系统设计组成图如图1-1, 测量系统由光电传感器电路、数/模转换电路、DSP控制电路、显示电路这4部分组成。
图1-1 系统设计组成图
本设计采用DSP控制电路为核心,与可编程的逻辑器件相结合构成控制系统。本课题主要进行的工作是对系统的功能需求进行分析,然后根据需求,提出确定实现该系统所需要的硬件与软件的方案:
(1)系统的硬件方面:根据需求选择相应的DSP芯片作为控制电路的核心,设计了电源模块,通信模块,并对数据采集与处理,存储器扩展等设计电路。
(2)系统的软件方面:基于CCS的可编程环境下,对DSP进行初始化设置,并对数据处理模块,通信模块,存储模块,A/D转换做了对应的软件设计。
2 光电传感器
2.1 光电传感器的发展现状
近年来,由于传感器的广泛应用以及在工作生活中所起的作用越来越重要,人们对传感器的要求越来越高。21世纪初期,敏感元件与传感器发展的总趋势是小型化、集成化、多功能化、智能化、系统化。传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高,加速了新一代传感器的开发和产业化。纵观几十年传感技术领域的发展,其有两个方面:一是提高与改善传感器的技术性能;二是寻找新原理、新材料、新工艺及新功能等。源[自[751``论`文]网·www.751com.cn/
我国已经形成了从研究、生产和应用体系到人材队伍和部分传感技术的优势,并且有了进一步发展的基础。其次拥有一批先进的成果,如刀具/砂轮监控仪系列成果,石油油井用高温、高压传感检测系统、高精度热敏检测传感等等。除此之外还有一个量大面广的用户市场。但是也有不足之处:1)研究开发能力在系统性上的不足,如:传感器与传感系统未能统一布置,形成两套并列;2)对传统传感器的革新改进不足,微小型化步子慢,在国内与国际市场上的竞争力薄弱;3)在特殊环境和工程项目传感技术的研究开发不够充足;4)集成化、智能化和纳米技术与国外差距比较大。
2.2 工作原理
光电二极管工作原理基于内光电效应,它的结构和普通二极管相似,只是它的PN结装在管壳顶部,光线通过透镜制成的窗口,可以集中照射在PN结上。光电二极管在电路中通常处于反向偏置状态如图2-1所示[1]。
光电二极管的反向偏置
PN结加反向电压时,反向电流的大小取决于P区和N区中少数载流子的浓度。当光不照射时,光电二极管处于载止状态;但是当光照PN结时,只要光子能力hv大于材料的禁带宽度,就会在PN结及其附近产生光生电子-空穴对,从而使P区和N区少数载流子的浓度大大增加,在外加反向电压和PN结内电场作用下,P区的少数载流子渡越阻挡层进入N区,N区的少数载流子渡越阻挡层进入P区,从而使通过PN结的反向电流大为增加,这就形成了光电流。如果入射光的照度变化,光生电子-空穴对的浓度将相应变动,通过外电路的光电流强度也会随之变动,光电二极管就把光信号转换成了电信号[16]。文献综述
2.3 伏安特性
硅光电二极管的伏安特性可表示为:
IΦ=IO[exp(eV/kT)-1]+IP (2-1)
IP=SdP