多功能数字光功率计的设计

摘要：在通信系统中，对信号的质量的检测和判断十分重要，特别是在光纤等信道中，光功率和信号质量检测的重要性尤为突出。本系统采用通用的8位微处理器芯片STC89C52RC作为总控制器，实现对光功率和光强的有效检测以及对光信号进行RGB的光谱分析。利用LD激光作为光源，通过前端信息采集部分，将检测到的信号经过放大器放大并经过滤波电路后，经过AD转换器、和单片机的处理，最后再通过LCD1602显示检测到的光功率和光强以及光谱。

0 前言

在通信领域中，需要对传输信号进行质量的检测处理，目前的通信信号特别是光信号的光功率检测十分重要。在光纤信道中，光功率检测可以检测出激光信号的损耗，从而完成对光纤信号的质量检测。目前，微控制器应用于传感器的测控技术使得工业生产更加现代化，通过对各式各样的传感器的控制，解决了很多譬如数据检测的难题。由于单片机成本低廉，操控简单易学，可以应用于各个领域。通过微处理器对传感器的控制，就可实现在通信领域下光信号的质量检测。多功能数字光功率的设计，从基本的光电转换技术入手，通过相应的电路处理和对微控制器的操作，经过反复的调试，有效地检测出光功率和光强以及进行光谱分析。由于该系统误差较小、成本低廉、易于调试等特点，可以广泛应用于光信道光信号质量的检测，对相关科学实验的改进以及工业检测有较好的实用价值。

1 系统方案

1.1 系统方案描述

为实现本系统的功能，下面分别对各个功能模块进行分析论证，原理框图与整体设计框图如图1所示。

1.2 系统设计原理

系统采用单片机作为微控制芯片，在光照强度检测模块中，使用光电检测器检测光信号。当有光投射到检测器上时，检测器会有一定的光电信号转换，把光信号转换为电信号，经过放大和AD转换器的转换后直接由单片机输出到显示器上显示;光功率检测模块中，采用光电二极管作为光检测器，当收到光照后会产生微弱电流，通过滤噪电路、放大电路处理和模数转换后输送给微处理器来显示。光谱分析模块中，使用彩色光到频率转换器进行光谱分析。从而实现多功能数字光功率计的设计。

2 系统的硬件设计及软件设计

为了表现整体性和便于检测调试，在制作电路时采用了模块化，将电源模块、显示模块以及传感器模块、AD转换模块分别放置，体现了合理性，将多个模块同时放在多块电路板中，这样方便各个模块的检测与组装。

2.1 数据信号采集模块电路

系统采用PIN光电二极管作为接收器，可以实现对光照强度和光信号的采集。光电二极管原理图如图2所示。

2.2 AC—DC转换电路

AC—DC转换电路的功能为将电流由交流变为直流，转换电路的电路图如图3所示。

2.3 显示模块电路

采用的是LCD1602液晶显示器，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，它有若干个5×7或者5 x 11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，低电压、低功耗也是其又一显著特点。LCD1602液晶显示电路如图4所示。

2.4 电源模块电路

采用手机充电器，分别经LM7805和LM7905稳压后给单片机、光电二极管传感器、LCD1602液晶显示屏等设备供电。电源电路图如图5所示。

2.5 光谱分析模块

采用TCS3200，它是TAOS公司推出的可编程彩色光道频率的转换器。其输出的信号是数字量，可以与微处理器和其他逻辑电路相连接。可以实现每个彩色信道的10位以上的转换精度。

3 软件系统的设计与实现

系统软件设计采用模块化设计方法。整个程序由初始化模块、显示器部分、电源模块等各种功能模块组成。上电后，进入系统初始化模块，系统软件开始运行。在执行过程中，根据选择分别调用各个功能模块完成对应的功能。程序流程图如图7所示。

4 总结

本多功能数字光功率计使用高精度、高响应度、低噪声的光电接收器，能够准确地采集到所需信号，对信号进行数字化处理，尽量减少信号在传递过程中的衰减和干扰，重点对数据采集模块和光谱分析模块等做了认真的分析。最终实现了对光元素的照射强度、RGB颜色的分析、激光功率几个方面的测量，并通过液晶屏实时地显示测量数据，最终实现了对数字光功率计的设计。此系统在科学技术日益发展的今天有很大的推广应用价值。