基于A(yíng)D7705的在線(xiàn)激光功率檢測系統設計

0 引 言
利用單片機和AD7705模／數轉換器結合光電檢測技術(shù)而設計了一種在線(xiàn)激光功率檢測系統。該系統特點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，智能操作，方便實(shí)用，誤差小，精度高。它采用單片機自動(dòng)采集光功率信號，然后對采集的數據進(jìn)行處理。由于與單片機結合，實(shí)現了檢測過(guò)程的智能化，因而操作方便。

l 系統組成及原理
設計要求測量波長(cháng)范圍寬(O．5～10μm)，功能穩定，響應迅速，工作環(huán)境適應性強，這對傳感器的選擇，A／D轉換器的精度、速度以及單片機都提出了嚴格的要求。經(jīng)方案論證，設計的系統原理見(jiàn)圖1所示。

該系統由光電傳感器電路、模／數轉換電路、單片機控制電路以及顯示電路4部分組成。
1．1 信號采集電路設計
系統設計的基礎是光電傳感器電路。對于傳感器的選擇，應考慮探測波長(cháng)范圍以及功率兩個(gè)方面，可選用與待測波長(cháng)相對應的光電傳感器。由于要求的波長(cháng)范圍為0．5～10μm，功率范圍為0～100 W，所以，一般的光電傳感器無(wú)法滿(mǎn)足要求。
這里采用一種“抽樣檢測”的方法，即針對某一特定波長(cháng)(該設汁中為1．064 μm)的激光器進(jìn)行測量，設計出一種通用電路，只要改變傳感器型號即可測量其他波長(cháng)范圍的激光輸出功率。采用2DU1系列硅光敏二極管作為探測器。光敏二極管在受到光照時(shí)，會(huì )產(chǎn)生一個(gè)與照度成正比的小電流，因此是很好的光電傳感器，且具有良好的線(xiàn)性特性，不僅響應速度快，靈敏度較高，而且噪聲低，穩定可靠。實(shí)驗時(shí)光電傳感器接收一部分光功率信號，將其測量結果與精準的激光功率計測量結果進(jìn)行比較，得出比例系數，進(jìn)而利用軟件編程得到最終結果。該方法原理簡(jiǎn)單，測量方便，造價(jià)低廉，方便實(shí)用，誤差小，精度高，可大大降低對傳感器的要求。光敏二極管在電路中必須處于反向偏置，如圖2所示。設計中將光敏二極管反偏接至AD7705的通道1，即接到7腳和8腳上，同時(shí)光敏二極管的環(huán)極接+5 V電壓，偏置電阻為6．5 kΩ。

1．2 模／數轉換電路設計
傳感器的輸出一般是毫伏級的微弱模擬信號，溫度特性差，易受干擾。傳統的電路設計方法是在A(yíng)／D轉換之前增加一級或多級高精度的放大器，這樣不但增加了成本和系統復雜性，而且在監測中也會(huì )出現外部低頻(如工頻)干擾和放大器漂移等問(wèn)題。該設計中采用AD7705作為模／數轉換器，它順應了集成化、高精度、多功能、自動(dòng)補償和自動(dòng)校準的發(fā)展要求，集放大、濾波和A／D轉換單元于一體，只需接晶體振蕩器、精密基準源和少量去耦電容即可連續進(jìn)行A／D轉換。
AD7705利用∑-△轉換技術(shù)最高可實(shí)現16位無(wú)誤碼傳輸，能將從傳感器接收到的很微弱的輸入信號直接轉換成串行數字信號輸出，是用于智能系統、微控制器系統和基于DSP系統的理想產(chǎn)品。AD7705與89S51單片機的接口電路如圖3所示。

AD7705采用SPI／QSPI兼容的三線(xiàn)串行接口，大大節省了I／O口。第一種方法是SCLK接AT89S51的P2口中未用的管腳，數據輸入、輸出端DIN，DOUT一起接P2口中未用的另一管腳。這種做法的代價(jià)是時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)較多，不適用于時(shí)效性要求較強的系統；本設計采用第二種方法，即監控硬件DRDY引腳的狀態(tài)，以決定數據寄存器是否被更新，硬件DRDY引腳的輸出與通信寄存器DRDY位同步，DRDY引腳一旦變成低電平，表明數據寄存器數據已經(jīng)更新，可以讀取。DRDY輸出引腳接至單片機的INTO可實(shí)現中斷或者查詢(xún)方式的監控。SCLK接AT89S51的同步脈沖輸出端TXD(P3.1)，為傳輸數據提供時(shí)鐘。AD7705的數據輸入、輸出端DIN，DOUT一同接AT89S51的RXD(P3．O)，并接一個(gè)10 Ω的上拉電阻。在這種連接方式下，對AD7705數據的讀取可按51系列單片機串行口的工作方式0完成。