激光雷達門(mén)控控制系統的設計

前言
激光雷達能夠對大氣中的氣溶膠、二氧化碳、臭氧、水氣等進(jìn)行高時(shí)空分辨率、實(shí)時(shí)、大范圍地測量，因此越來(lái)越受到環(huán)保和氣象部門(mén)的重視。目前，用于氣象要素和環(huán)境污染檢測的激光雷達技術(shù)發(fā)展很快。激光雷達必定會(huì )在大氣參數和環(huán)境污染檢測方面扮演重要的角色。要使激光雷達的測量范圍盡可能的大,必須控制好雷達光電倍增管（PMT）門(mén)控的開(kāi)關(guān)門(mén)時(shí)間，以滿(mǎn)足各種測量的要求.如果能很好地解決這些問(wèn)題將會(huì )極大地推動(dòng)激光雷達的應用和推廣。
單片機在很多領(lǐng)域都有廣泛的應用，其性?xún)r(jià)比很高,特別適合于激光雷達門(mén)控控制系統的要求。我們利用單片機很好地實(shí)現了激光雷達光電倍增管門(mén)控開(kāi)關(guān)門(mén)的控制，并通過(guò)上位機編程實(shí)現了軟件控制門(mén)控,操作極為方便,使激光雷達的發(fā)展更加趨向于自動(dòng)化。
1．控制方案設計
激光雷達接收的后向散射回波信號通過(guò) PMT接收，由于近地面的回波信號很強，而 PMT是非常靈敏的器件，如果直接用激光器的出光信號 QSWITCH信號觸發(fā) PMT接收回波就會(huì )對PMT造成損害。
常閉型 PMT的 GATE端是上升沿觸發(fā)開(kāi)門(mén)，所以我們將 QSWITCH信號延時(shí)整形后得到一個(gè)正脈沖，脈沖的前沿觸發(fā) PMT開(kāi)門(mén)，脈沖的寬度就是 PMT開(kāi)門(mén)的時(shí)間。
常開(kāi)型 PMT的 GATE端是下降沿觸發(fā)關(guān)門(mén)，所以我們先將激光器的氙燈信號 FLASHLAMP延時(shí)一段時(shí)間，得到一個(gè)正脈沖，脈沖的前沿調節在QSWITCH信號之前，這個(gè)時(shí)候 PMT就關(guān)門(mén)了，直到脈沖的后沿才觸發(fā) PMT開(kāi)門(mén)，在這之后 PMT就一直開(kāi)門(mén)。
通過(guò)單片機控制單穩態(tài)觸發(fā)器的延時(shí)時(shí)間，并用上位機進(jìn)行軟件控制，實(shí)現了精確延時(shí)，調節非常方便。
本系統以單片機為核心,按照規定的協(xié)議,上位機通過(guò)串口給單片機發(fā)送相應的指令,單片機再調節單穩態(tài)觸發(fā)器中的數字電位器的值,從而輸出相應的延時(shí)脈沖到光電倍增管門(mén)控,實(shí)現開(kāi)門(mén)或者關(guān)門(mén)。系統功能框圖如圖1：

2．系統硬件設計本系統采用 AT89S52單片機作為控制核心，控制系統主要包括數字電位器、光電耦合器、單穩態(tài)觸發(fā)器、信號放大整形電路、以及串口通信電路等部件。
2.1 單片機
AT89S52是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8位單片機，片內含 8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫(xiě) 1000次的 Flash只讀程序存儲器， 256 bytes的隨機存取數據存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準MCS-51指令系統及51系列單片機引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元,可為許多嵌入式控制應用系統提供高性?xún)r(jià)比的解決方案。