基于可調式模擬激光脈沖的激光告警器在線(xiàn)檢測儀

　　檢測儀機械結構分析

　　根據上述原理，我們設計了如圖2所示的機械結構，可實(shí)現模擬光源在半球面上的可控移動(dòng)。

　　如圖2所示，該結構外層為一半球型罩，用于屏蔽外界雜散光干擾;下部為圓環(huán)盤(pán)型底座，其上固定有環(huán)形齒條;環(huán)形水平導軌位于底座上，在步進(jìn)電機1的驅動(dòng)下為激光管提供方位角調節;帶有齒條的半環(huán)型垂直導軌連接于水平導軌上，其兩端的間距等于水平導軌直徑。步進(jìn)電機2帶動(dòng)激光管在垂直面上運動(dòng)，為激光管提供俯仰角調節。該結構整體緊湊、重量輕(材料為玻璃鋼)、便于安裝與運輸，使用時(shí)不需將告警器從裝備上拆下，也不存在檢測死角問(wèn)題。

　　步進(jìn)電機采用常規的2相混合式步進(jìn)電機，步距角為1.8o。電機1輸出軸齒輪與水平導軌齒條的齒數比為1:22.3，電機2輸出軸齒輪與垂直導軌齒條的齒數比1:12.5(180o覆蓋)，故方位角的最小調節量為0.08o，俯仰角的最小調節量為0.072o，滿(mǎn)足要求。

　　檢測儀電路

　　本文所設計的告警器檢測儀控制電路如圖3所示?？刂齐娐返暮诵臑?位Atmel AVR單片機ATmega16[3]，具有內部資源豐富、速度快、價(jià)格低廉和穩定性高的特點(diǎn)，非常適合于便攜式控制設備。圖中，IC2為SPI接口12bit串行數模轉換器LTC1456，可直接與ATmega16的SPI接口連接，簡(jiǎn)化了軟硬件設計。LD1和LD2分別是輸出波長(cháng)為1.06mm和1.54mm[4]的激光二極管，作為檢測儀的模擬光源，由步進(jìn)電機M1和M2驅動(dòng)，運行在圖2所示的導軌上。為了實(shí)現激光管輸出功率的可調，必須對其電流進(jìn)行控制，故設計了由IC2、運放IC3、場(chǎng)效應管Q和電阻R4構成數控電流源[5]。其工作原理為：?jiǎn)纹瑱C根據所需設定的激光輸出功率對IC2寫(xiě)入控制字后，VOUT端隨即輸出相應電壓;運放工作時(shí)同、反相輸入端“虛短”，這一作用必然令Q的源極輸出一個(gè)電流值，使R4上的電壓與IC3同相輸入端電壓相等，從而實(shí)現了電流的數字控制。場(chǎng)效應管柵極電流為零，其源、漏極電流相等，故控制精度高，避免了采用雙極型晶體管時(shí)控制精度受到基極分流影響的問(wèn)題。R4采用溫度系數小的精密線(xiàn)繞電阻，減小了溫度對電流控制精度的影響，同時(shí)具有較強的抗過(guò)載能力。由于兩種激光管的輸出功率——電流曲線(xiàn)不同，故切換激光管時(shí)也必須“通知”單片機，以保持正確的電流控制規律，因此設計了S1_1和S1_2構成的聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)，單片機通過(guò)檢測PD4上的邏輯電平來(lái)判斷當前與Q相接的激光管，以調整控制系數。LTC1456具有異步清零端，這就為激光的調制提供了方便：通過(guò)設定單片機的定時(shí)器中斷，使其溢出頻率2倍于欲設定的調制頻率，對IC2交替進(jìn)行寫(xiě)入和清零即可。

　　DR1和DR2是2相步進(jìn)電機驅動(dòng)器。步進(jìn)電機運行的步數等于驅動(dòng)器控制端P接收到脈沖數，而D端是方向控制端;故可控制激光管運行至圖2所示半球面上的任意一點(diǎn)。由于步進(jìn)電機轉子的慣性，起步時(shí)的輸入到P端的脈沖頻率不能太高，以防電機失步而使定位控制出現誤差。如上文分析，方位角和俯仰角的調節已經(jīng)足夠精細，故不需對步進(jìn)電機進(jìn)行細分驅動(dòng)，節約了成本。

　　根據用戶(hù)要求，該檢測儀應能與PC機進(jìn)行通信，以實(shí)現更強的數據處理與操作功能，為此設計了以IC4 MAX232為核心的電平轉換器，該芯片在5V工作電壓下可產(chǎn)生-10V的負壓輸出，從而與PC機的RS-232串口實(shí)現電平兼容，數據和命令字得以傳輸。

　　在不具備PC的條件下，檢測儀通過(guò)一個(gè)3×3鍵盤(pán)實(shí)現功能操作。其工作原理如下：?jiǎn)纹瑱C上電后將PB0~PB2配置為低電平，而將PD5~PD7配置為高電平(AVR單片機I/O口為推挽輸出，強上拉)，此時(shí)3輸入與門(mén)IC5的輸出為高電平。當有按鍵按下時(shí)，IC5輸入端出現低電平，故輸出下降沿，使INT0中斷;進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，首先將PB0~PB2配置為弱上拉輸入模式，然后將PD5置低，接著(zhù)讀取PB0~PB2的邏輯電平。由于單片機內部上拉電阻(數十KW)遠大于R1~R3(2KW)，因此若K3、K6或K9按下，則必然能在PB0、PB1或PB2讀到邏輯0，從而判斷出所按下的鍵號。若未發(fā)現PB0~PB2上有低電平，則說(shuō)明被按下的鍵不在此列，恢復PD5的高電平，依次置低PD6和PD7，重復上述過(guò)程，直至找到所按下的鍵。