光纤位移传感试验仪课设报告.docx
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光纤位移传感试验仪课设报告.docx
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光纤位移传感试验仪课设报告
燕山大学
课程设计说明书
题目:
学院:
信息科学与工程学院
班级:
姓名学号:
姓名学号:
姓名学号:
指导老师:
1训练概况
1.1训练目的与任务
根据本专业的培养方向:
电子科学与技术专业的学生应掌握电子学和光子学的基本理论、基本知识,要拥有光学技术、光传感等方面的专业知识。
在大学本科阶段,注重培养学生的科学研究能力和实际工作能力,加强实践环节、加强基本技能训练。
专业综合训练是安排在大学四年级的一项教学实践环节,是在学生学习了本专业的全部专业基础课和部分专业课后安排的。
通过理论与实践的结合,可使学生加深对所学知识的理解,并为后续的学习指引方向。
同时使学生初步了解光电系统的设计、制作、调试过程,为将来走上工作岗位奠定基础。
本次训练应达到的目标是:
1.了解光电技术的应用情况;
2.了解光纤传感器的制作、光参数的设计与实现方法;
3.了解电子电路的系统设计、焊接、制版,组装等工艺过程;
4.了解光电系统的安装、调试过程;学习分析、排除故障的方法;
5.掌握反射式光纤位移传感器工作原理、传感系统测量位移的方法及仪器的标定方法。
1.2训练内容
设计并制作一台光纤位移传感试验仪。
2设计原理
2.1理论基础
反射式强度调制型光纤传感器(RIM-FOS,ReflectiveIntensityModulatedFiberOpticSensor)是一种非功能型光纤传感器,光纤本身只起传光作用。
反射式光纤传感器的原理如图1所示。
光纤探头A由两根光纤组成,一根用于发射光,一根用于接收反射体反射的光,R是反射体。
系统可工作在两个区域中,前沿工作区和后沿工作区(见图4)。
可以看出,当在前沿区域工作时可以有较高的灵敏度;当在后沿区域中工作时,可以获得较宽的动态范围。
图1光线反射调制原理图
2.2电路原理图
2.2.1电源部分
图3电路原理电源图
如图3所示,通过变压器将220V的电压转换成15V的电压,再经过桥式整流电路,交流量变成直流量,接着利用LM77812和LM7912将电压转换成12V和-12V供电路中的运放使用,再利用LM7805和LM7905将电压转换成5V和-5V供系统使用。
2.2.2D/A转换控制电流
图4电路原理D/A转换图
如图4所示,系统采用DAC0832来控制电流的大小,这是8位的DA转换,通过控制P2口的输出来实现电流0~50mA的变化,从而改变LD的光强。
2.2.3电压采集
图7电压采集电路
如图7所示,这是电压的采集电路,OPA2244的输出与单片机的P1^1脚相连。
2.2.4单片机STC12C5A60S2
图5电路原理单片机图
如图5所示,这是单片机STC12C5A60S2的连接电路图,P2口作为DA转换来改变驱动LD的电流大小,并有3个按键,按键可以改变P2的输入大小,从而实现对驱动LD电流的大小控制,而P1口作为AD转换来实现对采集来的电压信号进行处理,其中将参考电压设为5V。
串口实现程序的下载,也可实现与PC的通信,进行程序调试。
2.2.5显示模块
图6电路原显示模块图
如图6所示,本系统即可选择用LCD1602显示,也可选择用数码管显示,其中用MAX7219来驱动,可以减少对MCU的IO口的需求。
2.4程序流程图
图7程序的流程图
系统一上电,开始系统的初始化,然后进入主循环,DA开始工作,控制LD驱动电流的大小,同时AD也开始将采集来的电压实现转换,LCD1602或者数码管显示当前的电流值和采集来的电压值。
主循环中不停的检测键盘是否被按下。
3调试过程
遇到的问题:
1、调试的过程中,改变P2口的数据,经过DA转换之后,来控制驱动LD的电流大小,但是,不管怎么改变P2口的数据,电流的大小都为0,而DAC0832的输出电压是正确的,从而判定是LM358器件有问题,换了一个LM358器件,问题果然引刃而解。
2、编程调试的过程中,当将变量设置成unsignedlong型时,它竟然不是4个字节的长度,在数据处理处理的时候总是溢出,找程序的问题根本找不出来,只好进行串口调试,看看到底是哪一步出了问题,在调试的过程中发现单片机STC12C5A60S2竟然把unsignedlong型变量当做是两个字节,所以我们只好将temp=temp*5000/1024进行约分和分步运算,变成temp=temp*25/16;
temp=temp*25/16;temp=temp*2;这样就解决了变量溢出的问题。
3、进行试验的过程中,电压采集不能调零,发现是采集电压的电路设计有点不合理,给的参考电压不对,只能更换电阻,换了阻值为100K和120K的两个电阻,可以调零,但是精度不是很好。
4实验数据分析
2.6.1调制特性曲线
待写.........
2.6.2反射光强与驱动电流的关系
将探头与反射体距离固定在最大位置处,调节LED驱动电流(步长约1mA)绘制LED的P-I特性曲线:
3心得与体会
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