光纤位移传感试验仪课设报告.docx

1、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

2、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,Reflective Intensity Modulated Fiber Optic Sensor

3、）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

4、和LM7905将电压转换成5V和-5V供系统使用。2.2.2 D/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050mA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P11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

5、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

6、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unsigned long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unsigned long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