導語：如何才能寫好一篇光電二極管，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)健詞： 光電二極管；光電傳感器；報警電路

隨著自動化等新技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)的應用已滲透到各個領(lǐng)域。從茫茫太空到浩瀚的海洋，以至各種復雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個現(xiàn)代化項目，都離不開各種各樣的傳感器。因此，傳感器技術(shù)也就成為各大中職院校相關(guān)專業(yè)的一門核心課程。目前，中職學校的核心課程正趨于模塊化、項目化、“教、學、做”合一的方向發(fā)展，為此，筆者在傳感器教學中結(jié)合項目教學法，增加了設(shè)計型和應用型實驗，將光電二極管在煤氣熄火報警電路中的應用大膽地融入到光電傳感器一體化教學中，以尋求最佳的教學效果。

1 光電傳感器與光電二極管

光電傳感器是基于光電效應制成的傳感器，通常由光源、光學通路和光電元件三部分組成，其核心是光電元件。光電傳感器首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。常用的光電元件有光敏電阻、光電池、光電二極管、光電三極管、光電倍增管等。

原理講明，接下來則利用學生喜新奇、好動手的特點，帶領(lǐng)學生制作煤氣熄火報警電路。

2 光電二極管在煤氣熄火報警實驗電路中的應用

現(xiàn)在許多家庭都使用了煤氣爐或液化氣爐，可是因使用不當而造成的事故卻時有發(fā)生。譬如煤氣爐在燒水或做飯期間，往往因開水及稀飯外溢而使爐火熄滅，如無人發(fā)現(xiàn)，將因煤氣大量外逸而導致火災，甚至爆炸。雖然某些高級煤氣爐有自動熄火控制保護裝置，但價格高難以普及。那我們何不自己動手制作一臺既簡單又實用的煤氣熄火報警器呢？煤氣熄火報警器能夠有效監(jiān)視煤氣燃燒情況，在爐火意外熄滅時，能自動發(fā)出強烈的報警信號，提醒主人趕快關(guān)閉煤氣開關(guān)或重新點火，以免發(fā)生危險。因此，在現(xiàn)有爐具上安裝煤氣意外熄火報警電路是十分必要的。學生聽了這樣的實驗導入，自然摩拳擦掌、躍躍欲試了。

2.2 元器件選擇

光電二極管可用2CU或2AU等系列光敏管，W可用WH7或WSW型微調(diào)電位器。其余元件可參照圖中即可。安裝前要檢查元器件的好壞和極性，剔除并更換不符合要求的器件。

2.3 電路組裝

圖5所示是本線路的印制板，尺寸為30×50mm2。也可讓學生利用Protel軟件自行設(shè)計制作電路板。最后根據(jù)元器件的安裝工藝要求及原則，將各元件有序地安裝到印制板上，并提醒同學注意安全。

2.4 電路調(diào)試

1）接通電源，用導線將VT2的集電極和發(fā)射極短接，此時揚聲器能發(fā)出報警信號，說明音頻振蕩器正常。若不能正常發(fā)聲，而電路又焊接正確的話，應檢查由VT3、VT4所組成的振蕩電路是否存在有錯焊、虛焊、漏焊等現(xiàn)象。

2）在音頻振蕩器正常工作的基礎(chǔ)上，用打火機模擬爐火并距光電二極管30cm～50cm處點燃，此時調(diào)整電位器W使報警器不響；當打火機熄滅時，揚聲器應能立即發(fā)聲，則說明電路正常。為了減小外來光對報警器的干擾，可在光電二極管的前方加一塊照相機鏡頭用的紅色濾光片。

報警電路安裝實驗成功后，可將它裝在一個小盒子內(nèi)，制作成個人作品。可用于學校成品展示，也可家庭使用。在實際使用時，將光電二極管安裝在離火焰30cm～50cm處，并對準爐火。當不用爐火時，打開報警器的電源開關(guān)即可。

實驗完成后，可向?qū)W生提出問題：煤氣熄火報警電路中的光電二極管是否可以用光電三極管或光敏電阻來替代，電路應需如何改進。這樣，由淺入深，循序漸進，可發(fā)散學生思維，以增強學生創(chuàng)新意識和竟爭意識。

總之，為提高中職學生的實踐創(chuàng)新能力和綜合應用能力，在傳感器應用技術(shù)的課堂教學中，應大膽創(chuàng)新，將各類傳感器的小應用、小制作，如“用霍爾開關(guān)制作開門樂鈴”、“用光敏電阻制作有毒氣體報警器”、“用壓電傳感器制作防盜報警器”等內(nèi)容融入到教學中，并走產(chǎn)品項目和實境教學相結(jié)合之路，實現(xiàn)專業(yè)與工作崗位對接、實驗室與生產(chǎn)車間對接，讓學生在實操過程中研究現(xiàn)場實際問題，體驗真實的工作情境，執(zhí)行完整的作業(yè)流程，從而創(chuàng)建真實情境下的“教、學、做”合一。這樣才能使我們的教學和課程改革穩(wěn)步有序地向前發(fā)展，才能培養(yǎng)出符合市場需要的高素質(zhì)技能型人才。

參考文獻：

[1]劉緒軍，《職校電子技術(shù)》修訂本，家電維修雜志社，2010.3.

[2]顧波、張海平主編，檢測技術(shù)基礎(chǔ)及應用，北京：中國電力出版社，2010.

[3]梁森、王侃夫、黃杭美編著，自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)（第2版）北京：機械工業(yè)出版社，2010.8.

篇2

【關(guān)鍵詞】光電探測器 光電轉(zhuǎn)換 放大電路 PIN

1引言

隨著光纖通信的快速發(fā)展，光纖測試設(shè)備（光功率計，光時域反射儀，光纖故障診斷儀，光衰減器等）的需求也在逐漸增長[1]。這些儀器設(shè)備是光纖通信系統(tǒng)在日常維護中是必不可少的。這些儀器設(shè)備內(nèi)部都需要用到光電探測器電路，光電探測器及其設(shè)計優(yōu)良的檢測電路對于測量儀器性能來說尤為重要。

2光電探測器的應用分析

光電感應器件又稱光電探測器。光探測器就是把光脈沖信號轉(zhuǎn)換成為電信號。光探測器通過感受入射于其上的功率變化，并把這種光脈沖功率的變化轉(zhuǎn)換成為相應變化的電流信號[2]。目前常用的半導體光探測器主要有具有本征層的光電二極管（PIN）、雪崩光電二極管（APD）、光電晶體管等，其中前兩種應用最為廣泛。其中PIN光電二極管是在P-N結(jié)光電二極管的基礎(chǔ)上，為了得到高速響應，通過減小二極管的PN結(jié)電容，并在大量摻入雜質(zhì)的P型和N型硅片層之間插入高阻抗的本征半導體材料層，從而提高了靈敏度和響應速度，其性能指標均超過P-N結(jié)光電二極管，得到了廣泛使用；雪崩光電二極管APD，在同樣負載條件下，具有高靈敏度，雖然具有內(nèi)增益可大大降低對前置放大器的要求，但卻需要上百伏的工作電壓；另外，其性能與入射光功率有關(guān)，通常當入射光功率在1nW至幾W時，倍增電流與入射光具有較好的線性關(guān)系，但當入射光功率過大，倍增系數(shù)M反而會降低，從而引起光電流的畸變。測量表明，只有當入射光功率小于10-5W時，光電流二次畸變才小于-60dB。并且，其特性隨環(huán)境溫度的變化而變化。因此，PIN光電二極管可作為光功率和光纖故障診斷儀的光電轉(zhuǎn)換器。

3光電探測器的選擇

目前在光通信上被廣泛采用光波長為1310nm與1550nm，InGaAs型的PIN光電二極管更適合于此類波長。以武漢昱升光器件有限公司的YSPD728-G6型號光電二極管為例。該二極管是具有波長范圍800-1700nm ，F(xiàn)C/ST/SC三種適配器可更換，響應度大于0.85A/W等特點的插拔式同軸探測器，具有響應度高、暗電流小、線性度高、穩(wěn)定度高、FC/ST/SC三種適配器可更換等特點，這些特點在設(shè)計光功率計及光纖故障檢測儀中帶來很大的方便。

4 光電探測器放大電路設(shè)計

通過對光電探測器電路設(shè)計的測試，其電路增益達到100倍以上，電路帶寬50MHz，探測器靈敏度高，能探測到微弱的光信號，如光時域反射儀需要探測的背向瑞利散射光信號，其性能參數(shù)基本達到光功率計及光時域反射儀等光纖測量儀器的設(shè)計需求，具有一定應用價值。

參考文獻：

[1]張明德.光纖通信原理與系統(tǒng)[M].南京：東南大學出版社 2003.9.

[2]微弱激光功率計研究[D].河北工業(yè)大學.2007

篇3

關(guān)鍵詞：激光測距機 原理 系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號：TN249 文獻標識碼： A 文章編號：1674-098X（2014）01（b）-0066-01

1 總體介紹

首先，系統(tǒng)初始化，當將焦距調(diào)節(jié)到待測目標后，由系統(tǒng)的處理器發(fā)出控制信號到觸發(fā)電路，發(fā)出激光脈沖，同時計數(shù)單元開始計數(shù)，同時開中斷，等待返回的激光脈沖信號。當接收到信號后，關(guān)中斷，同時將計數(shù)單元的數(shù)據(jù)傳送給處理器進行處理，并將結(jié)果顯示出來。

2 系統(tǒng)控制單元

為了提高系統(tǒng)的測量精度，就需要系統(tǒng)能夠進行高速測量和數(shù)據(jù)采集，在本系統(tǒng)中，我們選擇的是ARM7TDM1的ADUC7026ARM7控制板。其上集成有16/32位MCU和一個多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及Flash/EE。芯片上有自鎖相環(huán)和帶振蕩器，能夠產(chǎn)生 MHZ的時鐘。并且處理器還可以通過編程的方法得到想要的工作頻率。片上的MCU型號為ARM7TDMI，處理速度能夠達到 MIPS，片上自帶 KB的Flash存儲器和 KB的SRAM。

3 系統(tǒng)發(fā)射單元設(shè)計

3.1 發(fā)射單元原理

系統(tǒng)的發(fā)射單元主要是由驅(qū)動電路和激光發(fā)射機組成。當系統(tǒng)發(fā)出發(fā)射指令后，經(jīng)由驅(qū)動電路驅(qū)動激光發(fā)射器，向目標發(fā)射激光。其中，主要設(shè)計部分是驅(qū)動電路部分。在驅(qū)動電路部分，要求電源能夠在低負載上產(chǎn)生瞬時電流脈沖，以便于控制激光二極管的發(fā)射功率。同時，又要求其能夠產(chǎn)生幅度足夠大的脈沖電壓。在滿足以上兩點的基礎(chǔ)上要加設(shè)一個對激光二極管的過流與最大反沖電壓的保護部分。故發(fā)射單元的驅(qū)動部分主要包括電源、時基電路、窄脈沖形成電路以及脈沖電流輸出放大電路。

3.2 系統(tǒng)的脈寬整形調(diào)節(jié)單元

由激光二極管的的特性可知，激光二極管的發(fā)射功率與電流的大小和工作溫度有關(guān)。若想使得激光器發(fā)射恒定功率的激光，就需要對溫度與電流的大小進行控制。這就需要在系統(tǒng)中設(shè)計溫度補償電路與電流反饋電路。這不僅增加了成本，而且使得電路復雜。我們選擇脈沖電流觸發(fā)的方法，成功的避免了上述的問題，同時能夠滿足系統(tǒng)精度的要求。

3.3 系統(tǒng)的驅(qū)動電路單元

系統(tǒng)的驅(qū)動電路包括電源單元、時基電路、窄脈沖形成電路以及脈沖電流輸出放大電路。我所選擇的半導體激光器是PGEW1S09。

當窄脈沖產(chǎn)生后，由于其電流和功率較小，需要經(jīng)過功率放大電路來對其放大，從而能夠驅(qū)動激光器發(fā)射激光。為了提高系統(tǒng)可靠性，應選用集成電路來作為驅(qū)動部分。我所選擇的驅(qū)動器是由MICREL公司生產(chǎn)的型號為MIC4452的一款高效率的驅(qū)動芯片。

4 系統(tǒng)接收單元設(shè)計

4.1 系統(tǒng)接收單元原理

接收單元模塊主要由光電轉(zhuǎn)換器、前置放大器電路、主放大器電路和電壓比較電路等組成。其中光電轉(zhuǎn)換器的作用就是將已經(jīng)接收到的脈沖信號轉(zhuǎn)換為電信號，并且對檢測信號進行處理的裝置。由于發(fā)射單元發(fā)射的激光脈沖信號在發(fā)射源與待測物間來回往返的進程中，由于空氣折射率的變化、其他噪聲信號的干擾，就會嚴重影響信號的強度，使其變得很微小，所以為了保證測距精度的要求，就需前置放大器對其進行放大。另外對于所測距離的遠近和反射回來的激光信號的強弱的關(guān)系，還需考慮將發(fā)射器的發(fā)射信號控制在一定幅度范圍內(nèi)，從而擴展了測量范圍的大小，進而減少了誤差，提高了精度。

4.2 光電探測器件選擇

準確及時的接收到反射回來的脈沖信號，是測距系統(tǒng)性能精確的重要保障，但是我們知道反射回來的脈沖信號比較微弱，而環(huán)境中又存在這各種噪聲，這些噪聲干擾對反射脈沖信號的接收能力提出了很高的要求，在我們器件選擇上就需要有所體現(xiàn)。而對于光電二極管的選擇，我們對其的要求就是其對發(fā)射單元發(fā)射出的光源波長范圍內(nèi)的具有較高的響應度，而且具有充足的帶寬來處理所接收到的數(shù)據(jù)。

PIN型光電二極管和雪崩光電二極管是以半導體PN結(jié)光電二極管為基礎(chǔ)發(fā)展的。半導體PN結(jié)主要由P型和N型半導體材料形成的PN結(jié)構(gòu)成，其具有體積小、重量輕、靈敏度高、響應速度快等特點。

雪崩（APD）光電二極管和PIN型二極管都是光電轉(zhuǎn)換器件，二者都可以在特定的工作場合完成光電任務(wù)。然后二者又有很大的區(qū)別，PIN型光電二極管每吸收一個光子，它最多產(chǎn)生一個“電子-空穴”，所以它自身沒有增益。而崩光電二極管在入射光照射下一個光子產(chǎn)生的那一對電子-空穴在外加電場的作用下加速及碰撞過程中會產(chǎn)生多對電子-空穴，其自身帶有增益。APD轉(zhuǎn)換器與PIN轉(zhuǎn)換器相比較，具有載流子倍增效應、探測靈敏度高的優(yōu)點，而且其更適合用于遠程測距，在本系統(tǒng)中即為遠距測距，所以我們在此選用APD光電二極管作為探測器。

4.3 前置放大器

前置放大器的選擇，我們主要考慮其噪聲影響和帶寬指標，而低噪聲與高帶寬的前置放大器選擇是我們所必須兼顧的。從前面的雪崩光電二極管轉(zhuǎn)換過來的電信號經(jīng)此放大器放大后，從而轉(zhuǎn)換為我們需要的信號，也就是下一級所需要的信號，容易精確測量的信號。

通常為了減小前置放大器發(fā)噪聲，往往會采用增加輸入電阻的方式。然而較大的輸入阻抗會限制帶寬，這樣就需要對高阻抗放大器的頻率進行補償。然而帶有時間游動補償和外殼恒溫控制點雪崩光電二極管，不會受到波信號的變化而引起的測距偏差的問題，使其具有了更大動態(tài)范圍的應用效果。

參考文獻

篇4

osie全稱為“OPPOScreenImageEngine”，即OPPO超清視效，該功能是OPPO自主研發(fā)的視覺優(yōu)化技術(shù)，通過軟件層面實現(xiàn)業(yè)界首個對短視頻畫面的視覺優(yōu)化。

OPPO是一款主要以拍照作為亮點的手機品牌，一直專注手機拍照的技術(shù)創(chuàng)新，開創(chuàng)了“手機自拍美顏”時代。對于OPPO來說，它的專利更多的是集中在了拍照、旋轉(zhuǎn)攝像頭、VOOC閃充等領(lǐng)域。

雙核對焦是OPPOR9s在索尼IMX398傳感器的基礎(chǔ)上搭載的一種對焦技術(shù)?！半p核”指的是把像素當中的光電二極管一分為二，讓分開后的光電二極管能獨立接收光線，形成的相位差就是驅(qū)動馬達進行對焦的“依據(jù)”，而獨立的2個光電二極管在成像時可作為一個像素進行輸出。

（來源：文章屋網(wǎng) ）

篇5

關(guān)鍵詞：手勢識別；非接觸；紅外；傳感器

中圖分類號：TP391.4 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）11-0-03

0 引 言

人機交互技術(shù)的發(fā)展大大增強了應用系統(tǒng)的智能化設(shè)計[1]，手勢識別[2]也逐漸成為人機交互的核心技術(shù)。隨著人機界面技術(shù)和設(shè)計理念的進步，紅外線接近感應器正逐漸成為非接觸式手勢識別用戶界面的創(chuàng)新點。早期的傳統(tǒng)紅外線接近感應系統(tǒng)由老式光電探測器和光電斷路器組成，其觸發(fā)方式基于是否移動或中斷，但這些器件在應用方面受感應器尺寸、功耗和可配置性的限制[3-7]。相比于這些早期的紅外線接近傳感器，Silicon Labs的Si1143傳感器不僅體積更小、功耗更低，還可以驅(qū)動多個紅外線發(fā)光二極管，可實現(xiàn)高級的多維手勢輸入功能。本文結(jié)合面向人機界面應用的Si1143傳感器的優(yōu)勢，給出了一種非接觸式手勢識別系統(tǒng)的設(shè)計方案。該方案支持兩個和三個LED實現(xiàn)更復雜的接近傳感器集成電路，使人們能夠更方便、更安全、更愉快的通過非接觸手勢識別用戶界面。

1 Si1143的基本特性

Si1143是基于反射的低功率紅外線臨近和環(huán)境光傳感器，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。它包括ADC轉(zhuǎn)換器、可見光光電二極管、紅外線光電二極管、數(shù)字信號處理器以及集成的紅外線LED驅(qū)動器等。工作時LED發(fā)送紅外光被物理反射回來后，由可吸收波長850880 nm的紅外光電二極管接收，而環(huán)境光則由可接收波長在500600 nm范圍內(nèi)的可見光光電二極管接收，然后轉(zhuǎn)化為電信號經(jīng)AMUX送入ADC進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，進而通過I2C總線將數(shù)據(jù)傳輸至控制器。接近傳感器的檢測距離和靈敏度由系統(tǒng)的信噪比（SNR）決定，SNR越高，距離越遠。多種可變因素影響系統(tǒng)的SNR，包括環(huán)境噪聲/光線補償、光電二極管靈敏度、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）架構(gòu)[8]。Si1143的聯(lián)合架構(gòu)優(yōu)化具有非常高的系統(tǒng)SNR，從而使Si1143接近傳感器具有較遠的感應距離、較高的靈敏度和較快的數(shù)據(jù)采集速度。

Si1143在廣泛的動態(tài)范圍和包括陽光直射在內(nèi)的各種光源下可提供優(yōu)異性能，高靈敏度支持在半透明的產(chǎn)品覆蓋物后面靈活放置紅外傳感器。光電二極管響應和關(guān)聯(lián)的數(shù)字轉(zhuǎn)換電路對人造光閃爍噪聲和自然光顫動噪聲具有優(yōu)異的抗擾性。Si1143完備的IR感應架構(gòu)也可在日光下工作[9]，其包含一個環(huán)境光傳感器，能夠感應高達128 kiloLux的光照度。此外，Si1143的先進架構(gòu)能夠在25 s內(nèi)完成接近感應測量，減少了極其耗電的紅外發(fā)光二極管的開啟時間，從而實現(xiàn)了低功耗。

Si1143包括最多3個紅外線LED驅(qū)動器，可以自由實現(xiàn)檢測距離超過50 cm的一維HI系統(tǒng)或檢測距離高達15 cm的具有手勢感應能力的多維系統(tǒng)。多個紅外線LED燈驅(qū)動器能夠?qū)崿F(xiàn)高級動作和手勢感應，Si1143支持3個LED驅(qū)動，支持多軸式臨近運動探測，能夠在多維非接觸式控制中實現(xiàn)創(chuàng)新的三維動作感應[10]。

2 非接觸式手勢識別系統(tǒng)組成

圖2所示為Si1143與控制器的連接電路示意圖。Si1143可與Silicon Labs提供的多種電容式觸摸感應微控制器相結(jié)合，包括C8051F700、C8051F800或C8051F99x處理器，組成非接觸式的手勢識別系統(tǒng)，并能用于多種動作和手勢檢測，以及目標物體距離校準應用。Si1143器件的感應模式提供有用信息給MCU，用以確定背景光類型，如日光、熒光燈光或白熾燈光。這種信息具有廣泛應用，可改善IR接近感應、優(yōu)化紅外感應功耗、增強顯示設(shè)備的背景亮度調(diào)節(jié)功能以及控制系統(tǒng)內(nèi)的其他設(shè)備。

3 紅外技術(shù)實現(xiàn)手勢感應

Si1143接近環(huán)境光傳感器適用于非接觸式手勢感應，如讀者翻頁，滾動平板電腦或GUI導航。Si1143可提供高達三個LED驅(qū)動器，并可在715 cm產(chǎn)品互動區(qū)域內(nèi)感知手勢。我們通過使用紅外線技術(shù)實現(xiàn)動作感應，主要采用基于位置和基于相位的手勢感應。

（1）基于位置的手勢感應通過計算對象的位置來實現(xiàn)手勢感應。

（2）基于相位的手勢檢測則通過定時信號的變化來判斷物體的運動方向。

3.1 基于位置的手勢感應

基于位置的運動傳感算法涉及三個主要步驟：

（1）將原始數(shù)據(jù)輸入轉(zhuǎn)換成可用的距離數(shù)據(jù)，

（2）使用距離數(shù)據(jù)來估計目標對象的位置，

（3）檢查位置數(shù)據(jù)移動的定時，以查看是否有手勢出現(xiàn)。

3.2 基于相位的手勢感應

基于相位的手勢感應包括從原始數(shù)據(jù)尋找鄰近測量和尋找每個LED的定時變化反饋。當手放在LED的正上方，將出現(xiàn)每個LED的最大反饋點。如果手掃過兩個LED，可以通過查看其LED首次出現(xiàn)的反饋來確定劃過的方向。

3.3 兩方法優(yōu)缺點比較

基于位置方法的優(yōu)點是可以提供目標的位置信息，并允許系統(tǒng)實現(xiàn)比例控制?；谖恢梅椒ǖ闹饕秉c是位置計算的精度。位置算法假定LED是球形輸出，但在實際應用中LED的輸出是圓錐形。該方法還假定LED的整個輸出是均勻光強，但實際情況中光強度會衰減。且該方法不考慮目標的形狀，一個獨特形狀的對象會導致位置輸出不一致。例如該系統(tǒng)區(qū)別不出手和手腕之間的差異，因此涉及該手腕運動的區(qū)域檢測則不太精確。該方法中提供的位置信息用于低分辨率系統(tǒng)是足夠的，但當前的定位算法并不太適合于定點應用。

對于不需要位置信息的應用，基于相位的方法提供了一個非?？煽康姆椒z測手勢。每個手勢可以在可檢測區(qū)域任一入口或出口進行檢測，該方法的缺點是不能提供位置信息。這意味著可以實現(xiàn)手勢的數(shù)量比以位置為基礎(chǔ)的方法更有限。相位法只能從檢測區(qū)域區(qū)別出進入和退出的方向，無法檢測到可檢測區(qū)域中的任何運動。

3.4 兩方法結(jié)合提高手勢識別

系統(tǒng)將兩種方法結(jié)合，彌補了彼此的缺陷?；谖恢玫姆椒商峁┠承┪恢眯畔⑦M行比例控制，基于相位的方法可以用于檢測大多數(shù)的手勢。這兩種方法配合使用，可以給手勢感應提供強大的解決方案。

4 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計相關(guān)

4.1 臨近感應

Si1143可以驅(qū)動三個單獨的紅外線LED。將這三個紅外線LED放入L形配置中時，可以對三維臨近場地內(nèi)的物體進行三角測量。每當?shù)絇S測量時，Si1143會進行多達三次測量，具體依據(jù)CHLIST中啟用的參數(shù)而定。也可以修改這些測量的ADC參數(shù)，允許在不同環(huán)境光條件下正常運行。在這三次測量中，都可以對LED選擇進行設(shè)定。在默認情況下，每次測量打開一個LED驅(qū)動器，但容易顛倒測量順序，或讓所有LED同時打開。根據(jù)情況，可以將每次臨近測量值與主機設(shè)定的閾值進行比較。

為了動態(tài)支持不同的電源使用效率情形，每個輸出的紅外線LED電流都可以獨立設(shè)定，可在幾毫安到幾百毫安之間任意取值，因此主機可以動態(tài)地臨近探測性能或節(jié)能優(yōu)化。此功能允許主機在一個物體已進入臨近范圍后降低LED電流，并在采用較低電流設(shè)置時仍然可以跟蹤該物體。最后通過靈活的電流設(shè)置，采用受控制的電流吸收器控制紅外線LED電流，從而提高精確度。

4.2 環(huán)境光

Si11413具有能夠同時測量可見光和紅外光的光電二極管，但可見光光電二極管也受紅外光影響。測量照明度時需要與人眼相同的光譜響應。如果需要準確測量照明度，則必須補償可見光光電二極管的額外IR響應。為了讓主控制器可以對紅外光的影響進行校正，Si1143在單獨通道報告紅外光的測量結(jié)果。單獨的可見光光電二極管和IR光電二極管適合于各種算法解決方案。主控制器可以執(zhí)行兩次測量，運行算法推導出與人眼感覺相當?shù)恼彰鞫?。在主機中運行IR校正算法可以非常靈活地調(diào)節(jié)系統(tǒng)相關(guān)變量。如果在系統(tǒng)中使用的玻璃阻止的可見光超過紅外光，則需要調(diào)節(jié)IR校正。如果主機沒有進行任何紅外線校正，則可以在CHLIST參數(shù)中關(guān)閉紅外線測量。

4.3 主控制器接口

Si1143的主控制器接口由SCL、SDA及INT三個引腳組成，設(shè)計INT、SCL和SDA引腳的目的是使Si1143通過軟件命令進入關(guān)閉模式，而不會干擾總線上其他I2C器件的正常運行。Si1143的I2C從地址是0x5A，可響應全局地址（0x00）和全局復位命令（0x06），但僅支持7位I2C地址，不支持10位I2C地址。

4.4 運行模式

Si1143的運行模式包括關(guān)閉模式、初始化模式、備用模式、強制轉(zhuǎn)換模式和自發(fā)模式，在任何時候可以處于眾多運行模式中的一種。且必須考慮運行模式，因為該模式對Si1143的整體功耗有影響。

4.5 命令和響應結(jié)構(gòu)

在讀取或?qū)懭胨蠸i1143的I2C寄存器（除了寫入COMMAND寄存器之外）時都不喚醒內(nèi)部定序器。Si1143可以在強制測量模式或自發(fā)模式中運行。處于強制測量模式時，除非主控制器通過特定命令明確請求Si1143進行測量，否則Si1143不進行任何測量。此時需要寫入CHLIST參數(shù)，以便讓Si1143知道要進行哪些測量。參數(shù)MEAS_RATE為零時會將內(nèi)部定序器置于強制測量模式。處于強制測量模式時，僅當主控制器寫入COMMAND寄存器時，內(nèi)部定時器才喚醒。處于強制測量模式時（MEAS_RATE=0），耗電量最低。當MEAS_RATE不為零時，Si1143在自發(fā)運行模式中運行。MEAS_RATE表示Si1143定期喚醒的時間間隔。內(nèi)部定時器喚醒后，定序器根據(jù)PS_RATE和ALS_RATE寄存器管理內(nèi)部PS計數(shù)器和ALS計數(shù)器。當內(nèi)部PS計數(shù)器過期時，根據(jù)通過CHLIST參數(shù)高位啟用的測量，最多執(zhí)行三個臨近測量（PS1、PS2和PS3）。順序執(zhí)行這三個PS測量，從PS1測量通道開始。同樣當ALS計數(shù)器過期時，根據(jù)通過CHLIST參數(shù)高位啟用的測量，最多執(zhí)行三個測量（ALS_VIS、ALS_IR和AUX）。

4.6 命令協(xié)議

與其他主機可寫入的I2C寄存器不同的是，COMMAND寄存器將內(nèi)部定序器從備用模式喚醒，以處理主機請求。執(zhí)行命令時，將更新 RESPONSE寄存器。通常在沒有錯誤時，高四位不為零。為了允許命令跟蹤，低四位實施4位循環(huán)計數(shù)器。一般而言，如果RESPONSE寄存器的高半字節(jié)不為零，則表示有錯誤或需要特殊處理。

5 結(jié) 語

在各種多元化的手勢識別環(huán)境中，當用戶的手被占用、出汗或手持物體而不利于觸摸屏操作時，就要用到非接觸式手勢識別。Si114x系列傳感器的手勢識別系統(tǒng)可以滿足非接觸的需求。Si114x系列傳感器具有高靈敏度、高效節(jié)能以及超長感應距離等優(yōu)點，且封裝體積小，易用性高，能夠用于手機、電子閱讀器、平板電腦、個人媒體播放器、辦公設(shè)備、工業(yè)控制、安全系統(tǒng)、銷售終端和其他設(shè)備，可實現(xiàn)高級的接近感應和非接觸式界面。

參考文獻

[1]武霞，張崎，許艷旭.手勢識別研究發(fā)展現(xiàn)狀綜述[J].電子科技，2013，26（6）：171-174.

[2]陳守滿，朱偉，王慶春.圖片操作的手勢動態(tài)識別系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（22）：4-6.

[3]陳龍，陳朝大，鄧禧龍，等.紅外線感應節(jié)水裝置效果分析[J].低碳世界，2016（13）：4-5.

[4]于乃功，王錦.基于人體手臂關(guān)節(jié)信息的非接觸式手勢識別方法[J].北京工業(yè)大學學報，2016，42（3）：362-368.

[5]關(guān)然，徐向民，羅雅愉.基于計算機視覺的手勢檢測識別技術(shù)[J]. 計算機應用與軟件，2013，30（1）：155-159.

[6]李芬蘭，張文清，莊哲民.基于手勢識別的智能輸入系統(tǒng)[J].汕頭大學學報（自然科學版），2014（3）：60-65.

[7]魯姍丹，周松斌，李昌.基于多光源紅外傳感技術(shù)的手勢識別系統(tǒng)[J].自動化與信息工程， 2015（2）：22-26.

[8]楊碧玲.集成多路LED應用，Silicon Labs接近感應器擴展多種應用[J].集成電路應用，2011（12）：27.

篇6

光傳感器，也稱為光探測器，可以生長在各種不同的襯底上：鍺、砷化鎵銦、磷化鎵以及硅。所有這些光傳感器都具有可變的光譜和時間響應及應用功能，但是這類非硅基傳感器的應用空間相對較窄，而硅基傳感器則廣泛適用于醫(yī)療、工業(yè)及商業(yè)等領(lǐng)域。

硅基光探測器，比如集成了RGB濾波器的TAOS TCS230色彩傳感器，為用戶提供了眾多選項，以適應其廣泛的應用領(lǐng)域。

與其他光探測器相比，硅基光傳感器不僅具有更廣泛的用途，而且它們與其他電路的集成也非常容易，通常這使得它們成為更節(jié)省成本的解決方案。這也是它們的采用率如此之高的部分原因。

盡管硅基光傳感器應用廣泛，但能否選擇到最合適的該種儀器將對設(shè)計性能產(chǎn)成巨大的影響。幸運的是，根據(jù)大量應用，現(xiàn)在已形成了用于選擇集成硅基光傳感器的通用標準。

通用標準

在硅基IC探測器領(lǐng)域，為特定的應用選擇最適合的探測器需要考慮諸多因素。這些因素包括光轉(zhuǎn)換的類型、轉(zhuǎn)換速率以及光譜響應。

集成的光傳感器可以將光轉(zhuǎn)換成不同種類的輸出，包括將光轉(zhuǎn)換成電流(LTC)，電壓(LTV)，頻率(LTF)以及數(shù)字信號(LTD)。它們對光做出響應并以快慢不等的相應速度輸出，速度(響應時間)從幾毫秒到幾納秒不等。

硅基探測器的光譜響分布于電磁頻譜近紫外(300rim)到近紅外(1100nm)這一范圍內(nèi)，包含了可見光(400～700nm)。應當注意的是，在這一范圍內(nèi)，光譜響應并不一致。

雖然上述3項標準并不是選擇光傳感器時需要考慮的唯一因素，但它們極大地縮小了選擇范圍，這樣可以對相似的器件類型使用最后的標準(比如成本和封裝)進行選擇。

光轉(zhuǎn)換

LTV和LTC器件分別將光能轉(zhuǎn)換成電壓和電流輸出。這兩種器件有許多相同的應用并可以交互使用。所以，請記住，’在下面有關(guān)LTV器件的討論中，如果你使用電流替換電壓，那么討論結(jié)果也將適用于LTC器件。

LTV器件在感應到光的強度時，它的輸出電壓會增大或減小。器件的動態(tài)范圍是介于最小和最大輸出電壓之間的范圍。最小的電壓等級／輸出稱為暗電壓(Vd)，出現(xiàn)在輸入光強度為0的時候。最大或飽和電壓級別對應于光電二極管能夠轉(zhuǎn)換的最大光能量的輸入；即使光能量輸入超過該值，輸出電壓仍將保持不變。

LTV/C探測器適用于需要監(jiān)測光強瞬間變化的應用領(lǐng)域，例如，在某條生產(chǎn)線上，有必要檢測快速移動的傳送帶上每個物體經(jīng)過某一點時光強的變化。通常，需要安裝一個A/D轉(zhuǎn)換器，作為傳感器和微處理器或其他類型控制器之間的接口。

LTF器件將光能轉(zhuǎn)換成某種波形，波形的頻率與被感應的光強成正比。LTF器件的動態(tài)范圍由它的最小和最大輸出頻率決定。當輸入光強為0時，輸出是最小頻率或暗頻率。而最大或滿刻度頻率是輸出頻率不再隨著光強的增加而增加時的頻率。

LTF的動態(tài)范圍遠遠超過LTV器件，它適用于需要更高分辨率的應用場合。例如，動態(tài)范圍是4V而噪聲(暗電壓)是4mV的線性LTV器件可以提供1000個階梯，而動態(tài)范圍是1MHz，噪聲(暗頻率)是0.5Hz的LTF可以提供200萬個階梯，TAOS TSL237即為一例。LTF的頻率輸出需要使用一個頻率計數(shù)器或者微處理器進行處理。

LTD器件將光強轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)。然后，數(shù)字數(shù)據(jù)被存儲在內(nèi)部寄存器之中，在那里，數(shù)據(jù)將隨著落在傳感器上的光強變化而成正比變化。LTD器件與微處理器之間通常使用各種不同協(xié)議之中的某一種作為接口，其中包括SMbus、I2C和SPI。

這種器件的動態(tài)范圍是寄存器最大和最小取值之差。其數(shù)字接口也使得這些器件有一定的可編程性，可用來控制增益以及積分時間等量。

大多數(shù)LTD器件是可尋址的，這意味著多個器件可以在單根總線上共存，從而將互連成本降到最低。TAOS TSL2563是帶有可編程增益和積分時間的LTD器件的一個例子。這個傳感器通過I2C接口為編程狀態(tài)提供了中斷功能。

轉(zhuǎn)換速率

在許多應用中，光探測器能否將光強的變化轉(zhuǎn)換成有用輸出的速度是應考慮的一項重要因素。與輸出類型無關(guān)，光電二極管的偏置和尺寸是決定傳感器轉(zhuǎn)換速度的主要因素：光電二極管越大，電容越大，對光強的響應就越慢。因此，反向偏壓被用來增加轉(zhuǎn)換速率。請注意，通常情況下，對于集成傳感器轉(zhuǎn)換速度的確定起限制作用的因素是集成電路，而不是光電二極管。

盡管略有不同，但是LTV和LTC器件都可以被共同歸類為光模擬信號轉(zhuǎn)換(LTA)器件。因為除了光電二極管之外，LTA器件只需要很少的電路一一電流放大器(CA)或者跨阻放大器(TIA)，所以該種器件提供了比LTF或LTD器件更快的響應時間。LTA器件的速度可通過輸出的上升和下降時間進行測量。如上所述，它不僅受偏置和光電二極管尺寸的影響，而且還與CA或者TIA的電容有關(guān)。

除了受光電二極管的限制，LTF器件還增加了電流到頻率的轉(zhuǎn)換時間。通常，轉(zhuǎn)換會在電流轉(zhuǎn)換到目標頻率輸出的一個周期內(nèi)完成。因此，LTF器件響應產(chǎn)生1kHz波形的光強比響應產(chǎn)生1MHz波形的光強要慢。如果要測量極弱的光強，對這一點的考慮會非常重要。

LTD器件的速度與LTA或者LTF器件有些不同，因為LTD器件通常不是連續(xù)地在輸出總線上放置數(shù)據(jù)；并且通常只有在控制器發(fā)出請求時，它才提供數(shù)據(jù)。此時，數(shù)據(jù)才會被載入到數(shù)據(jù)寄存器。因而，轉(zhuǎn)換速率由總線的速度決定。

光譜響應

了解應用的光譜感應要求，并使用具有合適的光譜響應的傳感器與之匹配，這是一項重要的系統(tǒng)考慮。例如，使用近紅外LED的接近探測器，需要只對近紅外區(qū)域光譜能量進行響應的傳感器。并且這個傳感器一定不能對可見光區(qū)域的光能進行響應。要達到這樣的目的，可以使用外部可見光阻擋濾波器，或者選擇帶有集成濾波器的探測器。

如果應用需要只對可見光區(qū)域響應，也需要進行同樣的考慮，比如色度測量。這需要濾除太陽以及其他光源的近紅外能量，方法是使用外部或者集成的紅外阻擋濾波器。這種類型的應用也需要紅、綠和藍(RGB)濾波器，外部的或者集成的都可以。

光學列陣

一些應用有時需要搜集空間信息。這時可以采用許多分立器件或者集成光學線性列陣來完成。

集成的光學線性列陣由許多像元或像素組成，它們通常排列在一條直線上。像素中心之間的距離被稱為像素截距，通常以每英寸內(nèi)的點數(shù)(dpi)給出。

400dpi器件的像素截距是63.5μm。空間分辨率直接與dpi數(shù)值對應；dpi越大，空間分辨率越高。對于給定的dpi，像素集的數(shù)目決定了器件的有效長度，例如，400dpi 128像素的TAOS TSL 1401的有效長度大約為8mm。這些器件的輸出可以是模擬的(通常是電壓)或數(shù)字的。這些器件的速度由積分時間(光被允許照射器件的時間)和時鐘速率決定。

對大多數(shù)應用而言，線性列陣是通過像素數(shù)、有效長度、分辨率和時鐘速率來選擇的。線性列陣是掃描型應用最理想的選擇，但是它也適用于位置和邊緣探測。結(jié)束選擇

篇7

關(guān)鍵詞：光電效應；光電傳感器；光敏材料

一、理論基礎(chǔ)――光電效應

光電效應通常分為外光電效應和內(nèi)光電效應兩大類。外光電效應是指在光照射下，電子逸出物體表面的外發(fā)射的現(xiàn)象，也稱光電發(fā)射效應，基于這種效應的光電器件有光電管、光電倍增管等。內(nèi)光電效應是指入射的光強改變物質(zhì)導電率的物理現(xiàn)象，稱為光電導效應，大多數(shù)光電控制應用的傳感器，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、硅光電池等都屬于內(nèi)光電效應類傳感器。

1.外光電效應

光照在照在光電材料上，材料表面的電子吸收的能量，若電子吸收的能量足夠大，電子會克服束縛逸出表面，從而改變光電子材料的導電性，這種現(xiàn)象成為外光電效應。

根據(jù)愛因斯坦的光電子效應，光子是運動著的粒子流，每種光子的能量為hv（v為光波頻率，h為普朗克常數(shù)），由此可見不同頻率的光子具有不同的能量，光波頻率越高，光子能量越大。假設(shè)光子的全部能量交給光子，電子能量將會增加，增加的能量一部分用于克服正離子的束縛，另一部分轉(zhuǎn)換成電子能量。根據(jù)能量守恒定律：

式中，m為電子質(zhì)量，v為電子逸出的初速度，w為逸出功。

由上式可知，要使光電子逸出陰極表面的必要條件是hv>w。由于不同材料具有不同的逸出功，因此對每一種陰極材料，入射光都有一個確定的頻率限，當入射光的頻率低于此頻率限時，不論光強多大，都不會產(chǎn)生光電子發(fā)射，此頻率限稱為“紅限”。相應的波長為 式中，c為光速，w為逸出功。

2.內(nèi)光電效應

當光照射到半導體表面時，由于半導體中的電子吸收了光子的能量，使電子從半導體表面逸出至周圍空間的現(xiàn)象叫外光電效應。利用這種現(xiàn)象可以制成陰極射線管、光電倍增管和攝像管的光陰極等。半導體材料的價帶與導帶間有一個帶隙，其能量間隔為Eg。一般情況下，價帶中的電子不會自發(fā)地躍遷到導帶，所以半導體材料的導電性遠不如導體。但如果通過某種方式給價帶中的電子提供能量，就可以將其激發(fā)到導帶中，形成載流子，增加導電性。光照就是一種激勵方式。當入射光的能量hν≥Eg（Eg為帶隙間隔）時，價帶中的電子就會吸收光子的能量，躍遷到導帶，而在價帶中留下一個空穴，形成一對可以導電的電子――空穴對。這里的電子并未逸出形成光電子，但顯然存在著由于光照而產(chǎn)生的電效應。因此，這種光電效應就是一種內(nèi)光電效應。從理論和實驗結(jié)果分析，要使價帶中的電子躍遷到導帶，也存在一個入射光的極限能量，即Eλ=hν0=Eg，其中ν0是低頻限（即極限頻率ν0=Egh）。這個關(guān)系也可以用長波限表示，即λ0=hcEg。入射光的頻率大于ν0或波長小于λ0時，才會發(fā)生電子的帶間躍遷。當入射光能量較小，不能使電子由價帶躍遷到導帶時，有可能使電子吸收光能后，在一個能帶內(nèi)的亞能級結(jié)構(gòu)間（即圖1中每個能帶的細線間）躍遷。

二、光電器件及其特性

1.光敏電阻

1）光敏電阻又稱光導管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。

2）光敏電阻的伏安特性測量

（1）按原理圖1連接好實驗線路，將光源用的標準鎢絲燈和光敏電阻板置測試架中，電阻盒以及轉(zhuǎn)接盒插在九孔板中，電源由DH-VC3直流恒壓源提供。

（2）通過改變光源電壓或調(diào)節(jié)光源到光敏電阻之間的距離以提供一定的光強，每次在一定的光照條件下，測出加在光敏電阻上電壓U為+2V、+ 4V、+6V、+8V、+10V時5個光電流數(shù)據(jù)，即 ，同時算出此時光敏電阻的阻值 。以后逐步調(diào)大相對光強重復上述實驗，進行5～6次不同光強實驗數(shù)據(jù)測量。

由圖可知，在一定光強下，光敏電阻的光電流與光電壓成線性關(guān)系，隨電壓的增大二增大，并且，光強越大，其增長越快。

2、光敏二極管

1）光敏二極管也叫光電二極管。光敏二極管與半導體二極管在結(jié)構(gòu)上是類似的，其管芯是一個具有光敏特征的PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦?，因此工作時需加上反向電壓。無光照時，有很小的飽和反向漏電流，即暗電流，此時光敏二極管截止。當受到光照時，飽和反向漏電流大大增加，形成光電流，它隨入射光強度的變化而變化。當光線照射PN結(jié)時，可以使PN結(jié)中產(chǎn)生電子一空穴對，使少數(shù)載流子的密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移，使反向電流增加。因此可以利用光照強弱來改變電路中的電流。

2）光敏二極管的伏安特性測量

（1）按原理圖2接好實驗線路，將光電二極管板置測試架中、電阻盒置于九孔插板中，電源由DH-VC3直流恒壓源提供，光源電壓0～12V（可調(diào)）。

篇8

系統(tǒng)設(shè)計

無衍射光通信系統(tǒng)采用強度調(diào)制／直接檢測。其結(jié)構(gòu)包括上位機、發(fā)送系統(tǒng)和接收系統(tǒng)，如圖1所示。工作時上位機經(jīng)過串口發(fā)送信號，經(jīng)接口電路的電平轉(zhuǎn)換，傳輸給微處理器，微處理器進行信號調(diào)制，把經(jīng)過調(diào)制的信號傳輸給激光驅(qū)動器，激光驅(qū)動器驅(qū)動激光器發(fā)出光信號，經(jīng)過無衍射光發(fā)生裝置，以無衍射光的形式發(fā)送出去；光電接收把接收的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過放大電路、整形電路、解調(diào)模組和接口電路把收到的信號傳送給上位機。上位機比較發(fā)送的數(shù)據(jù)和接收的數(shù)據(jù)，進而計算出誤碼率。

1無衍射光的產(chǎn)生

本系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)簡單、能量利用率高的圓錐透鏡法產(chǎn)生無衍射光。如圖2所示，激光器發(fā)出的激光通過準直透鏡，之后入射圓錐透鏡，圓錐透鏡后的光場在最大無衍射距離內(nèi)滿足貝塞爾分布。無衍射距離zmax由圓錐透鏡的孔徑半徑a和底角φ決定［4］。激光器輸出波長為635nm，工作電流小于70mA，出瞳功率為2mW，工作溫度范圍為－10℃～40℃。準直透鏡放大倍數(shù)為5×～10×，圓錐透鏡的規(guī)格為Φ30，α＝0．5°。產(chǎn)生的無衍射光最大傳輸距離超過3000mm。

2調(diào)制解調(diào)設(shè)計

本系統(tǒng)采用微處理器進行雙頭脈沖間隔調(diào)制（DH－PIM）及其解調(diào)。DH－PIM的每個符號所包含的時隙數(shù)是變化的，并且采用兩種起始脈沖。調(diào)制符號Sk（k為符號所表示的十進制數(shù)）由頭部時隙和后續(xù)的m個空時隙組成。頭部時隙由α＋1個時隙組成（α為整數(shù)），兩種頭部形式為H1和H2。H1起始脈沖寬度為α／2個時隙，其后為（α／2）＋1個保護時隙；H2脈沖寬度為α個時隙，其后為1個保護時隙。當k＜2M－1時，Sk符號的頭部時隙為H1，反之為H2。DH－PIM調(diào)制不需要時鐘的同步，具有較好的功率利用率、較高的傳輸容量、較小的誤時隙率等優(yōu)點［13］。

3激光驅(qū)動設(shè)計

激光驅(qū)動器選擇MAXIM公司MAX3766，它為622MbpsLAN／WAN激光驅(qū)動器，包括激光調(diào)制器、自動功率控制、安全關(guān)閉等組件。激光驅(qū)動模塊如圖3所示，調(diào)整BIASMAX端口電阻阻值，設(shè)置激光器靜態(tài)工作電流（即偏置電流），偏置電流要略小于激光器閾值電流；調(diào)整MOD端口電阻阻值，設(shè)置調(diào)制電流。

4接收系統(tǒng)設(shè)計

接收系統(tǒng)的作用是檢測光信號，將受調(diào)制的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)放大、整形、解調(diào)等過程后發(fā)送給計算機。接收系統(tǒng)由光電探測器、放大電路、整形電路、解調(diào)模塊等組成。光電探測器采用PIN光電二極管，其使用簡單，靈敏度較高。本系統(tǒng)中采用KODENSHI公司生產(chǎn)的HPI－1KL5作為光電探測器，它屬于硅PIN光電二極管，感光波長范圍為450nm～1050nm。放大電路由兩級集成運放組成。第一級為電壓并聯(lián)負反饋放大電路，其可以看作是電流－電壓轉(zhuǎn)換電路，把光電二極管的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號；第二級同為電壓并聯(lián)負反饋放大電路，把第一級放大電路的輸出反相并放大。由于光信號在大氣中傳播，造成的信號衰減及噪聲，導致信號畸變，所以需要對經(jīng)過放大電路的信號進行整形。經(jīng)過整形的信號要滿足TTL電平。整形電路由AD790電壓比較器實現(xiàn)。AD790的響應時間為40ns?；鶞孰妷哼x擇2V。當輸入電壓大于2V，輸出4．7V，當電壓小于2V，輸出0．5V。經(jīng)過整形的信號傳輸給信號解調(diào)模塊，解調(diào)之后，通過串口傳輸給上位機。

實驗驗證

本系統(tǒng)示意圖如圖4所示，計算機通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)，經(jīng)過微處理器調(diào)制，激光驅(qū)動模塊驅(qū)動半導體激光器，經(jīng)過無衍射光發(fā)生光路后，由PIN光電二極管接收光信號并轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)放大整形及微處理器解調(diào)，最后又串口發(fā)送給計算機接收。計算機對發(fā)送的數(shù)據(jù)和接收的數(shù)據(jù)進行對比，計算出無衍射光通信系統(tǒng)的誤碼率。

1無衍射光產(chǎn)生實驗

本系統(tǒng)產(chǎn)生的近似無衍射光的光斑如圖5所示，在1000mm和2000mm處的無衍射光斑基本相同，表明無衍射光在傳輸過程中光場分布基本不變，光斑的略微變形是由于圓錐透鏡加工誤差、準直透鏡的焦距誤差、激光器輸出不穩(wěn)定等因素造成的。

2傳輸性能測試

本實驗使用誤碼率對基于無衍射光的自由空間光通信系統(tǒng)進行傳輸性能評價。誤碼率是指在測量時間內(nèi)，數(shù)字碼元誤差的數(shù)量與數(shù)字碼元總數(shù)之比［14］。在本實驗中，計算機通過串口發(fā)送隨機數(shù)據(jù)，經(jīng)過此通信系統(tǒng)后返回計算機，之后對比發(fā)送的數(shù)據(jù)和接收的數(shù)據(jù)，計算出誤碼率。調(diào)整激光器驅(qū)動電流，使半導體激光器輸出功率分別為2mW和0．8mW，通信比特率設(shè)為9600bps，在不同的通信距離下的誤碼率如圖6所示。從實驗結(jié)果可以看出，當激光器輸出功率設(shè)為2mW和0．8mW時，在無衍射光最大傳輸距離內(nèi)，誤碼率都能滿足要求。當激光器輸出功率為2mW時誤碼率的波動不大，誤碼率隨傳輸距離的變化較小。誤碼率主要由光電接收器件的分辨力、激光驅(qū)動裝置和信號檢測電路的誤差、串口通信的誤碼等因素引起。當激光器輸出功率為0．8mW、傳輸距離大于1500mm時，誤碼率明顯增大，這主要是由于激光器的輸出功率較小，在傳輸至較遠距離時光強較弱，導致PIN光電二極管接收到的高低電平不易分辨，使傳輸系統(tǒng)的誤碼率上升。因此在合理的范圍內(nèi)提高激光器的輸出功率，或者使用更高靈敏度的光電接收器件和更精密的檢測電路，都可以有效地改善通信系統(tǒng)的質(zhì)量。

篇9

【關(guān)鍵詞】紅外光傳輸;SPWM調(diào)制;解調(diào);中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點裝置

1.引言

隨著年齡的增長，人們的聽力日趨下降，獲取信息的能力也在減弱。紅外光音頻傳輸裝置的出現(xiàn)為聽力衰弱的朋友們帶來了福音。聽覺好的成年人能聽到的聲音頻率常在30～16000Hz之間，老年人則常在50～10000Hz之間。本設(shè)計在紅外通信是利用950nm近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體的基礎(chǔ)之上，將音頻信號通過紅外光進行傳輸。中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點裝置的意義在于將紅外信號進行轉(zhuǎn)彎，使它克服了只能直線傳輸?shù)娜秉c。此裝置刻意將左右聲道的立體聲音效合并為單聲道音頻信號，有效地降低了節(jié)目中背景音樂及其它聲音，使得講話的聲音更為明顯和突出。

2.系統(tǒng)框圖設(shè)計

立體聲音頻信號被混合在一起形成一個單聲道信號，在發(fā)生裝置進行放大、濾波、比較等一些列處理，由此產(chǎn)生占空比可調(diào)的PWM波，進而驅(qū)動晶體管通過LED發(fā)射紅外光。中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點裝置將光電二極管接收到紅外LED發(fā)射的PWM紅外信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換、濾波、放大再輸出，并且改變90度的角度。光電二極管接收傳入PWM紅外信號后進行解調(diào)，放大、濾波、最后輸出音頻信號，解調(diào)的另一路信號在液晶上進行溫度顯示。接收裝置在6V電源供電下經(jīng)過放大、低通濾波后，從耳機放出。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

Fig.1 Structure diagram of the system function

3.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

3.1 紅外發(fā)射裝置

傳入的兩路立體聲音頻信號產(chǎn)生的電壓信號被混合在一起以形成一個單聲道信號，依次通過同相放大電路以及濾波電路得到一路正弦波信號。另一路由施密特觸發(fā)器與D類觸發(fā)器產(chǎn)生一路方波信號，通過積分電路生成90KHz三角波形。LM311電壓比較器設(shè)計運行在更寬的電源電壓：從標準的±15V運算放大器到單5V電源用于邏輯集成電路其輸出兼容RTL，DTL和TTL以MOS電路。此外，他們可以驅(qū)動繼電器，開關(guān)電壓高達50V，電流高達50mA。因此我們選用LM311作為發(fā)射裝置的比較器。正弦波信號與三角波一同通過LM311進行比較，由此產(chǎn)生的占空比可調(diào)的PWM波，進而驅(qū)動晶體管通過LED發(fā)射紅外光。

3.1.1 音頻前置放大部分

輸入的左右聲道音頻信號被混合在一起輸入運算放大器，電阻與運算放大器構(gòu)成同向比例運算電路，增大了輸入阻抗的同時降低輸出電阻。我們選擇LM833雙音頻運放作為核心，將電壓放大。根據(jù)同向比例放大電路[1]：

則信號被放大23倍。在輸入端引入6V偏置電壓，將音頻信號墊高，易于與三角波進行比較，從而產(chǎn)生PWM波。由于篇幅有限，此處前放電路省略。

3.1.2 有源低通濾波部分

被放大的音頻信號依次經(jīng)過兩次濾波被從入比較器。在器件選擇方面我們?nèi)匀贿x用LM833以及通用型低噪聲JFET 運算放大器TL072.電路圖如圖2所示。

3.1.3 三角波發(fā)生電路

三角波的作用是用來調(diào)制音頻信號，對此有兩方面的要求。其一，調(diào)制后的信號可以被完整地恢復。根據(jù)Nyquist采樣定理[2]，三角波的頻率至少是音頻信號最高頻率的兩倍，由于人耳的所能夠聽到的聲音頻率范圍20Hz―20KHz，說明三角波的頻率應在 40 kHz 以上，為確保音頻信號的采樣，可取三角波的頻率為 90 kHz;其二，三角波要有穩(wěn)定的頻率和幅度，否則，調(diào)制后的脈寬會產(chǎn)生變形，從而降低音頻輸出的信噪比，音質(zhì)變差，噪聲增大。

在高頻的情況下，產(chǎn)生頻率、幅度穩(wěn)定的三角波，對一般的波形發(fā)生器來說很難實現(xiàn)。利用積分運算電路可實現(xiàn)方波―三角波的波形變換。我們將4093B施密特觸發(fā)器設(shè)計成方波振蕩器[3]，其可實現(xiàn)180KHz的方波，之后，使用D觸發(fā)器4013B構(gòu)成2分頻器將180KHz的方波分頻，依次通過積分電路即產(chǎn)生90KHz的三角波。由于篇幅有限，此處三角波發(fā)生電路省略。

3.1.4 PWM波發(fā)生電路與紅外輸出

為了簡單說明，我們以音頻信號為單一正弦信號為例來說明SPWM信號。等腰三角波稱為載波，而正弦波則稱為調(diào)制波[4]。當三角波的頻率發(fā)生改變時，輸出SPWM的頻率也隨之改變，同時也會影響到輸出電壓的變化。正弦波的幅度發(fā)生變化時，三角波的交點也將發(fā)生變化而導致輸出脈沖波的寬度發(fā)生變化，最終使得輸出電壓發(fā)生改變。當音頻信號大于三角波信號時，比較器輸出高電平，當音頻信號小于三角波信號時，比較器輸出低電平。值得注意的是：音頻信號的幅值不允許大于三角波信號的幅值，否則，結(jié)果是一個錯誤的PWM信號。如圖3所示。

圖3 SPWM波形成[4]

Fig.3 SPWM wave form[4]

經(jīng)過放大、濾波后的音頻信號從B端與三角波信號從反相端進入，通過LM311電壓比較器比較，產(chǎn)生90KHz的SPWM波，從而完成調(diào)制。選擇通用LM311作為電壓比較器。產(chǎn)生PWM波形的LM311，驅(qū)動晶體管BC328為串聯(lián)在一起的6個LED以及一個電源指示燈D4工作。如圖4所示。

圖4 音頻信號的發(fā)射

Fig.4 Transmitting an audio signal

3.2 紅外接收裝置

光電二極管BP104接收到6個紅外LED發(fā)射的PWM紅外信號，通過LM833進行電流―電壓轉(zhuǎn)換，之后LM833放大電路，再次放大脈沖信號。根據(jù)反向比例運算電路[1]：

因此輸出端放大-10倍。LM311構(gòu)成限幅器的作用，從而再次產(chǎn)生90KHz的PWM信號。整個電路需提供6V直流電源供電，如圖7所示。

生成的PWM波還需通過兩次低通濾波，進行解調(diào)，最后通過音頻放大器進行放大，最后分為兩路輸出。低通濾波器選用LM358AD，音頻放大器選擇LM386N。

3.3 中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點裝置

中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點裝置將紅外接收裝置的裝換、放大、限幅電路與紅外發(fā)射部分的三極管驅(qū)動光電二極管進行組合連接。即圖5中Vout與BC328相連接構(gòu)成，用5V直流單電源供電，所以最多只能驅(qū)動3個發(fā)光二極管。發(fā)光二極管發(fā)射紅外光，通過接收部分輸出信號。

4.功能測試和結(jié)果分析

當接入手機音頻信號，在紅外發(fā)射端端波形較好。紅外接收端可以聽到傳輸過來的音頻信號，將發(fā)、收裝置角度調(diào)整后，即可聽到清晰聲音，無明顯失真、噪音干擾。當接收信號改到800Hz單音信號時，在8Ω的耳機電阻負載上，輸出電壓有效值不小于0.4V。不改變電路狀態(tài)，當減小發(fā)射端輸入信號的幅度至0V，采用低頻毫伏表（低頻毫伏表為有效值顯示，頻率響應范圍低端不大于10Hz、高端不小于1MHz）測量此時接收裝置輸出端噪聲電壓，讀數(shù)不大于0.1V。

但存在一點不足之處，由于中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點裝置電壓過低，導致轉(zhuǎn)發(fā)信號強度可能有些偏小，造成接收部分不易接收信號。可根據(jù)實際適當提升電源電壓，以增加發(fā)射功率。

參考文獻

[1]童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）[M].北京.高等教育出版社，2006.

[2]何子述.信號與系統(tǒng)（第一版）[M].北京：高等教育出版社，2007，5.

[3]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[4]王賢江.高效AC_DC開關(guān)電源[D].成都：電子科技大學，2013（3）.

作者簡介：

篇10

關(guān)鍵詞：亮度；人眼仿真；傳感器；背光源；測量；LX1970

1主要特點

目前，筆記本電腦、個人數(shù)字助理（PersonalDigi-talAssistant，簡稱PDA）、平板電視和手機均采用液晶顯示器（LCD）。但LCD本身并不發(fā)光，它只反射或透射外界光線。為便于在光線較暗的環(huán)境中或夜間觀察屏幕，就必須給LCD加背光源以增強對比度。利用可見光亮度傳感器就可根據(jù)環(huán)境亮度來自動調(diào)節(jié)背光源（一般為白色發(fā)光二極管）的亮度，這樣不僅能獲得最佳顯示效果，還能降低背光源的功耗。

圖1

美國微型半導體（Microsemi）公司推出了一種能實現(xiàn)人眼仿真的集成化可見光亮度傳感器LX1970，利用該器件可構(gòu)成平板顯示器的亮度監(jiān)控系統(tǒng)。此外，它還可用做戶外照明燈（例如路燈）控制器，以使照明燈能在黃昏時自動開啟，清晨時自動關(guān)閉。

LX1970型可見光亮度傳感器的性能特點如下：

內(nèi)含PIN型光電二極管、高增益放大器和兩個互補式電流輸出端該光電二極管陣列的光譜特性及靈敏度都與人眼十分相似，因而能代替人眼去感受環(huán)境亮度的明暗程度，并將接收到的可見光轉(zhuǎn)換成電流信號，進而對背光源的亮度進行控制。

峰值發(fā)光波長為520nm，電流靈敏度為0．38μA／lx，暗電流為10nA。

非線性誤差小，重復性好。兩個互補輸出端的電流不對稱度僅為±0．5％，可任選一端作為輸出。

電路簡單，價格低廉，使用方便。無須使用濾光片即可有效衰減紫外光及紅外光。

微功耗，低壓供電。采用2～5．5V電源，電源電流可低至85μA（典型值）。工作溫度范圍為－40℃～＋85℃。其外形尺寸僅為2．95mm×3mm×1mm。

2LX1970的工作原理

LX1970采用MSOP－8表貼塑料封裝，其引腳排列和內(nèi)部框圖如圖1所示。

LX1970芯片正面有一個面積為0．369mm2的受光區(qū)。UDD和USS分別接電源的正、負極。SNK為電流接收器的引出端，SRC為輸出電流源的引出端。其余NC均為空腳。芯片工作時由光電二極管產(chǎn)生的光電流經(jīng)過高增益放大器送至兩個電流輸出端，其中一個是電流吸收器的引腳SNK，另一個是輸出電流源的引腳SRC，二者的電流分別為ISNK和ISRC。其中ISNK為灌入芯片中的電流，簡稱灌電流。這兩種電流信號通過R1、R2可分別轉(zhuǎn)換成電壓信號USNK、USRC。改變R1（或R2）的電阻值可調(diào)整電壓增益，電阻值允許范圍是10kΩ～50kΩ。C1和C2為濾波電容，可用來決定傳感器的響應時間。輸出USNK與環(huán)境亮度成反比，USRC與環(huán)境亮度成正比，二者呈互補輸出特性，可任選一路信號作為輸出電壓UO。

LX1970的相對靈敏度與波長的響應曲線如圖2中的粗線所示，細線是人眼的響應曲線（峰值波長為550nm）。由圖可見，LX1970接收光的波段與人眼非常相近，并且也象人眼一樣靈敏。其峰值波長λP為520nm，波段大約為350nm～800nm，能覆蓋整個可見光波段（400nm～700nm），而紫外光波段（＜400nm和紅外光波段（＞700nm）都很窄，這表明它對可見光的接收靈敏度最高。LX1970在峰值波長為520nm時的靈敏度K為0．38μA／lx，即照度每變化1lx（勒克斯），輸出電流變化0．38μA。將照度轉(zhuǎn)換成亮度L（其單位是cd／m2）時，可假定光線照射在一個能滿足全反射條件的理想平面上，然后根據(jù)1lx＝0．314cd／m2進行轉(zhuǎn)換即可得到亮度值。通常，可用實驗的方法來測定亮度與照度的比例系數(shù)。

3LX1970的典型應用

3．1白光亮度測量電路

測量白光亮度的電路如圖3所示。該電路在工作時先由RCC、電流源和白光LED組成的光源發(fā)射出可見光，再由LX1970接收該可見光并轉(zhuǎn)換成電流信號。接下來在SNK端、SRC端各串聯(lián)一塊微安表以分別測量光電流ISNK和ISRC，這樣微安表的讀數(shù)值就反映了亮度的高低。

3．2LCD背光源亮度自動控制電路

當環(huán)境亮度明顯變暗時，LX1970能自動開啟LCD的背光源以使白色LED發(fā)光。其亮度自動控制電路如圖4所示。圖中電阻R1和R2用于設(shè)定控制亮度的最小值與最大值。改變電容器C的容值可調(diào)整響應時間并能濾除50Hz電網(wǎng)干擾。LX1970采用＋3．3V～＋5V電源。若只使用SRC端，則SNK端應懸空。假定需用0．25V～1．25V的輸出電壓來驅(qū)動白光LED，0．25V代表LED的亮度最小值，1．25V代表亮度最大值那么，可由下式確定R1與R2的比例關(guān)系

R1＝[(3／0．25）－1]R2＝11R2

可根據(jù)LX1970在給定亮度下的輸出電流最大值（ISRCmax）來計算R2值。實際上在ISRCmax為50μA時R2為25kΩ，這樣代入上式即可得到275kΩ的R1值。

3．3LX1970評估板的設(shè)計

利用LX1970評估板（EvaluationBoard）不僅能檢查出LX1970的質(zhì)量好壞，還可對LCD背光源亮度控制電路進行各種實驗，以便為開發(fā)新產(chǎn)品提供依據(jù)。此外，評估板上的元器件布局以及印制電路的設(shè)計也具有參考價值。LX1970的評估板電路如圖5所示。它具有以下特點：

第一，可利用一個轉(zhuǎn)盤（上面開著7個不同孔徑的小孔）來改變LX1970入射光窗口的大小，轉(zhuǎn)盤與傳感器一同裝在機殼內(nèi)；

第二，通過電位器RP1～RP3調(diào)整放大器的增益，再經(jīng)過LX1970驅(qū)動兩只白色發(fā)光二極管（LED1、LED2）發(fā)光，以實現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)，從而適應不同的環(huán)境亮度條件；

第三，分別改變跳線器J1～J4的接線方式，以對不同電路進行隔離或偏置；

第四，該電路有4個可選擇的控制端口，包括SRC的分壓二極管引出端口（A）、SRC的電壓調(diào)整端口（B）、SRC的固定電壓端口（C）和SNK的電壓調(diào)整端口（D）。此外，還有兩個輸出端（SRC、SNK）其中，端口A為下拉端（經(jīng)外部電位器接地，可代替LX1970手動調(diào)整亮度）。端口B、C、D均為上拉端（經(jīng)外部電路接正電源或其它正電壓）。端口B和端口C用于設(shè)置最低輸出電壓（將RP1調(diào)至最?。┗蛘{(diào)節(jié)SRC端的輸出。端口D用來設(shè)置最高輸出電壓（將RP2調(diào)至最大）或調(diào)節(jié)SNK端的輸出。