專利名稱：光電液晶測量儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種可用于可見光、近紅外光測量的光電液晶測量儀。屬于傳感器技術和實驗技術領域。
背景技術：
光電傳感器是將光信號轉換成電信號的一種器件，可用于檢測直接由光強度變化引起的非電量，如光強、光照度等，光電傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點，它的物理基礎是光電效應，在現(xiàn)代測量與控制系統(tǒng)中的應用非常廣泛。光電液晶測量儀，是利用光電傳感器得到光電信號，通過采樣和處理電路，將光電信號經(jīng)模/數(shù)轉換后輸入MCU (微控制器)，經(jīng)MCU處理和驅動后顯示輸出。光電液晶測量儀是面向高等院校、職業(yè)技術學校等教學科研單位進行物理、自動化等相應專業(yè)的課程教學和科研的重要設備之一。隨教學的發(fā)展，高校的實驗教學不僅要求實驗設備能夠提供原理性演示性的實驗項目，同時也要求能進行進一步量化的創(chuàng)新性實驗，培養(yǎng)學生創(chuàng)新的思維和動手能力，另一方面要求實驗設備要貼近社會生產(chǎn)實踐，為社會培養(yǎng)應用性人才和工程技術人員，而現(xiàn)有的傳感器實驗多只能提供原理性和演示性的傳感器特性的實驗項目，尚不能對得到的測量數(shù)據(jù)作更進一步的處理。還沒有能同時進行可見光和近紅處光的光強、光電特性測量和實驗研究的實驗儀器。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有實驗儀器所存在的缺點，提出一種寬光譜測量范圍的、能將光電傳感器的光電信號經(jīng)采樣和MCU處理、最后液晶顯示輸出的光電液晶測量儀，能滿足高等院校等教學科研單位光電實驗的教學要求。本實用新型由光電液晶測量儀主機和光學暗筒組成，光學暗筒內(nèi)設置有光電集成電路和可更換的光源及可軸向調整距離的光源支架，光電液晶測量儀主機內(nèi)具有信號采樣和處理電路、MCU芯片和驅動電路，面板上設置有LCD液晶屏、三個調節(jié)按鍵、傳感器電源輸出端和光電源輸出端及光電傳感器的信號輸入口。從光電傳感器得到的光電信號，通過采樣和處理電路，信號經(jīng)模/數(shù)轉換后輸入MCU，再經(jīng)MCU計算和處理后顯示輸出。本光電液晶測量儀的光學暗筒內(nèi)的光電集成電路采用高靈敏度的光電集成芯片 0PT301，能進行可見光和近紅外光的光照和光電特性測量。它內(nèi)含光電二極管和一個精密 FET輸入運放的器件，它性能穩(wěn)定，光譜范圍寬，從而使得傳感器的輸出電流和輸入光的光照度是準確的線性關系，而該傳感器的工作電壓范圍寬，暗電流小，耗電省。它有一個入射光接收窗口，以便其內(nèi)的光電二極管接收入射的可見光和近紅外光光譜，光電二極管工作在零偏壓，具有很低的漏電流，其光響應的波長范圍300nm llOOnm。在光電液晶測量儀主機內(nèi)采用了 MC9S08AW32型號的MCU進行信號的處理和計算， 采用了 LM308進行信號積分，通過MAX1107進行信號的A/D模數(shù)轉換，SJA1000進行信號控制和通訊，并經(jīng)HT1612驅動后液晶顯示輸出。光電液晶測量儀的MCU的采用的MC9S08AW32是美國飛思卡爾半導體公司的。它具有20MHz內(nèi)部總線頻率，32KB芯片在線可編程的FLASH存儲器，2KB芯片隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，同時具有內(nèi)部時鐘發(fā)生器，低壓檢測、高性能的模/數(shù)轉換器，串行通信模塊等功能。顯示驅動器采用是臺灣HOLTEK公司推出的1 段(32X4)內(nèi)置存儲器的多功能驅動器HT1621，它可以驅動多段IXD字符。HT1621可以構成IXD顯示模塊和顯示系統(tǒng)，與微控制器的通信僅需要3 4根，它內(nèi)嵌入256KHz的振蕩器，具有省電命令，可有效地減少了系統(tǒng)的功耗。本實用新型的光學暗筒是一段圓柱形封閉的鋁筒，筒中左側固定有光電集成芯片 0PT301，暗筒中有可更換的光源，可分別選用普通鎢絲直流電燈和高功率紅外發(fā)光管。光源安裝在一根可沿暗筒軸向移動的圓柱形金屬桿上，在金屬桿上標有精確的刻度。光學暗筒的左右兩端都是經(jīng)螺紋連接并進行密閉的，旋開后可以方便地更換不同的光源和進行后期的維護。光學暗筒一端的光電傳感器信號通過屏蔽連接導線將光電信號引入測量儀主機電路，另一端是裝有直流電燈的可沿暗筒中心軸作定向移動的圓柱形金屬桿，上面標有刻度，可以調節(jié)并讀取光源與光電傳感器元件的距離，改變它們之間的相對照度。本光電液晶測量儀的可更換光源是采用無頻閃的直流電燈作為可見光發(fā)光光源， 從而得到更為穩(wěn)定的光強，采用OD系列大功率紅外發(fā)光管作為紅外光發(fā)光光源，可通過更換來做紅外光的實驗，工作時照明光路是置與暗筒中進行的，消除了雜散光對實驗的影響。學生通過本光電液晶測量儀可掌握光電傳感器的工作原理和基本特性，掌握光電傳感器的檢測原理和方法。可測量光電傳感器的可見光的光照特性和光電特性曲線。同時也可完成光電傳感器的紅外光的光照特性和光電特性曲線。通過光源與光電傳感器間距離的調節(jié)，可完成光強與距離的關系曲線。

圖1是光電液晶測量儀主機，其中1是光電液晶測量儀主機，3是三個調節(jié)按鍵，4 是液晶屏，5是電源指示，6是電壓調節(jié)旋鈕，7是傳感器電源輸出端，8是光電源調節(jié)旋鈕，9 是光電源輸出端，10是外接輸出口，11是光電傳感器的信號輸入口。圖2是光學暗筒，其中2是光學暗筒，12是光電傳感器，13是光源，14是固定底座， 15是圓柱形軸向刻度尺，16是光源接線端，17是光電傳感器電源接線端，18是光電傳感器信號輸出端。圖3是0PT301的內(nèi)部電路圖圖4是光電傳感器的信號輸出電路圖5是液晶顯示系統(tǒng)電路
具體實施方式
光電液晶測量儀主機1的傳感器電源輸出7與光學暗筒2中光電傳感器電源接線端17通過導線相接，并由電壓調節(jié)旋鈕6進行控制，輸入光電傳感器所需電源。主機1上
4的電源輸出端9與光學暗筒中的光源接線端16通過導線相接，并由光電源調節(jié)旋鈕8進行控制，輸入發(fā)光光源所需電源。光學暗筒中的光電傳感器信號輸出端18輸出的光電傳感器信號，通過屏蔽導線輸入到光電液晶測量儀主機1中的光電傳感器信號輸入口 11。光電液晶測量儀的光電集成芯片采用0PT301，MCU采用MC9S08AW32，積分電路采用LM308，模/數(shù)轉換器采用MAXl 107，0PT301的1腳接正電源，3腳接負電源，8腳接地，電源與地之間分別接有濾波電容Cl和C2，0ΡΤ301的8腳接地，4、5腳間接有一電阻R1，其5 腳輸出的光電信號通過電阻R2耦合連接到積分電路放大器LM308的輸入端2腳，LM308的電源與地之間分別接有濾波電容C6、C3，其3腳接地，1、8腳間接有一電容C4，其輸出端6腳連接MAX1107的2腳輸入端，在LM308的輸出端與輸入端之間并聯(lián)連接有積分電阻R3、R4 和電容C5。MAXl 107的1、8腳接入+5V電源，3、4腳接地。微控制器MC9S08AW32的PTCO PTC2端口分別接液晶驅動芯片HT1621的片選信號端口(CS)、“寫”信號控制端口(WR)和數(shù)據(jù)信號端口(DATA)，并分別接上拉電阻到高電平 (Vcc)?！白x”信號控制端口 (RD)通過上拉電阻接到高電平(Vcc)。MC9S08AW32的PTEO PTE7端口接按鍵模塊，PTC3端口接NPN晶體管，以控制背光板。液晶驅動芯片HT1621的 COMO COM3端口分別與LCD的COMl COM4端口相連；SEGO SEG31端口分別與LCD的 SEGl SEG32端口相連。當LCD的顯示段碼數(shù)少于128(32X4)時，將HT1621剩余的驅動端口置空。微控制器MC9S08AW32通過三個端口即PTCO PTC2分別與HT1621 &“CS”、“WR” 和“DATA”相連，實現(xiàn)對液晶驅動芯片“寫”命令和數(shù)據(jù)的控制?！癈S”是HT1621的片選信號端口，當“CS”為低電平和作為輸入時，“讀/寫” HT1621的數(shù)據(jù)和命令有效。“讀/寫”數(shù)據(jù)和“寫”命令通過“DATA”進行。“WR”是寫時鐘輸入端口，當“WR”信號為上升沿時，端口 “DATA”上的數(shù)據(jù)地址和命令被寫入HT1621上相應的RAM區(qū)。
權利要求1.一種光電液晶測量儀，其特征是由光電液晶測量儀主機⑴和光學暗筒⑵組成， 光學暗筒⑵內(nèi)設置有光電集成電路(12)和可更換的光源(13)及可軸向調整距離的光源支架(15)，光電液晶測量儀主機(1)內(nèi)具有信號采樣和處理電路、MCU芯片和驅動電路，面板上設置有LCD液晶屏G)、三個調節(jié)按鍵(3)、傳感器電源輸出端(7)和光電源輸出端(9) 及光電傳感器的信號輸入口(11)。
2.根據(jù)權利要求1所述的光電液晶測量儀，其特征是其光學暗筒O)內(nèi)的光電集成電路采用的光電集成芯片為0PT301，光學暗筒(2)是一段圓柱形封閉的鋁筒，筒中左側固定有光電集成芯片0PT301，暗筒中有可更換的光源，光源安裝在一根可沿暗筒軸向移動的圓柱形金屬桿上，在金屬桿上標有精確的刻度。
3.根據(jù)權利要求1所述的光電液晶測量儀，其特征是在光電液晶測量儀主機(1)內(nèi)采用了 MC9S08AW32型號的MCU進行信號的處理和計算，采用了 LM308進行信號積分，通過 MAXl 107進行信號的A/D模數(shù)轉換，SJA1000進行信號控制和通訊，并經(jīng)HT1612驅動后液晶顯示輸出。
4.根據(jù)權利要求1所述的光電液晶測量儀，其特征是其可更換的光源是采用無頻閃的直流電燈作為可見光發(fā)光光源，采用OD系列大功率紅外發(fā)光管作為紅外光發(fā)光光源
5.根據(jù)權利要求1所述的光電液晶測量儀，其特征是光電液晶測量儀主機(1)的傳感器電源輸出端⑵與光學暗筒(2)中的光電傳感器電源接線端(17)通過導線相接，并由電壓調節(jié)旋鈕(6)進行控制，主機(1)上的光電源輸出端(9)與光學暗筒中的光源接線端 (16)通過導線相接，并由光電源調節(jié)旋鈕⑶進行控制。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的光電液晶測量儀，其特征是光學暗筒O)的左右兩端都是經(jīng)螺紋連接并進行密閉的。
專利摘要一種光電液晶測量儀，包含光電液晶測量儀主機和光學暗筒，光學暗筒內(nèi)含有光電集成電路和可更換的光源及可軸向調整距離的光源支架，光電液晶測量儀主機內(nèi)包括信號的采樣和處理電路、MCU(微控制器)和穩(wěn)定的電源，以及液晶顯示的電流和光照度輸出，面板上有傳感器和光源的電源輸出端和傳感器的信號輸入口。從光電傳感器得到的光電信號，通過采樣和處理電路，信號經(jīng)模/數(shù)轉換后輸入MCU，經(jīng)MCU處理和驅動后顯示輸出。本光電液晶測量儀能進行可見光和近紅外光的光照特性和光電特性測量，適合于高等及大中專院校的物理、自動化等相關課程的教學實驗和科研。該儀器結構合理，實驗測量結果準確，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，利于應用和推廣。
文檔編號G01J1/08GK202195880SQ20112032285
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月30日 優(yōu)先權日2011年8月30日
發(fā)明者曾憲垠, 汪建 申請人:四川農(nóng)業(yè)大學, 汪建