CN205176575U - 一种嵌入式光电信号处理与控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种嵌入式光电信号处理与控制系统，包括六象限光电信号采集电路，所述六象限光电信号采集电路连接有信号调理电路，信号调理电路连接有模数转换电路，模数转换电路与主控电路连接，主控电路连接有驱动结构；所述六象限光电信号采集电路、主控电路和驱动结构均与电源连接。本实用新型能同时处理多路信号，将模拟信号转换为高精度数字信号，从而能完成对移动物体的高精度测量与控制，适合于工业高精度测量与控制，使工业测量与控制精度达到微纳米级别，同时，系统稳定性好，抗电磁干扰能力强，具有工业级的高可靠性能、无死机现象，对于突发事件的响应速度更快，具有安装简单，运行稳定，效率高，成本低，易于维护与升级等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种控制板，尤其涉及一种嵌入式光电信号处理与控制系统。
背景技术
光电信号处理与控制系统是光栅线位移传感器系统的核心，而光栅线位移传感器是精密制造行业和精密测量仪器的关键元器件。我国现在的光电信号处理与控制系统存在着控制精度差，抗电磁干扰能力弱，系统稳定性差，通用性不强，技术含量较低，与产品的升级与维护能力较弱等缺点。因此，需要开展新式的光电信号处理与控制系统的开发，探索具有高精度的光电信号处理与控制系统。
实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型提供了一种嵌入式光电信号处理与控制系统。本实用新型能同时处理多路信号，将模拟信号转换为高精度数字信号，从而能完成对移动物体的高精度测量与控制，适合于工业高精度测量与控制，使工业测量与控制精度达到微纳米级别，同时，系统稳定性好，抗电磁干扰能力强，具有工业级的高可靠性能、无死机现象，对于突发事件的响应速度更快，同时，具有安装简单，运行稳定，效率高，成本低，易于维护与升级等特点。
为达到上述技术效果，本实用新型的技术方案是：
一种嵌入式光电信号处理与控制系统，包括六象限光电信号采集电路，所述六象限光电信号采集电路连接有信号调理电路，信号调理电路连接有模数转换电路，模数转换电路与主控电路连接，主控电路连接有驱动结构；所述六象限光电信号采集电路、主控电路和驱动结构均与电源连接。
进一步的改进，所述六象限光电信号采集电路包括六象限光电探测器；所述六象限光电探测器包括四象限光电探测器，四象限光电探测器的上方和下方分别连接有一个二极管；六象限光电探测器中的六个二极管分别连接有一个模拟信号放大电路，所述模拟信号放大电路包括运算放大器，运算放大器为AD795芯片；模拟信号放大电路连接有光电转化电路。
进一步的改进，所述信号调理电路包括滤波电路和ADA4610-2双通道放大器，滤波电路包括巴尔沃基滤波器和切贝雪夫滤波器。
进一步的改进，所述模数转换电路包括16位的AD7606-6模数转换芯片。
进一步的改进，所述主控电路为STM32主控电路，STM32主控电路包括STM32F103RCT主控芯片，STM32F103RCT主控芯片连接有晶振电路、复位电路、驱动结构、JTAG接口和显示装置。
进一步的改进，所述显示装置包括液晶显示器，液晶显示器连接有辅助电路。
进一步的改进，所述电源包括±5V电压输出、3.3V电压输出和与微处理器连接的滤波电容；所述±5V电压输出为MAX660电压调整器，所述3.3V电压输出为进行电压转换的AS1117-3.3芯片。
进一步的改进，所述驱动结构包括串口驱动和PWM波驱动；驱动结构连接有LED灯。
本实用新型的特点以及有益效果：能同时处理多路信号，将模拟信号转换为高精度数字信号，从而能完成对移动物体的高精度测量与控制，适合于工业高精度测量与控制，使工业测量与控制精度达到微纳米级别，同时，系统稳定性好，抗电磁干扰能力强，具有工业级的高可靠性能、无死机现象，对于突发事件的响应速度更快，同时，具有安装简单，运行稳定，效率高，成本低，易于维护与升级等特点;系统不仅可对光信号实施全天候自动监测，而且其测量与控制精度达到微纳米级，可以满足对高精度工业控制的要求。
附图说明
图1为本实用新型的结构原理图；
图2为主控芯片结构的原理图；
图3A为BOOT选择电路的原理图；
图3B为晶振电路的原理图；
图3C为复位电路的原理图；
图3D为JYAY下载接口的电路原理图；
图4为模拟信号放大电路的原理图；
图5为光电转化电路的原理图；
图6为信号调理电路的原理图
图7为模数转换电路的原理图；
图8为驱动结构的原理图；
图9A为+5V转-5V电源转换电路的结构原理图；
图9B为-5V转+3.3V电源转换电路结构原理图；
图9C为+5V输入电源结构原理图；
图9D为AD7606电源滤波电路原理图；
图9E为主控电路的滤波电源电路原理图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的一种嵌入式光电信号处理与控制系统，包括六象限光电信号采集电路，包括六象限光电信号采集电路，所述六象限光电信号采集电路连接信号调理电路，信号调理电路连接模数转换电路，模数转换电路与主控电路连接，主控电路连接驱动结构；所述六象限光电信号采集电路、主控电路和驱动结构均与电源连接。本实用新型由六象限光电信号采集电路对测量光电信号进行采集、放大，进而将信号输入信号调理电路及模数转换电路，完成对模拟信号的滤波、二值化，之后将高精度数字信号输入STM32主控电路，进而通过驱动结构完成对测量系统姿态的调整与对测量结果的显示；
六象限光电信号采集电路包括由两个光电二极管与一个四象限光电探测器组成的六象限光电探测器、以及以AD795运算放大器为主的模拟信号放大电路，如图4所示；六象限光电探测器中的六个二极管分别连接模拟信号放大电路。其中，六象限光电探测器将测量光信号转化成为微弱的电信号，同时，以AD795运算放大器为主的模拟信号放大电路将弱电信号放大到满足后续电路（光电转化电路等）处理所需的电信号强度；继而将放大之后的电信号输入信号调理电路。如图5所示，光电转化电路中，SIGN1、SIGN2、SIGN3、SIGN4、SIGN5和SIGN6分别连接一个模拟信号放大电路。
如图6所示，所述信号调理电路包括低通巴尔沃基滤波器与高通切贝雪夫滤波器相结合的滤波电路，由于探测器产生的电信号夹杂着大量的环境杂波、系统本身热噪声等，对于系统的模数转换电路模数转换与STM32主控电路的精密控制影响较大，因而本系统选用以高精度、零温漂的双通道的ADA4610-2为主的组合滤波电路，将系统中无用杂波除去，将滤波之后的模拟电信号输入模数转换电路。
如图7所示，模数转换电路选用6通道DAS、内置16位、双极性输入、同步采样的高精度模数转换芯片AD7606-6（购自ADI公司），它具有±10V、±5V真双极性模拟输入范围，在本实用新型中，选用±5V作为模拟输入范围；其为5V单模拟电源，具有1MΩ模拟输入阻抗的输入缓冲器、二阶抗混叠模拟滤波器；在本例中AD7606为并行接口输出的，其中DB0~DB15与STM32主控电路PC0~PC15相连接，其中模拟输入V1~V6与信号调理电路相连，其中AD7606的CONVSTA、CONVSTB、RESET、RD、BUSY接入STM32主控电路。
如图2所示，所述STM32主控电路以STM32F103RCT为主控芯片（购自意法半导体公司），结合晶振电路（图3B所示）、复位电路（图3C所示）、驱动电路、BOOT选择电路（图3A所示）、JIAY下载接口（图3D所示）、S110液晶驱动电路和显示装置等组成的，其中本例中，STM32F103RCT主控芯片以ARM32位的Cortex-M3为内核，其最高可在工作在72MHz，具有128k字节的闪存程序存储器，高达20k字节的SRAM，具有时钟、复位、电源管理等功能，同时，功耗低，满足对于一些便携式设备的要求；
如图8所示，所述驱动结构即可以满足STM32主控电路通过串口对整个控制系统进行调节，也可以通过外接跳线对所需控制的结构进行PWM波输出，也可以将反馈信号通过驱动机构返回主控电路，对整个控制形成一种闭环反馈控制的效果，同时，在输出线路上安装了LED灯，当电路正常工作时，LED灯会处于发光的状态，这样能清晰的反应电路是否正常工作，减少人工排查的驱动结构出错的难度；
如图9A、图9B、图9C、图9D、图9E所示，电源是电路系统正常稳定工作的基础和保障，电源电路的可靠性直接决定了整个电路设计的成败。本系统中的每个组成模块需要不同的供电电压，因此电源模块需要提供多种不同的电压输出。考虑到各组成模块之间的干扰和隔离问题，系统中的有些模块还需要单独供电。本系统中的六象限光电探测器与信号调理电路采用±5V直流供电，如图9C、图9D和图9E所示。STM32主控电路和模数转换电路供电电压是3.3V。所以整个系统需要±5V和3.3V两种电压输出。电源输出的5V电压直接由蓄电池或220V交流电供电。输出-5V电压输出采用电压调整器MAX660，固定输出电压-5V，输入电压+5V（如图9A所示）。3.3V电压输出采用AS1117-3.3V芯片进行电压转换，固定输出电压3.3V，输入电压5V（如图9B所示）。
上述嵌入式光电信号处理与控制系统的使用方法为：由六象限光电信号采集电路对测量光电信号进行采集、放大，进而将信号输入信号调理电路及模数转换电路，完成对模拟信号的滤波、二值化，之后将高精度数字信号输入STM32主控电路，进而通过驱动结构完成对测量系统姿态的调整与对测量结果的显示；它能同时处理多路信号，将模拟信号转换为高精度数字信号，从而能完成对移动物体的高精度测量与控制，适合于工业高精度测量与控制，使工业测量与控制精度达到微纳米级别，同时，系统稳定性好，抗电磁干扰能力强，具有工业级的高可靠性能、无死机现象，对于突发事件的响应速度更快，同时，具有安装简单，运行稳定，效率高，成本低，易于维护与升级等特点。系统不仅可对光信号实施全天候自动监测，而且其测量与控制精度达到微纳米级，可以满足对高精度工业控制的要求。
以上实例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (8)
1.一种嵌入式光电信号处理与控制系统，其特征在于，包括六象限光电信号采集电路，所述六象限光电信号采集电路连接有信号调理电路，信号调理电路连接有模数转换电路，模数转换电路与主控电路连接，主控电路连接有驱动结构；所述六象限光电信号采集电路、主控电路和驱动结构均与电源连接。
2.如权利要求1所述的嵌入式光电信号处理与控制系统，其特征在于，所述六象限光电信号采集电路包括六象限光电探测器；所述六象限光电探测器包括四象限光电探测器，四象限光电探测器的上方和下方分别连接有一个二极管；六象限光电探测器中的六个二极管分别连接有一个模拟信号放大电路，所述模拟信号放大电路包括运算放大器，运算放大器为AD795芯片；模拟信号放大电路连接有光电转化电路。
3.如权利要求1所述的嵌入式光电信号处理与控制系统，其特征在于，所述信号调理电路包括滤波电路和ADA4610-2双通道放大器，滤波电路包括巴尔沃基滤波器和切贝雪夫滤波器。
4.如权利要求1所述的嵌入式光电信号处理与控制系统，其特征在于，所述模数转换电路包括16位的AD7606-6模数转换芯片。
5.如权利要求1所述的嵌入式光电信号处理与控制系统，其特征在于，所述主控电路为STM32主控电路，STM32主控电路包括STM32F103RCT主控芯片，STM32F103RCT主控芯片连接有晶振电路、复位电路、驱动结构、JTAG接口和显示装置。
6.如权利要求5所述的嵌入式光电信号处理与控制系统，其特征在于，所述显示装置包括液晶显示器，液晶显示器连接有辅助电路。
7.如权利要求1所述的嵌入式光电信号处理与控制系统，其特征在于，所述电源包括±5V电压输出、3.3V电压输出和与微处理器连接的滤波电容；所述±5V电压输出为MAX660电压调整器，所述3.3V电压输出为进行电压转换的AS1117-3.3芯片。
8.如权利要求1所述的嵌入式光电信号处理与控制系统，其特征在于，所述驱动结构包括串口驱动和PWM波驱动；驱动结构连接有LED灯。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN105425676A (zh) * | 2015-12-11 | 2016-03-23 | 浙江师范大学 | 一种嵌入式光电信号处理与控制系统及其使用方法 |
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2015
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