CN102252752B - 便携式usb光功率计 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光功率测量范围，为一种便携式USB光功率计，包括光探测器，光探测器将探测到光信号的功率转化为电流信号，然后经电流/电压转换电路后转变为电压信号，再经过电压放大电路放大后输入单片机变为数字量，通过USB接口电路将所述数字量输入到计算机，本发明的光功率计通过USB技术与计算机连接，可以将数据直接储存在计算机中，具有量程广、波长范围大的特点。
Description
技术领域
本发明属于光功率测量范围，涉及光功率计，特别涉及一种便携式USB光功率计。
背景技术
在科研工作和工业生产中，经常需要对光信号的功率进行现场探测。大多数情况下，光功率的数据随时间变化，数据量极大，因此需要在计算机中对数据进行储存和分析。然而，目前市场上的光功率计都没有直接与计算机连接的功能，不能将测得的数据存储在计算机中，需要使用者将显示在光功率计面板上的数据手动输入计算机，从而带来极大的不便。
由于没有利用计算机的相关功能，目前的光功率计往往芯片多，体积大，价格昂贵，因而对光功率计的使用带来了限制。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种便携式USB光功率计，通过USB技术与计算机连接，可以将数据直接储存在计算机中，具有量程广、波长范围大的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
便携式USB光功率计，包括光探测器1，光探测器1将探测到光信号的功率转化为电流信号，然后经电流/电压转换电路2后转变为电压信号，再经过电压放大电路3放大后输入单片机4变为数字量，通过USB接口电路5将所述数字量输入到计算机。
所述光探测器1为光电二极管。
所述电流/电压转换电路2为光电二极管下拉的电位器。
所述电压放大电路3采用运算放大器四级级联。
所述运算放大器为LM358。
所述的单片机4为STC12C5A60S2，其P1.0脚连接电压放大电路3的第一级输出，P1.1脚连接电压放大电路3的第二级输出，P1.2脚连接电压放大电路3的第三级输出，P1.3脚连接电压放大电路3的第四级输出。
所述的USB接口电路5为USB接口器件PDIUSBD12，其A0脚连接单片机4STC12C5A60S2的P3.4脚，RD_N脚连接单片机4STC12C5A60S2的P3.7脚，WR_N脚连接单片机4STC12C5A60S2的P3.6脚。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1)使用USB通讯技术，将光功率计和计算机连接，可以在计算机中对数据进行储存和处理，极大地方便了用户的使用。
2)使用USB通讯技术，在计算机中对数据进行处理，从而减少了光功率计的芯片数量，从而大大降低了成本，增加了系统的可靠性。
3)利用单片机选择不同的放大倍率，极大地扩展了光功率计的测量范围。
4)采用计算机，可以在配套软件中存入不同的电压光功率转换公式，适合不同用户的使用，扩展了系统的应用范围。使用电位器，方便使用者进行标定和调节。
5)体积小，重量轻，便于携带。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明光探测器、电流/电压转换电路、电压放大电路的连接电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行更详尽的说明。
如图1所示，本发明为便携式USB光功率计，包括光探测器1，光探测器1为光电二极管D1，光电二极管D1将探测到光信号的功率转化为电流信号，然后经电流/电压转换电路2后转变为电压信号，电流/电压转换电路2为光电二极管D1下拉的电位器RP1，再经过电压放大电路3放大后输入单片机4变为数字量，电压放大电路3采用运算放大器四级级联，然后通过USB接口电路5将所述数字量输入到计算机。
具体连接为：光电二极管D1的负极接电源，正极与电位器RP1连接，电位器RP1的另一端接地，光电二极管D1的正极通过第一电阻R1连接第一运算放大器U1的第一同相输入端，第一运算放大器U1的第一输出端ADC0通过第四电阻R4连接到第一运算放大器U1的第二同相输入端，第一运算放大器U1的第一输出端ADC0连接第二电阻R2，第二电阻R2的另一端连接第一运算放大器U1的第一反相输入端，第一运算放大器U1的第一反相输入端还通过第三电阻R3接地，第一运算放大器U1的第二输出端ADC1通过第七电阻R7连接到第二运算放大器U2的第一同相输入端，第一运算放大器U1的第二输出端ADC1连接第五电阻R5，第五电阻R5的另一端连接第一运算放大器U1的第二反相输入端，第一运算放大器U1的第二反相输入端还通过第六电阻R6接地，第二运算放大器U2的第一输出端ADC2通过第十电阻R10连接到第二运算放大器U2的第二同相输入端，第二运算放大器U2的第一输出端ADC2连接第八电阻R8，第八电阻R8的另一端连接第二运算放大器U2的第一反相输入端，第二运算放大器U2的第一反相输入端还通过第九电阻R9接地，第二运算放大器U2的第二输出端ADC3连接第十一电阻R11，第十一电阻R11的另一端连接第二运算放大器U2的第二反相输入端，第二运算放大器U2的第二反相输入端还通过第十二电阻R12接地，所述第一运算放大器U1和第二运算放大器U2都选用LM358。
单片机4选用STC12C5A60S2，其P1.0脚连接第一运算放大器U1的第一输出端ADC0，P1.1脚连接第一运算放大器U1的第二输出端ADC1，P1.2脚连接第二运算放大器U2的第一输出端ADC2，P1.3脚连接第二运算放大器U2的第二输出端ADC3，即分别连接电压放大电路3的四级输出。
所述的USB接口电路5为USB接口器件PDIUSBD12，其A0脚连接单片机4STC12C5A60S2的P3.4脚，RD_N脚连接单片机4STC12C5A60S2的P3.7脚，WR_N脚连接单片机4STC12C5A60S2的P3.6脚。
工作时，本发明直接采用USB接口电路5供给的+5V电压，无需外界电源，光电二极管D1在+5V反向电压下工作，提供与光强成正比的光电流。由于输入后续放大电路的电流可近似为0，可认为流经电位器RP1的电流与流经光电二极管D1的电流相等，从而得到输出与光强成正比的输出电压。
采用上述的运算放大器LM358四级级联后，通过调整相应的电阻值，分别将输入电压放大1倍，10倍，100倍，1000倍。
单片机STC12C5A60S2的四个模拟输入口分别接受四路输入信号，并将其转换为数字量。按照放大倍率从高到低的顺序依次扫描数字量，找出第一个小于运放饱和电压的值，除以对应的放大倍率，即得到了光探测器的输出电压。然后，单片机STC12C5A60S2与USB接口通讯，将处理后的电压值输入计算机，计算机通过配套软件中存有的电压与光功率的转换公式，计算输入的电压值，从而得到光功率值。用光滑曲线将各时间点的光功率值连接起来，可以绘制光功率随时间变化的曲线。调用计算机内存中的数据，可以把光功率数据与绘制的曲线储存起来。
Claims (5)
1.便携式USB光功率计，包括光探测器（1），其特征在于，光探测器（1）将探测到光信号的功率转化为电流信号，然后经电流/电压转换电路（2）后转变为电压信号，再经过电压放大电路（3）放大后输入单片机（4）变为数字量，通过USB接口电路（5）将所述数字量输入到计算机，所述电压放大电路（3）采用运算放大器四级级联，所述的单片机（4）为STC12C5A60S2，其P1.0脚连接电压放大电路（3）的第一级输出，P1.1脚连接电压放大电路（3）的第二级输出，P1.2脚连接电压放大电路（3）的第三级输出，P1.3脚连接电压放大电路（3）的第四级输出，单片机（4）将所述四级输出信号转换为数字量，按照放大倍率从高到低的顺序依次扫描数字量，找出第一个小于运放饱和电压的值，除以对应的放大倍率，即得到了光探测器的输出电压，然后，单片机STC12C5A60S2与USB接口通讯，将处理后的电压值输入计算机，计算机通过配套软件中存有的电压与光功率的转换公式，计算输入的电压值，从而得到光功率值。
2.根据权利要求1所述的便携式USB光功率计，其特征在于，所述光探测器（1）为光电二极管。
3.根据权利要求1所述的便携式USB光功率计，其特征在于，所述电流/电压转换电路（2）为光电二极管下拉的电位器。
4.根据权利要求1所述的便携式USB光功率计，其特征在于，所述运算放大器为LM358。
5.根据权利要求4所述的便携式USB光功率计，其特征在于，所述的USB接口电路（5）为USB接口器件PDIUSBD12，其A0脚连接单片机（4）STC12C5A60S2的P3.4脚，RD_N脚连接单片机（4）STC12C5A60S2的P3.7脚，WR_N脚连接单片机（4）STC12C5A60S2的P3.6脚。
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