對比度可調(diào)目標(biāo)源電控系統(tǒng)

李載峰， 李俊霖

（中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，吉林 長春 130033）

0 引 言

可調(diào)對比度目標(biāo)源可以提供高穩(wěn)定度的對比度可調(diào)模擬目標(biāo)，用于完成光電跟蹤測量設(shè)備電視系統(tǒng)對低對比度目標(biāo)的捕獲識別能力的檢驗。可調(diào)對比度目標(biāo)源由光學(xué)系統(tǒng)和電控系統(tǒng)兩部分組成，光學(xué)系統(tǒng)采用大、小兩個積分球組成，大積分球模擬背景光，小積分球模擬目標(biāo)源，兩個積分球均有各自的照明光源，通過調(diào)整光闌可以分別控制兩個積分球的亮度，從而形成目標(biāo)與背景的對比度，該設(shè)計具有對比度穩(wěn)定、可調(diào)等特點。電控系統(tǒng)主要是為大、小積分球的照明光源提供高穩(wěn)定度的電源輸出，并根據(jù)對比度的調(diào)整實時調(diào)整電源的輸出功率[1]。

1 電控系統(tǒng)硬件組成

根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計要求，大積分球的照明光源由14個100W的鹵素?zé)艚M成，小積分球的照明光源由2個100W的鹵素?zé)艚M成，因此，電控系統(tǒng)必須能夠提供至少1600W的輸出功率。基于本裝置的對比度穩(wěn)定、可調(diào)的特點，電控系統(tǒng)必須提供高穩(wěn)定度的功率輸出，且輸出功率可以根據(jù)測試需求實時調(diào)整。

基于上述設(shè)計需求，可調(diào)對比度目標(biāo)源電控系統(tǒng)采用8個“30V，300W”的精密數(shù)顯直流穩(wěn)流穩(wěn)壓電源為大、小積分球的照明光源供電，電控系統(tǒng)最大輸出功率為“30V，2400W”，每個電源為兩盞鹵素?zé)艄╇姡娐愤B接方式可以采用串聯(lián)和并聯(lián)。并聯(lián)方式的優(yōu)點是兩盞鹵素?zé)魻顟B(tài)可以單獨控制，靈活性高，但是由于并聯(lián)方式屬于電壓控制方式，導(dǎo)線線阻及環(huán)境等因素極易影響光源的發(fā)光狀態(tài)，導(dǎo)致其發(fā)光功率的穩(wěn)定性較差，而保持光源發(fā)光功率穩(wěn)定是電控系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵，因此，采用電流控制方式的串聯(lián)電路實現(xiàn)線路連接。為提高電控系統(tǒng)的工作效率和實時性，本設(shè)計采用基于RS－485總線的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)電控系統(tǒng)的整體控制功能，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)有上位機(jī)和下位機(jī)系統(tǒng)兩部分組成。上位機(jī)采用高性能的工控機(jī)作為核心控制器，通過應(yīng)用軟件實現(xiàn)電控系統(tǒng)的控制功能，下位機(jī)系統(tǒng)即8臺精密數(shù)顯直流穩(wěn)流、穩(wěn)壓電源，每臺電源帶有標(biāo)準(zhǔn)的RS－485總線接口，并具有標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議[2－5]，下位機(jī)通過接收上位機(jī)的控制指令完成相應(yīng)動作，驅(qū)動鹵素?zé)舭丛O(shè)定的發(fā)光功率工作，系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示。

圖1 可調(diào)對比度目標(biāo)源電控系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖

依據(jù)可調(diào)對比度目標(biāo)源對比度指標(biāo)3%的要求，研制設(shè)備所提供的目標(biāo)對比度要達(dá)到3%，其穩(wěn)定性要優(yōu)于指標(biāo)要求的三分之一，即穩(wěn)定性要優(yōu)于1%，而電源的輸出穩(wěn)定性直接決定了發(fā)光光源的穩(wěn)定性，因此，選擇高穩(wěn)定性精密電源成為電控系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。

依據(jù)設(shè)計需求，電源選用杭州遠(yuǎn)方光電信息有限公司生產(chǎn)的WY3010精密直流穩(wěn)壓電源，設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)如下：

輸出電壓范圍：0～30V；

輸出電流范圍：0～10A；

穩(wěn)壓時電壓穩(wěn)定度：≤5×10－5讀數(shù)＋2mV；

穩(wěn)流時電流穩(wěn)定度：≤5×10－4讀數(shù)＋0.5mA；

滿度時輸出電壓漂移：±0.01%讀數(shù)／（3min）；

滿度時輸出電流漂移：±0.01%讀數(shù)／（3min）；

電壓表準(zhǔn)確度：±（0.02%讀數(shù)＋0.01%量程＋1字）；

穩(wěn)壓時電壓紋波：1.5mV；

穩(wěn)流時電流紋波：1.5mA；

電流表準(zhǔn)確度：基本準(zhǔn)確度＋附加誤差，基本準(zhǔn)確度為±（0.02%讀數(shù)＋0.01%量程＋1字），附加誤差為±（0.01%讀數(shù)＋0.01%量程＋1字）。

由以上參數(shù)可以看出，該電源電壓、電流輸出范圍和穩(wěn)定度均能夠達(dá)到電控系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)要求，圖1中L1～L16為發(fā)光光源鹵素?zé)簦捎诿總€電源負(fù)載采用串聯(lián)電路連接，因此，鹵素?zé)暨x取“12V，100W”。電路中串入的保險絲用于保護(hù)負(fù)載電路，防止電源故障對負(fù)載造成影響。

2 電控系統(tǒng)軟件設(shè)計

可調(diào)對比度目標(biāo)源電控系統(tǒng)主要功能是為發(fā)光光源提供輸出功率，并通過系統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)整提高輸出功率的穩(wěn)定性，并具備輸出功率可調(diào)功能。電控系統(tǒng)中央控制器軟件采用VC編寫，利用模塊化設(shè)計實現(xiàn)系統(tǒng)各項功能，軟件功能框圖如圖2所示。

圖2 可調(diào)對比度目標(biāo)源電控系統(tǒng)軟件設(shè)計框圖

中央控制器軟件根據(jù)可調(diào)對比度目標(biāo)源電控系統(tǒng)設(shè)計要求劃分為6個功能模塊。參數(shù)設(shè)置與狀態(tài)確認(rèn)功能模塊用于完成電控系統(tǒng)下位機(jī)各電源初始狀態(tài)的參數(shù)（橫流模式、電流值、限壓值）設(shè)置，并可以通過定時方式設(shè)置系統(tǒng)自動調(diào)整電源輸出功率，完成測試過程的自動控制；RS－485通訊功能模塊用于建立底層數(shù)據(jù)通訊鏈路，通過設(shè)置通訊所需的串口號、波特率、協(xié)議格式、數(shù)據(jù)收發(fā)方式等參數(shù)完成串口配置；數(shù)據(jù)采集與處理功能模塊根據(jù)設(shè)定的采樣率定期采集下位機(jī)各電源的電流、電壓值，將采集數(shù)據(jù)調(diào)入“功率穩(wěn)定度控制功能模塊”進(jìn)行處理，最后根據(jù)處理結(jié)果完成相應(yīng)動作；數(shù)據(jù)存儲與查詢功能模塊根據(jù)不同電源建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，將系統(tǒng)采集的相應(yīng)電源參數(shù)按時間順序存儲于相對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)庫具有查詢功能，可以隨時調(diào)出某時段、某電源的采集數(shù)據(jù)；功率曲線生成與顯示功能模塊用于以曲線形式實時顯示下位機(jī)各路電源的功耗，從而使操作人員在直觀上判斷電控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)；功率穩(wěn)定度控制功能模塊通過功率自適應(yīng)調(diào)節(jié)方式實現(xiàn)系統(tǒng)對下位機(jī)電源輸出功率穩(wěn)定度的控制，由于電源自身精度、導(dǎo)線線阻變化及溫度等環(huán)境變化的影響，電源的輸出電流會出現(xiàn)漂移，若電流漂移量超出設(shè)計指標(biāo)允許范圍，則目標(biāo)源的對比度穩(wěn)定性無法得到有效保證，因此，必須通過自適應(yīng)方式實時調(diào)整電源輸出功率，從而有效地補(bǔ)償電流漂移，保持輸出功率的穩(wěn)定性。自適應(yīng)調(diào)整功能軟件流程如圖3所示。

3 結(jié) 語

可調(diào)對比度目標(biāo)源電控系統(tǒng)利用精密數(shù)顯直流穩(wěn)流、穩(wěn)壓電源驅(qū)動發(fā)光光源，采用基于RS－485的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)完成各項控制功能，并利用功率自適應(yīng)調(diào)整方式保證電源的高穩(wěn)定度輸出，其整體指標(biāo)滿足設(shè)計要求。

圖3 功率自適應(yīng)調(diào)整功能軟件流程圖

[1]王建立.光電經(jīng)緯儀電視跟蹤、捕獲快速運(yùn)動目標(biāo)技術(shù)的研究[D]：[碩士學(xué)位論文].長春：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，2002.

[2]賀代春.基于RS－485的自來水廠監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2010（1）：140－142.

[3]郭慶亮.利用RS－485實現(xiàn)多路溫度測量[J].電子產(chǎn)品世界，2010（3）：48－50.

[4]袁中華.VC＋＋串行通信技術(shù)在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].甘肅科技，2003，19（7）：37－38.

[5]曾敬.基于485總線的聯(lián)網(wǎng)報警控制系統(tǒng)的實現(xiàn)[J].信息與電腦，2010（7）：39.