一種嵌入式光電信號處理與控制系統(tǒng)及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種控制板，尤其涉及一種嵌入式光電信號處理與控制系統(tǒng)及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光電信號處理與控制系統(tǒng)是光柵線位移傳感器系統(tǒng)的核心，而光柵線位移傳感器是精密制造行業(yè)和精密測量儀器的關(guān)鍵元器件。我國現(xiàn)在的光電信號處理與控制系統(tǒng)存在著控制精度差，抗電磁干擾能力弱，系統(tǒng)穩(wěn)定性差，通用性不強，技術(shù)含量較低，與產(chǎn)品的升級與維護能力較弱等缺點。因此，需要開展新式的光電信號處理與控制系統(tǒng)的開發(fā)，探索具有高精度的光電信號處理與控制系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種嵌入式光電信號處理與控制系統(tǒng)及其使用方法。本發(fā)明能同時處理多路信號，將模擬信號轉(zhuǎn)換為高精度數(shù)字信號，從而能完成對移動物體的高精度測量與控制，適合于工業(yè)高精度測量與控制，使工業(yè)測量與控制精度達到微納米級別，同時，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，抗電磁干擾能力強，具有工業(yè)級的高可靠性能、無死機現(xiàn)象，對于突發(fā)事件的響應(yīng)速度更快，同時，具有安裝簡單，運行穩(wěn)定，效率高，成本低，易于維護與升級等特點。
[0004]為達到上述技術(shù)效果，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種嵌入式光電信號處理與控制系統(tǒng)，包括六象限光電信號采集電路，所述六象限光電信號采集電路連接有信號調(diào)理電路，信號調(diào)理電路連接有模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與主控電路連接，主控電路連接有驅(qū)動結(jié)構(gòu);所述六象限光電信號采集電路、主控電路和驅(qū)動結(jié)構(gòu)均與電源連接。
[0005]進一步的改進，所述六象限光電信號采集電路包括六象限光電探測器;所述六象限光電探測器包括四象限光電探測器，四象限光電探測器的上方和下方分別連接有一個二極管;六象限光電探測器中的六個二極管分別連接有一個模擬信號放大電路，所述模擬信號放大電路包括運算放大器，運算放大器為AD795芯片;模擬信號放大電路連接有光電轉(zhuǎn)化電路。
[0006]進一步的改進，所述信號調(diào)理電路包括濾波電路和ADA4610-2雙通道放大器，濾波電路包括巴爾沃基濾波器和切貝雪夫濾波器。
[0007]進一步的改進，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括16位的AD7606-6模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。
[0008]進一步的改進，所述主控電路為STM32主控電路，STM32主控電路包括STM32F103RCT主控芯片，STM32F103RCT主控芯片連接有晶振電路、復(fù)位電路、驅(qū)動結(jié)構(gòu)、JTAG接口和顯示裝置。
[0009]進一步的改進，所述顯示裝置包括液晶顯示器，液晶顯示器連接有輔助電路。
[0010]進一步的改進，所述電源包括±5V電壓輸出、3.3V電壓輸出和與微處理器連接的濾波電容;所述±5V電壓輸出為MAX660電壓調(diào)整器，所述3.3V電壓輸出為進行電壓轉(zhuǎn)換的AS1117-3.3 芯片。
[0011 ] 進一步的改進，所述驅(qū)動結(jié)構(gòu)包括串口驅(qū)動和PWM波驅(qū)動;驅(qū)動結(jié)構(gòu)連接有LED燈。
[0012]一種嵌入式光電信號處理與控制系統(tǒng)的使用方法，包括如下步驟:六象限光電信號采集電路將采集得到光信號轉(zhuǎn)化為電信號，并將電信號進行放大，生成模擬信號，信號調(diào)理電路對模擬信號進行濾波，然后模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將模擬信號進行二值化生成數(shù)字信號，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將數(shù)字信號輸入主控電路，主控電路根據(jù)數(shù)字信號通過驅(qū)動結(jié)構(gòu)調(diào)整測量系統(tǒng)的姿態(tài)，并將測量系統(tǒng)的測量結(jié)果顯示在顯示裝置上。
[0013]進一步的改進，主控電路通過驅(qū)動結(jié)構(gòu)的串口驅(qū)動或HVM波驅(qū)動控制測量系統(tǒng)的姿態(tài)。
[0014]本發(fā)明的特點以及有益效果:能同時處理多路信號，將模擬信號轉(zhuǎn)換為高精度數(shù)字信號，從而能完成對移動物體的高精度測量與控制，適合于工業(yè)高精度測量與控制，使工業(yè)測量與控制精度達到微納米級別，同時，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，抗電磁干擾能力強，具有工業(yè)級的高可靠性能、無死機現(xiàn)象，對于突發(fā)事件的響應(yīng)速度更快，同時，具有安裝簡單，運行穩(wěn)定，效率高，成本低，易于維護與升級等特點；系統(tǒng)不僅可對光信號實施全天候自動監(jiān)測，而且其測量與控制精度達到微納米級，可以滿足對高精度工業(yè)控制的要求。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖；
圖2為主控芯片結(jié)構(gòu)的原理圖；
圖3A為BOOT選擇電路的原理圖；
圖3B為晶振電路的原理圖；
圖3C為復(fù)位電路的原理圖；
圖3D為JYAY下載接口的電路原理圖；
圖4為模擬信號放大電路的原理圖；
圖5為光電轉(zhuǎn)化電路的原理圖；
圖6為信號調(diào)理電路的原理圖圖7為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的原理圖；
圖8為驅(qū)動結(jié)構(gòu)的原理圖；
圖9A為+5V轉(zhuǎn)-5V電源轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)原理圖；
圖9B為-5V轉(zhuǎn)+3.3V電源轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)原理圖；
圖9C為+5V輸入電源結(jié)構(gòu)原理圖；
圖9D為AD7606電源濾波電路原理圖；
圖9E為主控電路的濾波電源電路原理圖。
【具體實施方式】
[0016]實施例1
如圖1所示的一種嵌入式光電信號處理與控制系統(tǒng)，包括六象限光電信號采集電路，包括六象限光電信號采集電路，所述六象限光電信號采集電路連接信號調(diào)理電路，信號調(diào)理電路連接模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與主控電路連接，主控電路連接驅(qū)動結(jié)構(gòu);所述六象限光電信號采集電路、主控電路和驅(qū)動結(jié)構(gòu)均與電源連接。本發(fā)明由六象限光電信號采集電路對測量光電信號進行采集、放大，進而將信號輸入信號調(diào)理電路及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，完成對模擬信號的濾波、二值化，之后將高精度數(shù)字信號輸入STM32主控電路，進而通過驅(qū)動結(jié)構(gòu)完成對測量系統(tǒng)姿態(tài)的調(diào)整與對測量結(jié)果的顯示；
六象限光電信號米集電路包括由兩個光電二極管與一個四象限光電探測器組成的六象限光電探測器、以及以AD795運算放大器為主的模擬信號放大電路，如圖4所示;六象限光電探測器中的六個二極管分別連接模擬信號放大電路。其中，六象限光電探測器將測量光信號轉(zhuǎn)化成為微弱的電信號，同時，以AD795運算放大器為主的模擬信號放大電路將弱電信號放大到滿足后續(xù)電路(光電轉(zhuǎn)化電路等)處理所需的電信號強度;繼而將放大之后的電信號輸入信號調(diào)理電路。如圖5所示，光電轉(zhuǎn)化電路中，SIGN1、SIGN2、SIGN3、SIGN4、SIGN5和SIGN6分別連接一個模擬信號放大電路。
[0017]如圖6所示，所述信號調(diào)理電路包括低通巴爾沃基濾波器與高通切貝雪夫濾波器相結(jié)合的濾波電路，由于探測器產(chǎn)生的電信號夾雜著大量的環(huán)境雜波、系統(tǒng)本身熱噪聲等，對于系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路模數(shù)轉(zhuǎn)換與STM32主控電路的精密控制影響較大，因而本系統(tǒng)選用以高精度、零溫漂的雙通道的ADA4610-2為主的組合濾波電路，將系統(tǒng)中無用雜波除去，將濾波之后的模擬電信號輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。
[0018]如圖7所示，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路選用6通道DAS、內(nèi)置16位、雙極性輸入、同步采樣的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7606-6(購自ADI公司)，它具有± 10V、土5V真雙極性模擬輸入范圍，在本發(fā)明中，選用± 5V作為模擬輸入范