四象限位置测量系统设计实验.docx

1、四象限位置测量系统设计实验四象限位置测量系统设计实验湖南文理学院物电学院光电系统设计报告 设计题目： 四象限位置测量 系统设计实验 专业班级： 学生姓名： 学生学号： 指导教师： 设计时间： 2017/12/29 1、设计题方案论证；实验采用激光器作为光源，四象限探测器作为光电探测接收器，根据电子和差式原理，实现可以直观、快速观测定位跟踪目标方位的光电定向装置，是目前应用最广泛的一种光电定向方式。光发射电路主要由光源驱动器、光源（主要是半导体光源，包括LED、LD等）、光功率自动控制电路（APC）等部分组成。用NE555组成的脉冲发生电路来驱动650nm的激光器。四象限位置测量器是以光导模式工

2、作的光伏探测器件。它利用集成电路光刻技术将一个探测器件光敏面窗口分割成4个面积相等、形状相同、位置对称的区域而形成,4个探测区域具有基本相同的性能参数。作为一种常用的位置敏感器件,当入射光点落在器件感光面的不同位置时,四象限探测器输出不同的电信号,通过对此电信号进行处理,可以确定入射光点在感光面上的位置。四象限光电探测器广泛应用于激光准直、测角、自动跟踪等精密光电检测系统中,通过对光斑中心位置的精确定位来检测位移或偏角的大小。它利用半导体材料吸收光子能量引起的电子跃迁，将光信号转换为电信号。通常是利用集成光路光刻技术将完整的结光电二极管的光敏面分割成几个具有相同形状和面积、位置对称的区域，每个

3、区域可以看作个独立的光电探测器，其背面仍为一整片。理想情况下每个区域都具有完全相同的性能参量。影响四象限光电检测系统工作精度的因素主要包括外围大气环境、目标光斑大小和光斑能量分布以及系统本身采用的算法、器件响应差异和噪声所带来的四象限不均匀性。2、各单元电路设计与分电路图绘制并分析工作原理；1、STM32F103RBT6：STM32F103RBT6/STM32F103是ST公司基于ARM最新Cortex-M3架构内核的32位处理器产品，内置128KB的Flash、20K的RAM、12位AD、4个16位定时器、3路USART通讯口、2个IIC端口、2个SPI端口、1个CAN接口、一个USB全速接

4、口、有80个快速I/O端口等多种资源，时钟频率最高可达72MHz。STM32F103RBT6封装：LQFP642、四象限位置探测器：主要参数：芯片型号：SO66A； 芯片尺寸：6*6mm； 光谱相应范围：400-1100nm； 峰值波长：940nm; 暗电流：1nA；3、CX1117-3.3：CX1117-3.3是一个正向低压降稳压器， 输入电压范围：4.75-12V，固定输出3.3V。典型应用电路如下：4、液晶LCD12864：1）显示原理：本实验采用的LCD12864液晶，水平方向（X方向）具有128列像素，从左往右依次是第0列.第127列，竖直方向（Y方向）具有64行像素，每8行组成1页

5、，从上往下依次是第0页.第7页，这样以页号和列号为坐标，就可以指定8个像素。2）参数说明： 逻辑或电源电压：2.8V-5.0V 蓝色背光：背光电压3V 串行接口：一根数据线，一根时钟线 不带字库：需要自己编辑外部字模数组3）管脚说明：（下面的序号和液晶上面的数字是对应的） 1、背光LEDA，蓝色背光最低2.8V，标准3V，最高3.3V 2、地VSS 3、电源正VDD：最低2.8V，标准3V，最高5.5V 4、串行数据SI ：在SCL上升沿加载后至少还要保持10nS稳定； 5、串行时钟SCL 6、命令数据选择段A0 7、复位RST：启动时至少维持1uS低电平以使液晶内部复位，然后维持高电平，在经

6、过1uS完成复位以后才能对液晶进行操作。 8、片选CS：它为低电平时才能进行操作，加载数据后至少维持40nS低电平；3、总电路图绘制及工作过程说明，实验结果与分析；1、将四象限装置通过支杆和滑块固定在导轨上，如图所示；2、将激光器通过支杆固定在二维底座上，再将二维底座固定在导轨上，如图10.3所示；调节位置使激光器和四象限相对安放，且在同一水平直线上，如图10.4所示；3、取出MXY9001-四象限系统组件板，将LCD12864液晶固定在四象限系统组件板上；4、按照原理图搭建电路，如图所示：5、按照实验原理图检查电路，在确保没有接线错误的前提下，接通实训平台电源，用J-LINK下载可执行文件“

7、四象限.hex”。6、调节激光器高度，使光斑打在第一、二象限所在的水平线上： 1）调整激光器二维底座的螺旋测微头，使光斑打在四象限的第一象限，观察液晶屏上光斑所在的位置及显示的当前坐标； 2）调整激光器二维底座的螺旋测微头，使光斑打在四象限的第二象限，观察液晶屏上光斑所在的位置及显示的当前坐标；7、调整四象限的高度，使光斑打在第三、四象限所在的水平线上： 1）调整激光器二维底座的螺旋测微头，使光斑打在四象限的第三象限，观察液晶屏上光斑所在的位置及显示的当前坐标； 2）调整激光器二维底座的螺旋测微头，使光斑打在四象限的第四象限，观察液晶屏上光斑所在的位置及显示的当前坐标，如图所示。4、安装、调试

8、过程、故障问题分析及解决；在操作的时候，老师要我们认真翻阅实验手册，了解此次实验的各个内容，实验器材，电路连接，注意事项以及操作步骤。接电源和接地的相关部分要确保无误才能接通电源，为了避免仪器损坏这种情况，可以连电源用红线，连地用黑线。我们初步查看了实验手册后，拿出实验所需的元件，我们迅速的把线路连起来了。然后再通电源。问题出现了，点状半导体激光器没有发出激光。浴室我们请教老师，原来我们拿的不是激光。然后老师给我们拿了正确的激光器，然后我们完成了本次实验。电路连线实物图5、心得体会。经过这次的光电课程设计,我个人得到了不少的收获,一方面加深了我对课本理论的认识,另一方面也提高了实验，操作能力。

9、现在我总结了以下的体会和经验。我觉得实验是很宝贵，很难得的一次机会。实验的过程全是我们学生自己动手来完成的，这样，我们就必须要弄懂实验的原理。在这里我深深体会到理论和实践结合的作用：弄懂实验原理，而且体会到了实验的操作能力是靠自己亲自动手，亲自开动脑筋，亲自去请教别人才能得到提高的。在实验过程中，我们应该尽量减少操作的盲目性，提高实验效率的保证，有的人一开始就赶着做，结果却越做越忙，主要就是这个原因。我也曾经犯过这样的错误，刚开始没有认真吃透电路图，瞎着接线，结果看不到结果， 所以要稳扎稳打，一步一步的来。最后，通过这次的测试技术实验我不但对理论知识有了更加深的理解，对于实际的操作和也有了质的飞跃。经过这次的实验，我们整体对各个方面都得到了不少的提高。