研究單片機的光電傳感信號檢測系統設計

作者/谷敏、謝靖，南陽農業職業學院

研究單片機的光電傳感信號檢測系統設計

作者/谷敏、謝靖，南陽農業職業學院

本文對光電傳感結構進行詳細分析，根據實際情況，針對光電檢測響應速度以及抗干擾能力這幾個特點，對單片機光電傳感信號檢測系統的整體方案設計進行深入研究，從根本上提高信號檢測的可靠性和穩定性。

單片機；光電傳感；信號檢測系統；設計

現如今，社會經濟不斷快速發展，工廠也逐漸發展起來，而在科學技術不斷大力發展和廣泛應用的影響下，工廠自動化現象越來越普及，而光電傳感器則是廣場自動化當中非常重要的一部分。光電傳感器是各種光電檢測系統中能夠切實有效實現光電轉換最根本的元件之一，光電傳感器能夠將被測量的內容轉換成為光信號，比如紅外線、紫外線等等，然后借助光電元件將光信號逐漸轉換成為點信號，從根本意義上實現光電傳感信號的互換。光電檢測方法具有非常多的特點和優勢，比如其自身測量的精度比較高、反應比較靈敏、其自身還具有非接觸性優點等等，另外，傳感器自身的結構相對來說比較簡單，形式還比較多樣，操作起來比較方便，促使現如今在各個工廠當中，都能夠看到光電傳感信號檢測系統的廣泛應用。

1.光電傳感器結構

■1.1 電源調節器

在實際操作過程中，光電傳感器信號檢測系統的電路模塊工作電力是5V，而在正常工業用電電力時一般是10至30V，所以在這種形勢下，就需要利用穩壓芯片來對其進行降低電壓的處理，利用穩壓芯片來降壓保證5V電壓的輸出，另外，由于單片機供電電壓不同，所以在實際操作過程中，要根據實際情況，利用穩壓芯片來保持電力的平衡和準確，以免由于電力不穩定而造成事故發展。

■1.2 脈沖光源驅動電路

光電傳感器在實際操作過程中，一般情況下發射光源都會選擇紅外發光二極管，這種紅外發光二級管具有其自身獨有的特點和優勢，包括可靠性能比較強、輻射強度比較大、正向電壓低等特點，在實際使用中，很適用于檢測類型的傳感器，利用單片機設計程序將脈沖信號輸出來驅動光源，經過三極管進行功率放大，這樣不僅能夠有效的增加信號檢測距離，而且能夠保證檢測結果準確性[1]。

■1.3 光電信號放大器

光電接收元件在使用過程中，利用紅外光敏二極管，與紅外發光二極管進行相互配合使用，將物體在經過衰減之后，逐漸從光信號轉換成為電信號，信號自身的強弱狀態能夠顯示出被檢測物體的實際狀態。由于光電二極管的直接輸出電流呈現出一種比較弱的狀態，所以在實際操作過程中，很容易受到一些噪聲的干擾影響，所以針對這一現象，利用低噪聲前置來將電路放大，從而切實有效的實現微弱電信號的放大和濾波，這樣不僅能夠有效的增大信號幅值，而且能夠方便單片機自身的轉換器進行數據轉換和利用。

■1.4 控制器

控制器在實際操作使用過程中，一般情況下利用其自身的特點，集成豐富外設，這樣能夠最大限度的降低對外圍元器件的整體需求，這樣能夠促使整個系統的成本比較低，單片機自身內部集成一般來說有16通道的10位ADC，可以直接利用其自身內部控制器進行數據轉換，在這種形勢下，其自身片內已經集成晶振，不需要再外接晶振，這樣不僅能夠有效的簡化電路設計，而且能夠方便對傳感器溫度進行切實有效的研究和分析。

■1.5 輸出電路

輸出顯示電路一般情況下由4位數碼管顯示，分為位選通以及段選通兩個部分，根據實際檢測信號的強弱，由單片機輸出信號進行切實有效的控制，最后利用LED將傳感器最終的檢測結果展示出來。

2.信號處理方案設計

系統的信號處理方案設計主要包括單片機驅動光源脈沖信號的產生、采集信號的實際處理情況、信號輸出以及信號顯示等等幾個方面，單片機對于已經采集到的電壓值進行轉換時，基本上是以數字信號作為主要顯示方法，與預設的閾值進行對應比較，在實際操作過程中，如果超過閾值則表示能夠檢測到有效信號，如果低于閾值的話，就表示并沒有檢測到有效信號[2]。另外，在信號檢測過程中，加入了一些擾動處理和表決法處理，從而保證信號檢測自身的穩定性和準確性都能夠有所提升。

光電傳感器光源驅動所需要的脈沖信號，在主程序初始化之后，需要對其進行計數器設置，從0至8自動重載計數器，并且將其放入到初值控制當中，讓計數器從開始計數一直到溢出的時間，作為定值，也就是脈沖周期的時間，這樣才能夠切實有效的響應時間設計的整體要求。而當其進入到循環程序當中時，設置高電平，在被檢測信號即將達到峰值的時候，將其設置為低電平，這樣能夠最大限度的保證脈寬時間的最優化[3]。單片機對放大后的接收信號進行轉換以及數據處理過程中，需要利用PO.2引腳作為輸入通道，檢測信號就通過此引腳進行有效輸入，在P1.0引腳已經逐漸從高電平轉向低電平之前，利用一些空閑的時間，將已經轉換結束的中斷標志位進行切實有效的清楚，將ADC轉換采樣點進行有效控制，并且保證其在接受峰值的附近位置。根據對整個過程的觀察不難發現，ADC在開始轉換時，采樣時間點設置在P1.0引腳已經變成低電平的時候，需要啟動ADC0來進行轉換，利用查詢等一系列方式對其自身的轉換結果進行判斷，確定其是否已經完成轉換，在實際轉換完成之后，從中讀取數據轉換，并且將該數字信號放入到數據緩沖區域當中。在實際操作過程中，由于會受到各種各樣環境因素的影響，所以要保證周圍的抗干擾環境，對信號進行有效處理，從根本上提高檢測的穩定性和準確性。

3.結束語

在針對單片機光電傳感信號檢測系統設計進行實際研究過程中，不難發現，這種系統的利用，不僅能夠滿足光電傳感器對于武力實際檢測過程中，對時間和抗干擾能力的要求，而且能夠對干擾信號起到非常有效的抑制作用，從根本上提高傳感器自身的檢測可靠性和真實有效性。

＊ [1]孟立凡，藍金輝.傳感器原理與應用[J].北京：電子工業出版社.2011（07）

＊ [2]張旭.單片機技術在傳感器設計中的應用[J].機電信息.2011（36）

＊ [3]趙世平，王賽.STC12C2052AD單片機在智能傳感器開發中的應用[J].軟件導刊.2011（12）