專利名稱：基于c8051f320單片機(jī)的光纖光柵傳感器波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖光柵傳感器波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)，尤其涉及一種基于C8051F320單片機(jī) 的光纖光柵傳感器波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光纖光柵傳感器相對(duì)于傳統(tǒng)的電感傳感器相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)抗電磁干擾能力 強(qiáng)，具有較高的可靠性和穩(wěn)定性；傳感探頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，適用的場(chǎng)合廣泛；采用波長(zhǎng) 調(diào)制，易于復(fù)用，可同時(shí)對(duì)幾個(gè)參量進(jìn)行測(cè)量；便于構(gòu)成不同形式的光纖傳感網(wǎng)絡(luò)；光柵寫 入技術(shù)成熟，可以形成規(guī)模生產(chǎn)。正因?yàn)榫哂羞@樣優(yōu)越的特點(diǎn)，光纖光柵傳感器廣泛應(yīng)用于 航天航空材料、橋梁結(jié)構(gòu)、電力工業(yè)設(shè)備的檢測(cè)以及醫(yī)學(xué)、化學(xué)、水下聲場(chǎng)測(cè)量等領(lǐng)域。比較 傳統(tǒng)的機(jī)電類傳感器，具有更穩(wěn)定、更可靠、更準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的發(fā)展前景。光纖光柵的傳感原理是將外界溫度、應(yīng)力的改變調(diào)制成為波長(zhǎng)的變化，對(duì)傳感信 號(hào)進(jìn)行調(diào)制。作為一個(gè)完整的傳感系統(tǒng)的另外一步，是一個(gè)解調(diào)的過(guò)程。目前，在實(shí)驗(yàn)室中 通常會(huì)采用光譜儀來(lái)測(cè)量傳感光纖光柵的中心波長(zhǎng)，但是由于光譜儀的分辨率較低、掃描 周期長(zhǎng)、價(jià)格昂貴、體積大等特點(diǎn)，不可能應(yīng)用于實(shí)際的測(cè)量傳感系統(tǒng)中。因此，為了實(shí)用化 得要求，人們投入了很多精力用于傳感信號(hào)解調(diào)技術(shù)的研究。例如馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x 法、邊緣濾波法、可調(diào)諧濾波器法等。目前以可調(diào)諧濾波器法最為流行，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià) 值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于C8051F320單片機(jī)的光纖光 柵傳感器波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)?；贑8051F320單片機(jī)的光纖光柵傳感器波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)包括控制模塊、電源模 塊、DAC模塊、信號(hào)采集模塊、可調(diào)諧光纖法布里_珀羅濾波器；控制模塊與DAC模塊、可調(diào) 諧光纖法布里_珀羅濾波器、信號(hào)采集模塊依次相連，信號(hào)采集模塊與控制模塊相連，PC與 控制模塊通過(guò)USB接口相連，電源模塊與控制模塊、信號(hào)采集模塊、DAC模塊相連；由PC命 令控制模塊產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電壓數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊換為鋸齒波電壓，驅(qū)動(dòng)可調(diào)諧 光纖法布里_珀羅濾波器，使其工作在周期性的掃描狀態(tài)，傳感光柵在外界環(huán)境改變時(shí)，其 中心波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生位移，被調(diào)制的光信號(hào)，通過(guò)可調(diào)諧光纖法布里_珀羅濾波器的透射窗，被 信號(hào)采集模塊探測(cè)并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，最后由控制模塊通過(guò)USB接口將數(shù)據(jù)傳給PC端程序， 實(shí)現(xiàn)解調(diào)系統(tǒng)與PC的指令和數(shù)據(jù)傳遞，方便實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示和處理，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的觀測(cè)與控 制。所述的控制模塊的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為單片機(jī)U8的4腳、5腳、8腳分別與USB 接口 USB1的3腳、2腳、1腳相連，單片機(jī)U8的6腳與JTAG接口 JTAG1的1腳以及電容C22 的一端相連，電容C22的另一端接地，單片機(jī)U8的9腳與JTAG接口 JTAG1的7腳以及電阻 R13的一端相連，電阻R13的另一端與JTAG接口 JTAG1的5腳、電容C24的一端、電容Cap4的一端、開(kāi)關(guān)S 1的一端以及電阻R14的一端相連，電容C24的另一端、電容Cap4的另一 端、開(kāi)關(guān)Sl的另一端接地，單片機(jī)U8的7腳以及電阻R14的另一端連接5V電壓，USB接口 USBl的4腳、5腳、6腳接地，單片機(jī)U8的10腳與JTAG接口 JTAGl的2腳相連，JTAG接口 JTAGl的3腳、4腳以及9腳接地。所述的信號(hào)采集模塊的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為PIN-FET Updl的2腳、5腳、電容 Capdl的一端和電容Cpdl的一端與5V電壓相連，電容Capdl的另一端和電容Cpdl的另一 端接地，PIN-FET Updl的4腳、電容Capd2的一端和電容Cpd2的一端與5V電壓相連，電容 Capd2的另一端和電容Cpd2的另一端接地，PIN-FET Updl的6腳與電阻R6的一端相連，電 阻R6的另一端與運(yùn)放U4的3腳及電阻R4的一端相連，PIN-FET Updl的7腳和電阻R4的 另一端接地，運(yùn)放U4的2腳與電阻R3的一端和電阻R2的一端相連，電阻R3的另一端連接 到-5V電壓，電阻R2的另一端與運(yùn)放U4的6腳以及運(yùn)放U3A的3腳相連，運(yùn)放U4的4腳、 電容Cap3的一端和電容Cll的一端與-5V電壓相連，電容Cap3的另一端和電容Cll的另 一端接地，運(yùn)放U4的7腳、電阻Rl的一端、電容Cap2的一端及電容C6的一端與5V電壓相 連，電容Cap2的另一端和電容C6的另一端接地，電阻Rl的另一端與電容C7的一端和電阻 R5的一端相連，電容C7的另一端和電阻R5的另一端接地，運(yùn)放U3A的2腳、1腳與電阻R7 的一端相連，運(yùn)放U3A的8腳、電容C8的一端與12V電壓相連，電容C8的另一端與運(yùn)放U3A 的4腳和電容ClO的一端接地，電容ClO的另一端和電阻R7的另一端相連并輸出信號(hào)。所述的DAC模塊的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為DAC芯片U9的4腳與運(yùn)算放大器U3B的 5腳相連，DAC芯片U9的8腳、電容C21的一端與5V電壓相連，電容C21的另一端接、DAC 芯片U9的5腳接地，DAC芯片U9的6腳與穩(wěn)壓芯片UlO的6腳以及電容C19的一端相連， 電容C19的另一端接地，穩(wěn)壓芯片UlO的2腳連接5V電壓并與電容C20的一端相連，電容 C20的另一端接地并與穩(wěn)壓芯片UlO的4腳相連，運(yùn)算放大器U3B的6腳與電阻R12的一端 以及電阻Rll的一端相連，電阻R12的另一端接地，電阻Rll的另一端與運(yùn)算放大器U3B的 2腳以及接線柱J2的2腳相連，運(yùn)算放大器U3B的8腳連接12V電壓并與電容C23的一端 相連，電容C23的另一端與運(yùn)算放大器U3的4腳相連并接地。所述的電源模塊的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為穩(wěn)壓芯片U7的1腳連接15V電壓并與電 容C17的一端、電容C15的一端、穩(wěn)壓芯片U6的1腳以及接線柱Jl的2腳相連，電容C17 的另一端、電容C15的另一端以及穩(wěn)壓芯片U7的2腳、穩(wěn)壓芯片U6的2腳和接線柱Jl的 1腳接地，穩(wěn)壓芯片U7的3腳與電容C18的一端相連，電容C18的另一端接地，穩(wěn)壓芯片U6 的3腳與電阻RlO的一端、電容C16的一端、電容C13的一端、電感L2的一端以及穩(wěn)壓芯片 U5的5腳、4腳相連，電容C13的另一端以及電容C16的另一端接地，電阻RlO的另一端與 LED燈D2相連，LED燈D2的另一端接地，電感L2的另一端與電容C9的一端以及穩(wěn)壓芯片 U5的1腳相連，電容C9的另一端與電感Ll的一端、LED燈Dl的一端相連，LED燈Dl的另 一端與穩(wěn)壓芯片U5的2腳相連，電感Ll的另一端與電阻R8的一端、電容C12的一端、電容 C14的一端相連，電阻R8的另一端、電容C12的另一端與電阻R9的一端以及穩(wěn)壓芯片TO的 3腳相連，穩(wěn)壓芯片U5的2腳與電阻R9的另一端、電容C14的另一端相連并接地，穩(wěn)壓芯片 Ul的1腳與電容Cl的一端、電容C2的一端相連并接地，電容C2的另一端與穩(wěn)壓芯片Ul的 2腳、4腳以及電池組1的負(fù)極相連，穩(wěn)壓芯片Ul的3腳與電容C3的一端相連，電容C3的 另一端與電容Cl的另一端以及穩(wěn)壓芯片Ul的5腳相連，穩(wěn)壓芯片U2的1腳、2腳與電容C5的一端、電容Capl的一端相連，電容Capl的另一端接地，電容C5的另一端與U2的4腳 相連，穩(wěn)壓芯片U2的3腳與穩(wěn)壓芯片U2的7腳、6腳以及電容C4的一端相連并接地，電容 C4的另一端與穩(wěn)壓芯片U2的8腳、5腳以及電池組2的正極相連。本發(fā)明植入了基于C語(yǔ)言編程的單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了嵌入式系統(tǒng)中的ADC 數(shù)據(jù)采集驅(qū)動(dòng)、與PC機(jī)連接的USB驅(qū)動(dòng)、掃描設(shè)備驅(qū)動(dòng)等。還相應(yīng)的設(shè)計(jì)了基于VB語(yǔ)言編 程的上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示及控制軟件，并利用USB交互系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了和單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信功能。本發(fā)明能同時(shí)滿足高分辨率、調(diào)諧范圍寬、集成化、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，是具有顯示實(shí) 時(shí)變化信號(hào)的友好界面的實(shí)用解調(diào)方案。采用單片機(jī)C8051F320芯片作為控制芯片，既保 證了一定的測(cè)量精度，又用同一芯片實(shí)現(xiàn)了與PC機(jī)的USB數(shù)據(jù)傳輸，提高了傳輸?shù)乃俣?，?制了成本。整個(gè)系統(tǒng)尺寸小、靈敏度高、穩(wěn)定性好、性價(jià)比高，可以取代昂貴的、大體積的光 譜分析儀，在工程應(yīng)用中具有非常重要的意義。


圖1是本發(fā)明基于C8051F320單片機(jī)的光纖光柵傳感器波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)的電路框 圖；圖2是本發(fā)明的控制模塊的電路圖；圖3是本發(fā)明的信號(hào)采集模塊的電路圖；圖4是本發(fā)明的DAC模塊的電路圖；圖5(a)是本發(fā)明的直流電源供電模塊電路圖；圖5(b)是本發(fā)明的+5V與-5V干電池供電模塊電路圖；圖6是本發(fā)明的控制軟件的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，基于C8051F320單片機(jī)的光纖光柵傳感器波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)包括控制模 塊、電源模塊、DAC模塊、信號(hào)采集模塊、可調(diào)諧光纖法布里_珀羅濾波器；控制模塊與DAC 模塊、可調(diào)諧光纖法布里_珀羅濾波器、信號(hào)采集模塊依次相連，信號(hào)采集模塊與控制模塊 相連，PC與控制模塊通過(guò)USB接口相連，電源模塊與控制模塊、信號(hào)采集模塊、DAC模塊相 連；由PC命令控制模塊產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電壓數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊換為鋸齒波電壓，驅(qū) 動(dòng)可調(diào)諧光纖法布里-珀羅濾波器，使其工作在周期性的掃描狀態(tài)，傳感光柵在外界環(huán)境 改變時(shí)，其中心波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生位移，被調(diào)制的光信號(hào)，通過(guò)可調(diào)諧光纖法布里_珀羅濾波器的 透射窗，被信號(hào)采集模塊探測(cè)并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，最后由控制模塊通過(guò)USB接口將數(shù)據(jù)傳給 PC端程序，實(shí)現(xiàn)解調(diào)系統(tǒng)與PC的指令和數(shù)據(jù)傳遞，方便實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示和處理，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的 觀測(cè)與控制。整個(gè)系統(tǒng)由PC機(jī)通過(guò)USB接口控制C8051F320單片機(jī)控制模塊產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電壓數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)DAC模塊轉(zhuǎn)換為鋸齒波電壓，用來(lái)驅(qū)動(dòng)可調(diào)諧光纖法布里_珀羅濾波器，使其 工作在周期性的掃描狀態(tài)。被調(diào)制的光信號(hào)經(jīng)過(guò)法布里_珀羅濾波器濾波后，被信號(hào)采集 模塊探測(cè)并轉(zhuǎn)化為模擬量的電信號(hào)。當(dāng)法布里_珀羅腔的濾波窗與來(lái)自參考光柵或傳感 光柵反射光的波峰匹配時(shí)，濾波器的透射能力最強(qiáng)，信號(hào)采集模塊中PIN-FET探測(cè)到最大的光強(qiáng)。此時(shí)，法布里-珀羅濾波器的驅(qū)動(dòng)電壓與傳感光柵的中心波長(zhǎng)形成對(duì)應(yīng)的關(guān)系，參 考光柵的中心波長(zhǎng)與傳感光柵的中心波長(zhǎng)之間的距離，即為外界環(huán)境相對(duì)于恒定環(huán)境的參 量變化情況，從而實(shí)現(xiàn)了解調(diào)的目的。信號(hào)采集模塊將探測(cè)到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后，由 C8051F320單片機(jī)芯片內(nèi)自帶的10位精度的高速A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號(hào)，由C8051F320單片機(jī)自帶的USB通信模塊傳送到PC機(jī)，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的解調(diào)。如圖2所示，控制模塊的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為單片機(jī)U8的4腳、5腳、8腳分別與 USB接口 USB 1的3腳、2腳、1腳相連，單片機(jī)U8的6腳與JTAG接口 JTAG1的1腳以及電 容C22的一端相連，電容C22的另一端接地，單片機(jī)U8的9腳與JTAG接口 JTAG1的7腳以 及電阻R13的一端相連，電阻R13的另一端與JTAG接口 JTAG1的5腳、電容C24的一端、電 容Cap4的一端、開(kāi)關(guān)SI的一端以及電阻R14的一端相連，電容C24的另一端、電容Cap4的 另一端、開(kāi)關(guān)S1的另一端接地，單片機(jī)U8的7腳以及電阻R14的另一端連接5V電壓，USB 接口 USB 1的4腳、5腳、6腳接地，單片機(jī)U8的10腳與JTAG接口 JTAG1的2腳相連，JTAG 接口 JTAG1的3腳、4腳以及9腳接地。單片機(jī)U8采用C8051F320芯片，C8051F320芯片內(nèi)置了 USB模塊，可以通過(guò)USB接 口實(shí)現(xiàn)與PC的通信。另外，C8051F320芯片通過(guò)JTEG接口實(shí)現(xiàn)片內(nèi)部件的編程。如圖3所示，信號(hào)采集模塊的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為PIN_FET Updl的2腳、5腳、 電容Capdl的一端和電容Cpdl的一端與5V電壓相連，電容Capdl的另一端和電容Cpdl的 另一端接地，PIN-FET Updl的4腳、電容Capd2的一端和電容Cpd2的一端與5V電壓相連， 電容Capd2的另一端和電容Cpd2的另一端接地，PIN-FET Updl的6腳與電阻R6的一端相 連，電阻R6的另一端與運(yùn)放U4的3腳及電阻R4的一端相連，PIN-FET Updl的7腳和電阻 R4的另一端接地，運(yùn)放U4的2腳與電阻R3的一端和電阻R2的一端相連，電阻R3的另一端 連接到-5V電壓，電阻R2的另一端與運(yùn)放U4的6腳以及運(yùn)放U3A的3腳相連，運(yùn)放U4的 4腳、電容Cap3的一端和電容C11的一端與-5V電壓相連，電容Cap3的另一端和電容C11 的另一端接地，運(yùn)放U4的7腳、電阻R1的一端、電容Cap2的一端及電容C6的一端與5V電 壓相連，電容Cap2的另一端和電容C6的另一端接地，電阻R1的另一端與電容C7的一端和 電阻R5的一端相連，電容C7的另一端和電阻R5的另一端接地，運(yùn)放U3A的2腳、1腳與電 阻R7的一端相連，運(yùn)放U3A的8腳、電容C8的一端與12V電壓相連，電容C8的另一端與運(yùn) 放U3A的4腳和電容C10的一端接地，電容C10的另一端和電阻R7的另一端相連并輸出信 號(hào)。信號(hào)采集模塊由光探測(cè)器與信號(hào)放大器兩部分組成，負(fù)責(zé)將采集到的光信號(hào)轉(zhuǎn) 換為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)姆糯蠛髠魉偷紸DC模塊，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，并通過(guò) USB接口傳送到PC機(jī)，便于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示和后續(xù)處理。運(yùn)算放大器U4采用美國(guó)Linear Technology公司生產(chǎn)的LT1354高速低功耗運(yùn)算放大器芯片。如圖4所示，DAC模塊的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為DAC芯片U9的4腳與運(yùn)算放大器 U3B的5腳相連，DAC芯片U9的8腳、電容C21的一端與5V電壓相連，電容C21的另一端 接、DAC芯片U9的5腳接地，DAC芯片U9的6腳與穩(wěn)壓芯片U10的6腳以及電容C19的一 端相連，電容C19的另一端接地，穩(wěn)壓芯片U10的2腳連接5V電壓并與電容C20的一端相 連，電容C20的另一端接地并與穩(wěn)壓芯片U10的4腳相連，運(yùn)算放大器U3B的6腳與電阻 R12的一端以及電阻R11的一端相連，電阻R12的另一端接地，電阻R11的另一端與運(yùn)算放大器U3B的2腳以及接線柱J2的2腳相連，運(yùn)算放大器U3B的8腳連接12V電壓并與電容 C23的一端相連，電容C23的另一端與運(yùn)算放大器U3的4腳相連并接地。DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊主要負(fù)責(zé)將C8051F320單片機(jī)產(chǎn)生的掃描電壓數(shù)字量轉(zhuǎn)換為連續(xù)的模擬電壓鋸齒波，加載到可調(diào)諧光纖法布里_珀羅濾波器上，用來(lái)驅(qū)動(dòng)腔內(nèi)的壓電 陶瓷，使其改變腔長(zhǎng)的大小，達(dá)到移動(dòng)濾波透射窗的目地。DAC芯片U9采用美國(guó)Texas Instruments公司生產(chǎn)的的TLC5618A芯片，它是帶有緩沖基準(zhǔn)輸入的可編程雙路12位數(shù) /模轉(zhuǎn)換器。為了可以給TLC5618提供精確、穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓，穩(wěn)壓芯片UlO采用了美國(guó) Analog Devices公司的AD780高精準(zhǔn)參考電壓源。如圖5所示，電源模塊的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為穩(wěn)壓芯片U7的1腳連接15V電壓 并與電容C17的一端、電容C15的一端、穩(wěn)壓芯片U6的1腳以及接線柱Jl的2腳相連，電 容C17的另一端、電容C15的另一端以及穩(wěn)壓芯片U7的2腳、穩(wěn)壓芯片U6的2腳和接線柱 Jl的1腳接地，穩(wěn)壓芯片U7的3腳與電容C18的一端相連，電容C18的另一端接地，穩(wěn)壓芯 片TO的3腳與電阻RlO的一端、電容C16的一端、電容C13的一端、電感L2的一端以及穩(wěn) 壓芯片U5的5腳、4腳相連，電容C13的另一端以及電容C16的另一端接地，電阻RlO的另 一端與LED燈D2相連，LED燈D2的另一端接地，電感L2的另一端與電容C9的一端以及穩(wěn) 壓芯片U5的1腳相連，電容C9的另一端與電感Ll的一端、LED燈Dl的一端相連，LED燈 Dl的另一端與穩(wěn)壓芯片U5的2腳相連，電感Ll的另一端與電阻R8的一端、電容C12的一 端、電容C14的一端相連，電阻R8的另一端、電容C12的另一端與電阻R9的一端以及穩(wěn)壓 芯片U5的3腳相連，穩(wěn)壓芯片U5的2腳與電阻R9的另一端、電容C14的另一端相連并接 地，穩(wěn)壓芯片Ul的1腳與電容Cl的一端、電容C2的一端相連并接地，電容C2的另一端與 穩(wěn)壓芯片Ul的2腳、4腳以及電池組1的負(fù)極相連，穩(wěn)壓芯片Ul的3腳與電容C3的一端 相連，電容C3的另一端與電容Cl的另一端以及穩(wěn)壓芯片Ul的5腳相連，穩(wěn)壓芯片U2的1 腳、2腳與電容C5的一端、電容Capl的一端相連，電容Capl的另一端接地，電容C5的另一 端與U2的4腳相連，穩(wěn)壓芯片U2的3腳與穩(wěn)壓芯片U2的7腳、6腳以及電容C4的一端相 連并接地，電容C4的另一端與穩(wěn)壓芯片U2的8腳、5腳以及電池組2的正極相連。供電模塊提供系統(tǒng)需要的各種電壓。需要用到的電壓分別為+12V、+5V、-5V，穩(wěn) 壓芯片U7采用LM7812將+15V的電源供電轉(zhuǎn)換為+12V，穩(wěn)壓芯片U6采用LM7805將+12V 電壓轉(zhuǎn)換為+5V，為了將+5V電壓轉(zhuǎn)換為-5V電壓，U5采用了 Linear Technology公司的 LT1931，通過(guò)LED顯示電源是否接通。為了更好的保證PIN-FET的工作穩(wěn)定，提供穩(wěn)定的電 壓供電。還設(shè)計(jì)了一個(gè)由干電池組提供的直流供電方案U2采用LT1763芯片產(chǎn)生+5V電 壓，U1LT1964芯片產(chǎn)生-5V電壓。如圖6所示，軟件端首先檢測(cè)硬件是否已與PC連接，當(dāng)檢測(cè)到硬件后，啟動(dòng)通信模 塊，將上位機(jī)的控制命令發(fā)送到單片機(jī)模塊，并通過(guò)通信模塊將信號(hào)采集模塊采集到的數(shù) 據(jù)傳送回PC，存儲(chǔ)到相應(yīng)的文件，然后完成對(duì)數(shù)據(jù)的繪圖和分析。
權(quán)利要求
一種基于C8051F320單片機(jī)的光纖光柵傳感器波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于包括控制模塊、電源模塊、DAC模塊、信號(hào)采集模塊、可調(diào)諧光纖法布里-珀羅濾波器；控制模塊與DAC模塊、可調(diào)諧光纖法布里-珀羅濾波器、信號(hào)采集模塊依次相連，信號(hào)采集模塊與控制模塊相連，PC與控制模塊通過(guò)USB接口相連，電源模塊與控制模塊、信號(hào)采集模塊、DAC模塊相連；由PC命令控制模塊產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電壓數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊換為鋸齒波電壓，驅(qū)動(dòng)可調(diào)諧光纖法布里-珀羅濾波器，使其工作在周期性的掃描狀態(tài)，傳感光柵在外界環(huán)境改變時(shí)，其中心波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生位移，被調(diào)制的光信號(hào)，通過(guò)可調(diào)諧光纖法布里-珀羅濾波器的透射窗，被信號(hào)采集模塊探測(cè)并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，最后由控制模塊通過(guò)USB接口將數(shù)據(jù)傳給PC端程序，實(shí)現(xiàn)解調(diào)系統(tǒng)與PC的指令和數(shù)據(jù)傳遞，方便實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示和處理，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的觀測(cè)與控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于C8051F320單片機(jī)的光纖光柵傳感器波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)，其 特征在于所述的控制模塊的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為單片機(jī)U8的4腳、5腳、8腳分別與USB 接口 USB1的3腳、2腳、1腳相連，單片機(jī)U8的6腳與JTAG接口 JTAG1的1腳以及電容C22 的一端相連，電容C22的另一端接地，單片機(jī)U8的9腳與JTAG接口 JTAG1的7腳以及電阻 R13的一端相連，電阻R13的另一端與JTAG接口 JTAG1的5腳、電容C24的一端、電容Cap4 的一端、開(kāi)關(guān)SI的一端以及電阻R14的一端相連，電容C24的另一端、電容Cap4的另一端、 開(kāi)關(guān)S1的另一端接地，單片機(jī)U8的7腳以及電阻R14的另一端連接5V電壓，USB接口 USB1 的4腳、5腳、6腳接地，單片機(jī)U8的10腳與JTAG接口 JTAG1的2腳相連，JTAG接口 JTAG1 的3腳、4腳以及9腳接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于C8051F320單片機(jī)的光纖光柵傳感器波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)， 其特征在于所述的信號(hào)采集模塊的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為PIN-FETUpdl的2腳、5腳、電容 Capdl的一端和電容Cpdl的一端與5V電壓相連，電容Capdl的另一端和電容Cpdl的另一 端接地，PIN-FET Updl的4腳、電容Capd2的一端和電容Cpd2的一端與5V電壓相連，電容 Capd2的另一端和電容Cpd2的另一端接地，PIN-FET Updl的6腳與電阻R6的一端相連，電 阻R6的另一端與運(yùn)放U4的3腳及電阻R4的一端相連，PIN-FET Updl的7腳和電阻R4的 另一端接地，運(yùn)放U4的2腳與電阻R3的一端和電阻R2的一端相連，電阻R3的另一端連接 到-5V電壓，電阻R2的另一端與運(yùn)放U4的6腳以及運(yùn)放U3A的3腳相連，運(yùn)放U4的4腳、 電容Cap3的一端和電容C11的一端與-5V電壓相連，電容Cap3的另一端和電容C11的另 一端接地，運(yùn)放U4的7腳、電阻R1的一端、電容Cap2的一端及電容C6的一端與5V電壓相 連，電容Cap2的另一端和電容C6的另一端接地，電阻R1的另一端與電容C7的一端和電阻 R5的一端相連，電容C7的另一端和電阻R5的另一端接地，運(yùn)放U3A的2腳、1腳與電阻R7 的一端相連，運(yùn)放U3A的8腳、電容C8的一端與12V電壓相連，電容C8的另一端與運(yùn)放U3A 的4腳和電容C10的一端接地，電容C10的另一端和電阻R7的另一端相連并輸出信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于C8051F320單片機(jī)的光纖光柵傳感器波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)，其 特征在于所述的DAC模塊的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為DAC芯片U9的4腳與運(yùn)算放大器U3B的 5腳相連，DAC芯片U9的8腳、電容C21的一端與5V電壓相連，電容C21的另一端接、DAC 芯片U9的5腳接地，DAC芯片U9的6腳與穩(wěn)壓芯片U10的6腳以及電容C19的一端相連， 電容C19的另一端接地，穩(wěn)壓芯片U10的2腳連接5V電壓并與電容C20的一端相連，電容 C20的另一端接地并與穩(wěn)壓芯片U10的4腳相連，運(yùn)算放大器U3B的6腳與電阻R12的一端以及電阻R11的一端相連，電阻R12的另一端接地，電阻R11的另一端與運(yùn)算放大器U3B的 2腳以及接線柱J2的2腳相連，運(yùn)算放大器U3B的8腳連接12V電壓并與電容C23的一端 相連，電容C23的另一端與運(yùn)算放大器U3的4腳相連并接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于C8051F320單片機(jī)的光纖光柵傳感器波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)，其 特征在于所述的電源模塊的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為穩(wěn)壓芯片U7的1腳連接15V電壓并與 電容C17的一端、電容C15的一端、穩(wěn)壓芯片U6的1腳以及接線柱J1的2腳相連，電容C17 的另一端、電容C15的另一端以及穩(wěn)壓芯片U7的2腳、穩(wěn)壓芯片U6的2腳和接線柱J1的 1腳接地，穩(wěn)壓芯片U7的3腳與電容C18的一端相連，電容C18的另一端接地，穩(wěn)壓芯片U6 的3腳與電阻R10的一端、電容C16的一端、電容C13的一端、電感L2的一端以及穩(wěn)壓芯片 U5的5腳、4腳相連，電容C13的另一端以及電容C16的另一端接地，電阻R10的另一端與 LED燈D2相連，LED燈D2的另一端接地，電感L2的另一端與電容C9的一端以及穩(wěn)壓芯片 U5的1腳相連，電容C9的另一端與電感L1的一端、LED燈D1的一端相連，LED燈D1的另 一端與穩(wěn)壓芯片U5的2腳相連，電感L1的另一端與電阻R8的一端、電容C12的一端、電容 C14的一端相連，電阻R8的另一端、電容C12的另一端與電阻R9的一端以及穩(wěn)壓芯片U5的 3腳相連，穩(wěn)壓芯片U5的2腳與電阻R9的另一端、電容C14的另一端相連并接地，穩(wěn)壓芯片 U1的1腳與電容C1的一端、電容C2的一端相連并接地，電容C2的另一端與穩(wěn)壓芯片U1的 2腳、4腳以及電池組1的負(fù)極相連，穩(wěn)壓芯片U1的3腳與電容C3的一端相連，電容C3的 另一端與電容C1的另一端以及穩(wěn)壓芯片U1的5腳相連，穩(wěn)壓芯片U2的1腳、2腳與電容 C5的一端、電容Capl的一端相連，電容Capl的另一端接地，電容C5的另一端與U2的4腳 相連，穩(wěn)壓芯片U2的3腳與穩(wěn)壓芯片U2的7腳、6腳以及電容C4的一端相連并接地，電容 C4的另一端與穩(wěn)壓芯片U2的8腳、5腳以及電池組2的正極相連。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于C8051F320芯片的光纖光柵傳感器波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)。包括控制模塊、電源模塊、DAC模塊、信號(hào)采集模塊、可調(diào)諧光纖法布里-珀羅濾波器；控制模塊與DAC模塊、可調(diào)諧光纖法布里-珀羅濾波器、信號(hào)采集模塊依次相連，信號(hào)采集模塊與控制模塊相連，PC與控制模塊通過(guò)USB接口相連，電源模塊與控制模塊、信號(hào)采集模塊、DAC模塊相連。本發(fā)明采用單片機(jī)C8051F320作為控制芯片，實(shí)現(xiàn)了與PC機(jī)的USB數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)滿足高分辨率、調(diào)諧范圍寬、集成化高、價(jià)格較低、具有顯示實(shí)時(shí)變化信號(hào)的友好界面的實(shí)用解調(diào)方案。整個(gè)系統(tǒng)尺寸小、靈敏度高、穩(wěn)定性好、性價(jià)比高，可以取代昂貴的、大體積的光譜分析儀，在工程應(yīng)用中具有非常重要的意義。
文檔編號(hào)G01D5/26GK101832791SQ20101014595
公開(kāi)日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月13日
發(fā)明者章獻(xiàn)民, 紀(jì)玉濱, 黃晟曄 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)