研究单片机的光电传感信号检测系统设计

2017-01-01作者谷敏谢靖南阳农业职业学院

电子制作 2017年4期

关键词：实际操作传感单片机

作者/谷敏、谢靖，南阳农业职业学院

研究单片机的光电传感信号检测系统设计

作者/谷敏、谢靖，南阳农业职业学院

本文对光电传感结构进行详细分析，根据实际情况，针对光电检测响应速度以及抗干扰能力这几个特点，对单片机光电传感信号检测系统的整体方案设计进行深入研究，从根本上提高信号检测的可靠性和稳定性。

单片机；光电传感；信号检测系统；设计

现如今，社会经济不断快速发展，工厂也逐渐发展起来，而在科学技术不断大力发展和广泛应用的影响下，工厂自动化现象越来越普及，而光电传感器则是广场自动化当中非常重要的一部分。光电传感器是各种光电检测系统中能够切实有效实现光电转换最根本的元件之一，光电传感器能够将被测量的内容转换成为光信号，比如红外线、紫外线等等，然后借助光电元件将光信号逐渐转换成为点信号，从根本意义上实现光电传感信号的互换。光电检测方法具有非常多的特点和优势，比如其自身测量的精度比较高、反应比较灵敏、其自身还具有非接触性优点等等，另外，传感器自身的结构相对来说比较简单，形式还比较多样，操作起来比较方便，促使现如今在各个工厂当中，都能够看到光电传感信号检测系统的广泛应用。

1.光电传感器结构

■1.1 电源调节器

在实际操作过程中，光电传感器信号检测系统的电路模块工作电力是5V，而在正常工业用电电力时一般是10至30V，所以在这种形势下，就需要利用稳压芯片来对其进行降低电压的处理，利用稳压芯片来降压保证5V电压的输出，另外，由于单片机供电电压不同，所以在实际操作过程中，要根据实际情况，利用稳压芯片来保持电力的平衡和准确，以免由于电力不稳定而造成事故发展。

■1.2 脉冲光源驱动电路

光电传感器在实际操作过程中，一般情况下发射光源都会选择红外发光二极管，这种红外发光二级管具有其自身独有的特点和优势，包括可靠性能比较强、辐射强度比较大、正向电压低等特点，在实际使用中，很适用于检测类型的传感器，利用单片机设计程序将脉冲信号输出来驱动光源，经过三极管进行功率放大，这样不仅能够有效的增加信号检测距离，而且能够保证检测结果准确性[1]。

■1.3 光电信号放大器

光电接收元件在使用过程中，利用红外光敏二极管，与红外发光二极管进行相互配合使用，将物体在经过衰减之后，逐渐从光信号转换成为电信号，信号自身的强弱状态能够显示出被检测物体的实际状态。由于光电二极管的直接输出电流呈现出一种比较弱的状态，所以在实际操作过程中，很容易受到一些噪声的干扰影响，所以针对这一现象，利用低噪声前置来将电路放大，从而切实有效的实现微弱电信号的放大和滤波，这样不仅能够有效的增大信号幅值，而且能够方便单片机自身的转换器进行数据转换和利用。

■1.4 控制器

控制器在实际操作使用过程中，一般情况下利用其自身的特点，集成丰富外设，这样能够最大限度的降低对外围元器件的整体需求，这样能够促使整个系统的成本比较低，单片机自身内部集成一般来说有16通道的10位ADC，可以直接利用其自身内部控制器进行数据转换，在这种形势下，其自身片内已经集成晶振，不需要再外接晶振，这样不仅能够有效的简化电路设计，而且能够方便对传感器温度进行切实有效的研究和分析。

■1.5 输出电路

输出显示电路一般情况下由4位数码管显示，分为位选通以及段选通两个部分，根据实际检测信号的强弱，由单片机输出信号进行切实有效的控制，最后利用LED将传感器最终的检测结果展示出来。

2.信号处理方案设计

系统的信号处理方案设计主要包括单片机驱动光源脉冲信号的产生、采集信号的实际处理情况、信号输出以及信号显示等等几个方面，单片机对于已经采集到的电压值进行转换时，基本上是以数字信号作为主要显示方法，与预设的阈值进行对应比较，在实际操作过程中，如果超过阈值则表示能够检测到有效信号，如果低于阈值的话，就表示并没有检测到有效信号[2]。另外，在信号检测过程中，加入了一些扰动处理和表决法处理，从而保证信号检测自身的稳定性和准确性都能够有所提升。

光电传感器光源驱动所需要的脉冲信号，在主程序初始化之后，需要对其进行计数器设置，从0至8自动重载计数器，并且将其放入到初值控制当中，让计数器从开始计数一直到溢出的时间，作为定值，也就是脉冲周期的时间，这样才能够切实有效的响应时间设计的整体要求。而当其进入到循环程序当中时，设置高电平，在被检测信号即将达到峰值的时候，将其设置为低电平，这样能够最大限度的保证脉宽时间的最优化[3]。单片机对放大后的接收信号进行转换以及数据处理过程中，需要利用PO.2引脚作为输入通道，检测信号就通过此引脚进行有效输入，在P1.0引脚已经逐渐从高电平转向低电平之前，利用一些空闲的时间，将已经转换结束的中断标志位进行切实有效的清楚，将ADC转换采样点进行有效控制，并且保证其在接受峰值的附近位置。根据对整个过程的观察不难发现，ADC在开始转换时，采样时间点设置在P1.0引脚已经变成低电平的时候，需要启动ADC0来进行转换，利用查询等一系列方式对其自身的转换结果进行判断，确定其是否已经完成转换，在实际转换完成之后，从中读取数据转换，并且将该数字信号放入到数据缓冲区域当中。在实际操作过程中，由于会受到各种各样环境因素的影响，所以要保证周围的抗干扰环境，对信号进行有效处理，从根本上提高检测的稳定性和准确性。