CN204759480U

CN204759480U - 分辨光干涉条纹移动方向的计数器

Info

Publication number: CN204759480U
Application number: CN201520475128.3U
Authority: CN
Inventors: 沈晓鹏; 宋思远; 王昊深; 李海鹏; 韩奎
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2025-06-30

Abstract

一种分辨光干涉条纹移动方向的计数器，属于分辨光的计数器。利用两个光敏二极管进行采光，其中一个用来计数，另一个用来与前一个比较以判断条纹移动方向，两个光敏二极管处于两个连续亮条纹之间；光敏二极管将光强信号转变成电压信号，电压信号通过电压跟随器输入到单片机，通过单片机内部的AD转换模块将得到的模拟信号转换成数字信号，然后用算法判断出明暗条纹和条纹移动方向，将数据处理后经译码送交给数码管显示；同时，单片机通过RS-232串口与计算机实时通信。优点：具有分辨干涉条纹移动方向自动计数，适应不同强度光源，与电脑通信。排除背景光的影响，抗干扰能力强。替代人工计数，自动，高效，准确的计数。

Description

分辨光干涉条纹移动方向的计数器

技术领域

本实用新型涉及一种分辨光的计数器，特别是一种分辨光干涉条纹移动方向的计数器。

背景技术

目前，针对相干光的干涉条纹进行计数普遍采用肉眼计数的方法，通过肉眼识别条纹在某一时间段内相对于一定点所移动过的数目来完成条纹的计数工作。但是，这种靠眼睛观测来记录的方法，是一件效率极低的事情，且由于视觉疲劳和视觉暂留等客观因素的制约，使得肉眼很难完成长时间的准确计数工作，给实验和测量带来人为误差。近期虽然出现了单向计数器，但是其性能较低，只能实现单向计数，适用范围较小。

发明内容

针对已有的技术问题，本实用新型的目的是要提供一种抗干扰强，结构简单，技术准确，多功能自动计数的，可分辨条纹移动方向、自适应不同光强的分辨光干涉条纹移动方向的计数器。

本实用新型的目的是这样实现的：

该分辨光干涉条纹移动方向的计数器：它包含光信号采集模块和电信号数字化处理显示模块；光信号采集模块和电信号数字化处理显示模块与辅助控制器连接；所述的信号采集模块通过光敏二极管2CU2与滑动变阻器相连，将滑动变阻器R6的滑动端连接运算放大器的正相输入端，负向输入端连接输出端，构成电压跟随器，电压跟随器的输出端连接单片机PA0和PA1实现信号输入；所述的电信号数字化处理显示模块包括信号处理和显示电路包括单片机U2、四位数码管、MAX232电平转换电路、电容和晶振，电容C5、电容C6及晶振XTAL1连接至单片机U2的XTAL1、XTAL2引脚，构成单片机U2的外部时钟电路；复位端RESET通过电阻连接高电平VCC；显示电路的四位共阳极数码管的a、b、c、d、e、f、g、dp引脚分别连接单片机U2的PC0-PC7端口；与电脑通信的MAX232电路TXD、RXD分别连接单片机U2的PD1、PD0。

所述的辅助控制器包括暂停/继续电路、清除电路、单向计数电路、双向可逆计数电路、设置电路、自动设置电路和负向指示电路；所述的暂停/继续电路由触点开关K1一端连接单片机PAU，另一端连接GND构成；所述的清除电路由触点开关K2一端连接单片机CLR，另一端连接GND构成；所述的单向计数电路由1千欧电阻R10、发光二极管Lamp1、触点开关K3串联构成，其中电阻的另一端接VCC，触点开关的另一端接GND，在Lamp1与K3间引出SIG线连接单片机输入引脚SIG；所述的双向可逆计数电路由1千欧电阻R11、发光二极管Lamp2、触点开关K4串联构成，其中电阻的另一端接VCC，触点开关的另一端接GND，在Lamp2与K4间引出REV线连接单片机输入引脚REV；所述的设置电路由1千欧电阻R12、发光二极管Lamp3、触点开关K5串联构成，其中电阻的另一端接VCC，触点开关的另一端接GND，在Lamp3与K5间引出SET线连接单片机输入引脚SET；所述的自动设置电路由1千欧电阻R13、发光二极管Lamp4、触点开关K6串联构成，其中电阻的另一端接VCC，触点开关的另一端接GND，在Lamp4与K6间引出AUTO线连接单片机输入引脚AUTO；所述的负向指示电路由1千欧电阻R14、发光二极管Lamp5构成，其中电阻的另一端接VCC，二极管的另一端接单片机输入引脚NEG。

有益效果及优点，由于采用了上述方案，本实用新型运用双光敏三极管放在两亮条纹间将光信号转换为电信号，电信号经电压跟随器后接入单片机。单片机对信号进行量化，处理将条纹变化结果显示出来。

该计数器具有分辨干涉条纹移动方向自动计数，适应不同强度光源，与电脑通信等主要功能。它能排除背景光的影响，有较强的抗干扰能力。同时既可以单向计数又可以双向计数。它能够替代人工计数，实现自动，高效，准确的计数功能。

能排除环境杂光的影响，无需人工干预，自动完成光干涉条纹的辨向计数工作，操作方便，可适应不同光强的光源，有两种计数模式(单向，双向)，适用范围广。

附图说明

图1是本实用新型的该可辨向光干涉条纹计数器的电路结构框图。

图2是本实用新型的亮度采集电路图。

图3是本实用新型的单片机、数码管的外围电路图。

图4是本实用新型的通信电路及相应的外围电路图。

图5是本实用新型的辅助控制器电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步的说明：

实施例1：该分辨光干涉条纹移动方向的计数器：包含光信号采集模块和电信号数字化处理显示模块；光信号采集模块和电信号数字化处理显示模块与辅助控制器连接；所述的信号采集模块通过光敏二极管2CU2与滑动变阻器相连，将滑动变阻器R6的滑动端连接运算放大器的正相输入端，负向输入端连接输出端，构成电压跟随器，电压跟随器的输出端连接单片机PA0和PA1实现信号输入；所述的电信号数字化处理显示模块包括信号处理和显示电路包括单片机U2、四位数码管、MAX232电平转换电路、电容和晶振，电容C5、电容C6及晶振XTAL1连接至单片机U2的XTAL1、XTAL2引脚，构成单片机U2的外部时钟电路；复位端RESET通过电阻连接高电平VCC；显示电路的四位共阳极数码管的a、b、c、d、e、f、g、dp引脚分别连接单片机U2的PC0-PC7端口；与电脑通信的MAX232电路TXD、RXD分别连接单片机U2的PD1、PD0。

图1所示，本可辨向条纹计数器通过亮度采集得到模拟信号输入单片机中，通过控制按键选择工作模式和工作状态。计数结果通过数码管显示或者经RS232与电脑通信，在电脑上显示。

图2所示，D1、D2是两个性能上完全一致的光电二极管，它们分别与可调电阻R6、R7串联后接至偏置电压VDD(3.3V)。由于光电二极管D1、D2的内阻随着光照强度的增大而减小，使得流经R6、R7的电流随着光照强度的增大而增大，这样R6、R7的分压也随着光照强度的增大而增大。由于R6、R7滑动端的输出电阻很大，直接提供给AD转换器会造成阻抗不匹配而降低转换精度，此外，输出电阻过大还会导致信号易受到干扰而使数据不稳定。因此，将R6、R7的滑动端接至运放的同相输入端，运放的输出端接至反相输入端，构成了电压跟随器，即输出电压等于输入电压。此时的输出阻抗一般只有几百欧，因此该电路起到了阻抗变换的作用。

如图3，单片机的PA0,PA1口在接收到电压变化的模拟信号后，通过内部自带的AD转换器将信号转换成数字信号，通过算法比较输入电压信号的大小和相位可以判断出明暗条纹和条纹运动方向。之后，通过四位数码管实时显示出当前移动过的条纹数目。信号处理的详细过程：如果按理论值来计算，AD输出电压信号应该成正旋曲线，但实际制作过程中我们发现：AD的输出电压信号中混合了各种干扰、噪声。

图5所示，通过触点开关可以控制电路的工作模式和工作状态。开机时默认为自动模式。按下触点开关K1计数暂停，再次按下，恢复计数。按下触点开关K2计数清零。按下触点开关K3进入单向计数模式。按下触点开关K4进入辨向计数模式。按下触点开关K5计入设置模式，通过触点开关K1、触点开关K2可以调节门限高低。按下触点开关K6进入自动模式。通过串口将本计数器连接电脑后打开随机软件即可在电脑上显示控制面板及计数情况。

所述的单片机U2型号为ATmega16。

所述的电压跟随器的运放型号为358。

所述的晶振为16MHz。

所述的四位数码管为共阳极数码管。

Claims

1.一种分辨光干涉条纹移动方向的计数器，其特征是：该计数器包含光信号采集模块和电信号数字化处理显示模块；光信号采集模块和电信号数字化处理显示模块与辅助控制器连接；所述的信号采集模块通过光敏二极管2CU2与滑动变阻器相连，将滑动变阻器R6的滑动端连接运算放大器的正相输入端，负向输入端连接输出端，构成电压跟随器，电压跟随器的输出端连接单片机PA0和PA1实现信号输入；所述的电信号数字化处理显示模块包括信号处理和显示电路包括单片机U2、四位数码管、MAX232电平转换电路、电容和晶振，电容C5、电容C6及晶振XTAL1连接至单片机U2的XTAL1、XTAL2引脚，构成单片机U2的外部时钟电路；复位端RESET通过电阻连接高电平VCC；显示电路的四位共阳极数码管的a、b、c、d、e、f、g、dp引脚分别连接单片机U2的PC0-PC7端口；与电脑通信的MAX232电路TXD、RXD分别连接单片机U2的PD1、PD0。

2.根据权利要求1所述的分辨光干涉条纹移动方向的计数器，其特征是：所述的辅助控制器包括暂停/继续电路、清除电路、单向计数电路、双向可逆计数电路、设置电路、自动设置电路和负向指示电路；所述的暂停/继续电路由触点开关K1一端连接单片机PAU，另一端连接GND构成；所述的清除电路由触点开关K2一端连接单片机CLR，另一端连接GND构成；所述的单向计数电路由1千欧电阻R10、发光二极管Lamp1、触点开关K3串联构成，其中电阻的另一端接VCC，触点开关的另一端接GND，在Lamp1与K3间引出SIG线连接单片机输入引脚SIG；所述的双向可逆计数电路由1千欧电阻R11、发光二极管Lamp2、触点开关K4串联构成，其中电阻的另一端接VCC，触点开关的另一端接GND，在Lamp2与K4间引出REV线连接单片机输入引脚REV；所述的设置电路由1千欧电阻R12、发光二极管Lamp3、触点开关K5串联构成，其中电阻的另一端接VCC，触点开关的另一端接GND，在Lamp3与K5间引出SET线连接单片机输入引脚SET；所述的自动设置电路由1千欧电阻R13、发光二极管Lamp4、触点开关K6串联构成，其中电阻的另一端接VCC，触点开关的另一端接GND，在Lamp4与K6间引出AUTO线连接单片机输入引脚AUTO；所述的负向指示电路由1千欧电阻R14、发光二极管Lamp5构成，其中电阻的另一端接VCC，二极管的另一端接单片机输入引脚NEG。