光耦雷达控制系统 |
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申请号 | CN201610399658.3 | 申请日 | 2016-06-07 | 公开(公告)号 | CN106093910A | 公开(公告)日 | 2016-11-09 |
申请人 | 湖南博广信息科技有限公司; | 发明人 | 不公告发明人; | ||||
摘要 | 本 发明 所述光耦雷达控制系统,其特征在于,包括输入光耦,所述输入光耦与单稳态触发器连接,还包括 单片机 ,所述单片机与单稳态触发器控制连接,所述单稳态触发器还与 信号 放大整形模 块 连接,所述信号放大整形模块的输出端连接输出器件,所述单稳态触发器为74LS221。采用本发明所述的光耦雷达控制系统,针对 激光雷达 光电倍增管 门 控的特点,实现了雷达门控系统的 软件 控制,调节方便, 精度 高,有利于提高激光雷达的自动化工作程度和工作 稳定性 。且基于单片机的控制系统成本较低、运行可靠,可有效促进激光雷达大量实际应用。 | ||||||
权利要求 | |||||||
说明书全文 | 光耦雷达控制系统技术领域背景技术[0002] 激光雷达能够对大气中的气溶胶、二氧化碳、臭氧、水气等进行高时空分辨率、实时、大范围地测量,因此越来越受到环保和气象部门的重视。目前,用于气象要素和环境污染检测的激光雷达技术发展很快。激光雷达必定会在大气参数和环境污染检测方面扮演重要的角色。要使激光雷达的测量范围尽可能的大,必须控制好雷达光电倍增管(PMT)门控的开关门时间,以满足各种测量的要求.如果能很好地解决这些问题将会极大地推动激光雷达的应用和推广。 [0003] 激光雷达接收的后向散射回波信号通过 PMT接收,由于近地面的回波信号很强,而 PMT是非常灵敏的器件,如果直接用激光器的出光信号 QSWITCH信号触发 PMT接收回波就会对PMT造成损害。 发明内容[0005] 本发明所述光耦雷达控制系统,其特征在于,包括输入光耦,所述输入光耦与单稳态触发器连接,还包括单片机,所述单片机与单稳态触发器控制连接,所述单稳态触发器还与信号放大整形模块连接,所述信号放大整形模块的输出端连接输出器件,所述单稳态触发器为74LS221。 [0006] 优选的,所述输出器件为光电倍增管。 [0007] 优选的,所述单片机为AT89S52。 [0008] 优选的,所述输入光耦为4N25。 [0009] 采用本发明所述的光耦雷达控制系统,针对激光雷达光电倍增管门控的特点,实现了雷达门控系统的软件控制,调节方便,精度高,有利于提高激光雷达的自动化工作程度和工作稳定性。且基于单片机的控制系统成本较低、运行可靠,可有效促进激光雷达大量实际应用。附图说明 [0010] 图1为本发明一种具体实施方式结构示意图。 具体实施方式[0011] 下面结合附图,对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。 [0012] 本发明所述光耦雷达控制系统,包括输入光耦,所述输入光耦与单稳态触发器连接,还包括单片机,所述单片机与单稳态触发器控制连接,所述单稳态触发器还与信号放大整形模块连接,所述信号放大整形模块的输出端连接输出器件,所述单稳态触发器为74LS221。 [0013] 激光雷达接收的后向散射回波信号通过 PMT接收,由于近地面的回波信号很强,而 PMT是非常灵敏的器件,如果直接用激光器的出光信号 QSWITCH信号触发 PMT接收回波就会对PMT造成损害。 [0014] 常闭型 PMT的 GATE端是上升沿触发开门,所以我们将 QSWITCH信号延时整形后得到一个正脉冲,脉冲的前沿触发 PMT开门,脉冲的宽度就是 PMT开门的时间。 [0015] 常开型 PMT的 GATE端是下降沿触发关门,所以我们先将激光器的氙灯信号 FLASHLAMP延时一段时间,得到一个正脉冲,脉冲的前沿调节在QSWITCH信号之前,这个时候 PMT就关门了,直到脉冲的后沿才触发 PMT开门,在这之后 PMT就一直开门。 [0016] 通过单片机控制单稳态触发器的延时时间,并用上位机进行软件控制,实现了精确延时,调节非常方便。 [0017] 本系统以单片机为核心,按照规定的协议,上位机通过串口给单片机发送相应的指令,单片机再调节单稳态触发器中的数字电位器的值,从而输出相应的延时脉冲到光电倍增管门控,实现开门或者关门。 [0019] AT89S52是一个低功耗,高性能 CMOS 8位单片机,片内含 8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000次的 Flash只读程序存储器, 256 bytes的随机存取数据存储器( RAM),器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及51系列单片机引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 [0020] DS1804 NV微调电位器是非易失数字电位器,具有 100个抽头位置。为 CPU控制或手动控制输入的低成本电路调节应用提供了一个理想的途径,使外部元件最少。根据需要可以将 DS1804的抽头位置存储到 EEPROM中。器件的抽头位置通过三个端口调节,这三个端口提供有增/减计数控制接口,端口控制输入由 CS、INC和 U/ D组成。DS1804提供三种电阻:10kΩ、 50kΩ和 100kΩ,该器件提供工业级工作温度范围。DS1804采用 3V或 5V供电,非常适合便携式应用。 [0021] 由于是采用三线控制,所以与单片机的接口非常简单方便,只需要用占用 AT89S52的 3个并口即可以实现对它的控制。 [0022] 光电耦合器 4N25是一种经济型光电耦合器,体积小,寿命长,无触电,抗干扰性能强, C-E饱和压降( IC=2mA,IF=50mA):0.15V(typ);隔离电压( f=60Hz,t=1):7500V(交流峰值);隔离电阻( V=500V):10Ω(min);隔离电容( V=0V,f=1MHz):0.2Pf(typ)。光耦可以将输入输出两边的电路隔离,起到很好的保护作用。从激光器 QSWITCH和 FLASHLAMP出来的脉冲信号通过光电耦合器输出再通过上拉电阻连接到 74LS221的输入端。其开关时间是 2 us,能够满足要求。 [0023] 74LS221是一个双单稳多谐振荡器 ,每路有三个前沿或后沿触发输入,A脚是低电平触发脉冲输入端;B脚是高电平触发脉冲输入端,且输入端带施密特触发器,增强了抗干扰能力。输入端内部的锁存电路也使得其对 VCC噪声有很强的抗干扰能力。CLR端利用定时器件能够在预先设定的时间强行终止输出脉冲,也可以作为触发输入端使用。可以在 CEXT和 REXT/CEXT之间外接一定时电容。要改善脉冲宽度的精确性和重复性,可以在 REXT/CEXT和 VCC之间外接一个电阻,并将 RINT开路。如果要得到可变脉冲宽度,可以在 REXT/CEXT和 VCC外接一个可变电阻或者数字电位器。通过控制数字电位器就可以调节单稳输出端的脉冲宽度。 [0024] 把激光器的 FLASHLAMP触发信号经过一级单稳延时一定的时间,再经过二级单稳得到一定宽度的脉冲信号,将这个信号通过放大整形电路输出给常开型 PMT,用信号的前沿控制 PMT的关门,后沿控制开门。 [0025] 将激光器的 QSWITCH触发信号经过一级单稳延时输出到二级单稳,得到的脉冲信号经过放大整形电路输出到常闭型 PMT,用信号的前沿控制 PMT的开门。 [0026] 同时,QSWITCH触发信号也用作采集卡和光子计数卡的触发信号,分别通过一级单稳和二级单稳输出 30 us和 40 us的脉冲到两个卡,这样激光器一出光,信号即开始采集。 [0027] 为了在软件上控制数字电位器的增减,采用串口通信,并规定了可靠的协议。AT89S52具有 2个全双工串行通信口,可以与 PC机进行串口通信。由于 PC机的串行口是RS-232标准的接口,其输出在电平上和采用 TTL电平的 MCU在接口时会产生电平不同的问题。采用 MAX232电平转换芯片,来实现 TTL电平和 RS232接口电平之间的转换。 |