基于激光雷达门控控制系统的设计

　　前言

　　激光雷达能够对大气中的气溶胶、二氧化碳、臭氧、水气等进行高时空分辨率、实时、大范围地测量，因此越来越受到环保和气象部门的重视。目前，用于气象要素和环境污染检测的激光雷达技术发展很快。激光雷达必定会在大气参数和环境污染检测方面扮演重要的角色。要使激光雷达的测量范围尽可能的大,必须控制好雷达光电倍增管(PMT)门控的开关门时间，以满足各种测量的要求.如果能很好地解决这些问题将会极大地推动激光雷达的应用和推广。

　　单片机在很多领域都有广泛的应用，其性价比很高,特别适合于激光雷达门控控制系统的要求。我们利用单片机很好地实现了激光雷达光电倍增管门控开关门的控制，并通过上位机编程实现了软件控制门控,操作极为方便,使激光雷达的发展更加趋向于自动化。

　　1.控制方案设计

　　激光雷达接收的后向散射回波信号通过 PMT接收，由于近地面的回波信号很强，而 PMT是非常灵敏的器件，如果直接用激光器的出光信号 QSWITCH信号触发 PMT接收回波就会对PMT造成损害。

　　常闭型 PMT的 GATE端是上升沿触发开门，所以我们将 QSWITCH信号延时整形后得到一个正脉冲，脉冲的前沿触发 PMT开门，脉冲的宽度就是 PMT开门的时间。

　　常开型 PMT的 GATE端是下降沿触发关门，所以我们先将激光器的氙灯信号 FlashLAMP延时一段时间，得到一个正脉冲，脉冲的前沿调节在QSWITCH信号之前，这个时候 PMT就关门了，直到脉冲的后沿才触发 PMT开门，在这之后 PMT就一直开门。

　　通过单片机控制单稳态触发器的延时时间，并用上位机进行软件控制，实现了精确延时，调节非常方便。

　　本系统以单片机为核心,按照规定的协议,上位机通过串口给单片机发送相应的指令,单片机再调节单稳态触发器中的数字电位器的值,从而输出相应的延时脉冲到光电倍增管门控,实现开门或者关门。系统功能框图如图1：

　　2.系统硬件设计

　　本系统采用 AT89S52单片机作为控制核心，控制系统主要包括数字电位器、光电耦合器、单稳态触发器、信号放大整形电路、以及串口通信电路等部件。

　　2.1 单片机

　　AT89S52是一个低功耗，高性能 CMOS 8位单片机，片内含 8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000次的 Flash只读程序存储器， 256 bytes的随机存取数据存储器( RAM)，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及51系列单片机引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。