阻、光电流、前置放大电路的输入电阻等指标来实现。

2.2.4 噪声处理与前置放大电路

在基于单片机技术下的光电检测电路中核心的处理部门在于前置放大电路的设计与相关的噪音处理。就实际情况来看，单片机技术下的光电检测系统中存在各种外界因素的影响与内部存在的噪音[5]。其中，外界因素有随机波动的光调制、背景散乱的散光、电磁干扰等。上述干扰因素能够通过稳定光辐射光源、撇除散光等有针对性的方式来进行优化解决。内部干扰因素主要是由检测电路内部的半导体元件形成的噪音。这些噪音一般都是以热噪音的形式出现，因此可以利用电容耦合技术来缓解噪音。同时，为了进一步减少外部环境干扰单片机对半导体激光设备的控制，可以形成一个有序激光脉冲信号，从而最大程度环节外部因素对该系统正常运行的影响。为了进一步降低内部噪音的干扰，可以提升放大器输出设备的信噪比，选择无噪音前置放大电路，从而缓解内部噪音对系统运行的干扰情况[6]。

2.2.5 信号的判断处理与控制信号的形成

该模块主要是信号在经过放大处理后进入單片机进行处理控制，并且单片机形成相关控制信号，进而可以对不同设备进行控制管理[7]。为了进一步对这一技术的可行性与科学性进行验证，本次设计还另外使用了激光密码报警系统用于检验，最后检验结果得出其使用安全性能十分稳定，操作简易便捷。

3 结语

总的来说，本次研究的基于单片机技术的光电检测系统的操作原理简单，系统相对稳定，价格经济低廉，操作简单易行，给予用户更加便捷的操作条件。这一系统能够被广泛运用到军事、民用、工业等各个领域中，进而拓展单片机与光电检测的应用领域。

[参考文献]

[1]胡助理，安文源，李玲.基于单片机技术的光电检测研究[J].现代电子技术，2004（13）：39-41.

[2]朱道松，徐熙平.大型工件直径的光电检测技术的研究[J].长春理工大学学报：自然科学版，2008（1）：43-44，39.

[3]万磊.Research on Low Power High Sensitivity Photodetection Integrated Circuit and System[D].上海：复旦大学，2014.

[4]唐繁，张吉左.基于单片机的光电检测电路设计[J].电脑知识与技术，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，刘文波，陈小平.基于虚拟仪器技术的光电雷达电子部件性能检测及故障诊断系统[J].航空学报，2001（5）：468-470.

[7]颜楠楠，王冰，傅正财.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