激光功率檢測自動化裝置研究

徐 渠

(連云港廣播電視大學(xué)，江蘇連云港222000)

1 研制激光功率檢測自動化裝置的意義

為了有效保障激光計量工作的準(zhǔn)確性，人們相繼建立了一些激光計量標(biāo)準(zhǔn)裝置.但是，人們在檢定激光計量器具時，主要采用的是人工模式，在這個過程中，不僅耗費大量的人力物力，而且還容易產(chǎn)生誤差［1］.因此，為了有效提高檢測效率，需要研制出激光功率檢測自動化裝置，實現(xiàn)相關(guān)器具檢定的自動化模式.在激光的應(yīng)用中，其參數(shù)計量的發(fā)展對激光技術(shù)的發(fā)展具有很大的影響［2］.因此，研制激光功率檢測自動化裝置，可以有效用于激光功率計量檢定過程，從而有效推動激光應(yīng)用的良好發(fā)展.

2 裝置的組成結(jié)構(gòu)及其設(shè)計

2.1 裝置的構(gòu)成

在激光功率檢測自動化裝置中，主要的構(gòu)成部分有中央監(jiān)控、顯示、鍵盤、激光功功率計上的功率量值進行采集，然后按照相關(guān)的檢測要求，對采集的功率值進行數(shù)據(jù)運算處理，完成數(shù)據(jù)處理工作后，再由打印機將檢測結(jié)果打印出來［3］.

數(shù)據(jù)采集等.在這個裝置中，它使用中央處理器(這里采用的是型號為MCS-51單片機系列中的芯片，芯片的機種為8031)并充分利用A/D轉(zhuǎn)換器，對顯示在在這個檢測的過程中，快門的開啟和關(guān)閉操作都是自動控制方式.

2.2 各構(gòu)成部分的設(shè)計

2.2.1 中央監(jiān)控的設(shè)計

中央處理器是整個裝置的重要部分，對裝置的應(yīng)用效果具有重要的影響.因此，為了有效保障裝置的應(yīng)用效果，這個部分采用的是典型電路，在原有的單片機系列的芯片8031的基礎(chǔ)之上，對其進行了擴展，主要包括三個方面:其一，EPROM，它能在斷電的情況下，仍然可以有效保留數(shù)據(jù)，從而有效避免數(shù)據(jù)的遺失;其二，RAM，即所謂的隨機存取存儲器，可以作為一種臨時的數(shù)據(jù)存儲媒介;其三，I/O口，它屬于一個輸入輸出的端口，完成數(shù)據(jù)的相關(guān)輸入、輸出操作［4］.

2.2.2 數(shù)據(jù)采集部分的設(shè)計

在這個部分的設(shè)計中，參照激光功率計檢定的相關(guān)要求，設(shè)計了兩路A/D轉(zhuǎn)換器，分別采集兩種顯示值，一種是標(biāo)準(zhǔn)激光功率計的顯示值，另一種是代檢激光功率計上的顯示值［5］.一般來講，功率計顯示中，采用的是3位半表.因此，為了達到讀數(shù)一致的目的，這里的A/D轉(zhuǎn)換器為3位半雙斜積分式，型號為MC14433.這種轉(zhuǎn)換器具有多方面的優(yōu)點，比如不易受到外部因素的影響，即抗干擾性能強，還具有高度的轉(zhuǎn)換精度.此外，這種轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部還有時鐘發(fā)生器，這樣就可以省略外部提供采用脈沖操作，因而完成上電操作后，就可以轉(zhuǎn)換外部模擬輸入電壓.在數(shù)據(jù)采集部分中，將電路上的MC14433設(shè)備同直接與單片機上的擴展口連接起來，在接口程序中，單片機就可以直接運用查詢方式，實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果.在數(shù)據(jù)采集操作中，為了保障采樣值與功率顯示值相吻合，為后期調(diào)整電路操作中，可以非常直觀地看到具體的采樣值，電路中，需要將A/D轉(zhuǎn)換通過數(shù)碼管的方式顯示出來.

2.2.3 鍵盤部分的設(shè)計

在這個部分的設(shè)計中，采用寬為2，長為8的矩陣鍵盤，主要負(fù)責(zé)的是數(shù)據(jù)和命令的輸入工作.通常情況下，在測量工作開始時，程控掃描法是鍵盤工作所采取的方式，換而言之，就是先由單片機對鍵盤進行不停的掃描，當(dāng)有鍵按下時，這個掃描工作才會停止，整個測量僅僅是被當(dāng)做一個鍵值的處理過程［6］.當(dāng)完成每一個測量周的工作之后，就會對測量進程的鍵盤工作方式進行修改，此時將其設(shè)置為定時掃描法，這個時候就會定時掃描，當(dāng)?shù)搅硕〞r時間之后，它就會自動停止工作，從而便于測量進程的修改.當(dāng)然，如果在定時時間內(nèi)，修改測量進程的工作沒有進行按鍵處理，那么當(dāng)其到了定時時間后，會直接自動停止鍵盤掃描工作，并且可以直接繼續(xù)后面的工作.

在處理鍵盤接口電路過程中，采用的是串行口的方式，即串行移位寄存器，還有單片機.具體的接口程序如下:首先，參照鍵盤識別原理，看是否有鍵盤按下，如有，那么在調(diào)節(jié)延時操作時，就直接消除鍵抖動，然后結(jié)合按鍵的具體排列位置情況，完成鍵值的計算.在鍵盤操作中，為了保障鍵的閉合同單片機的處理保持一致(即前者閉合一次，后者也相應(yīng)地只做一次處理)，這里需要等鍵釋放之后，才可以對其進行相關(guān)的處理.

2.2.4 顯示部分的設(shè)計

這個部分的設(shè)計主要分為兩個方面的內(nèi)容.其一，測量狀態(tài)顯示.它主要是用發(fā)光二極管來指示，其中涉及多方面的內(nèi)容，比如測量方法、量程選擇等，這個部分的接口線路與鍵盤部分比較相似，這里就不再闡述.其二，測量次數(shù)顯示.它用兩個數(shù)碼管來顯示.為了有效節(jié)省單片機資源，這里采用了并行靜態(tài)顯示.在其電路中，采用了兩個顯示芯片MC145143.在測量次數(shù)顯示中，先由單片機擴展口將測量次數(shù)輸入到MC145143中，然后經(jīng)過它的鎖存、譯碼處理之后，會直接輸出7段顯示器的字型碼，并且還要完成帶段輸出驅(qū)動器操作.在鎖存輸入端的控制中，是由單片機來負(fù)責(zé)，測量次數(shù)會隨著測量工作的進行而減少，一直到測量次數(shù)顯示為0后，才可以對測量數(shù)據(jù)采取處理工作.

2.2.5 快門部分的設(shè)計

在這個部分的設(shè)計中，因為使用了繼電器和線圈，容易非常容易產(chǎn)生電磁干擾.為了有效降低干擾，在單片機和快門控制電路之間，需要采取相應(yīng)的隔離措施，這里采用光電耦合器，因為其具有良好的隔離效果.為了最大程度上減少快門控制電路對其它電路的干擾，快門控制電路需要采用獨立電源［7］.此外，光電耦合器輸出電流時，必須要經(jīng)過晶體管的放大處理，這樣才能實現(xiàn)直流繼電器的驅(qū)動操作.

2.2.6 打印機部分的設(shè)計

這個部分采用的是臺式微型打印機，型號為TPμP-T40，接口為25針并行接口，它可以直接與單片機的PO口相連，從而有效實現(xiàn)其功能.此外，在接口程序中，主要的工作有兩方面的內(nèi)容，一方面是判斷打印機的狀態(tài)，另一方面是產(chǎn)生選通信號.

2.2.7 數(shù)據(jù)處理程序的設(shè)計

在裝置的使用中，數(shù)據(jù)處理是其中的重要環(huán)節(jié)，它利用采集的數(shù)據(jù)，根據(jù)相關(guān)的要求，對數(shù)據(jù)進行運算.在這個裝置中，A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)采集結(jié)果中，其采用的顯示方式是十進制，并其使用BCD碼來表示，不便于計算工作的開展［8］.因此，需要將其抓換成浮點數(shù)的形式.在數(shù)據(jù)顯示方式的轉(zhuǎn)換中，具體的過程如下:首先，對小數(shù)點的位置進行判斷，得出具體的位置，然后利用數(shù)學(xué)上的轉(zhuǎn)換方法，將十進制轉(zhuǎn)換成二進制，對整數(shù)、小數(shù)兩個部分進行分別轉(zhuǎn)換，這樣就可以完成數(shù)據(jù)顯示方式的轉(zhuǎn)換.當(dāng)完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換之后，就需要進行數(shù)據(jù)處理，然后再將結(jié)果打印出來.但是，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理之后，數(shù)據(jù)結(jié)果是一種二進制浮點數(shù)的方式來顯示，人們閱讀起來比較麻煩，這時候就由需要將其轉(zhuǎn)換成BCD碼形式.因此這里還需要設(shè)計另外一個程序，用于完成二進制浮點數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制BCD碼.

3 激光功率檢測自動化裝置的評價

第一，在檢測的過程中，可以按照實際功率檢測步驟，實現(xiàn)快門的自動操作，包括快門的開啟、關(guān)閉.第二，在數(shù)據(jù)操作中，可以實現(xiàn)自動記錄和存儲操作.此外，這個裝置還能根據(jù)預(yù)編制的程序，對數(shù)據(jù)完成相關(guān)處理工作，然后將結(jié)果打印出來.第三，在測量的過程中，可以根據(jù)實際需要，選擇正確的測量方法.第四，在測量的過程中，根據(jù)相關(guān)的程序設(shè)定，可以對測量進程進行相關(guān)操作，比如復(fù)位、修改.此外，根據(jù)相關(guān)的模擬數(shù)據(jù)和實際測量結(jié)果來看，它在數(shù)據(jù)采集方面，具有很大的優(yōu)勢，其相對誤差只有百分之零點三;在數(shù)據(jù)處理方面，其相對誤差只有百分之零點一.因此，將此裝置用于激光功率計檢定中，完全符合相關(guān)的檢定要求，具有良好的應(yīng)用價值.

綜上所述，此激光功率檢測自動化裝置，既可以有效實現(xiàn)激光功率測量自動化操作，同時還可以用于激光功率計檢定過程，具有良好的應(yīng)用效果.

［1］曾凱.微弱激光功率檢測方法與技術(shù)研究［D］.長沙:中南大學(xué)，2011.

［2］董曉曦.激光治療儀的功率密度測量系統(tǒng)［D］.天津:天津醫(yī)科大學(xué)，2011.

［3］桑鵬.激光功率傳遞標(biāo)準(zhǔn)裝置的研制［D］.西安:西安工業(yè)大學(xué)，2012.

［4］張興奎.激光功率檢測技術(shù)研究［D］.長春:長春理工大學(xué)，2009.

［5］高然.基于ARM的智能激光功率計的研制［D］.北京:北京工業(yè)大學(xué)，2010.

［6］楊柳.納秒激光器輸出能量起伏檢測裝置的研究［D］.哈爾濱:黑龍江大學(xué)，2010.

［7］楊在富，馬沖，王嘉睿，等.便攜式醫(yī)用激光源檢定裝置的研制及測量不確定度評定［J］.醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2010，31(7):1-3，11.

［8］徐奉一，張蕊，賀愛鋒，等.激光起爆器檢測功率安全上限研究［J］.火工品，2014，(02):50-53.