基于AT89C2051的滤光片自动切换系统

　　前　言

　　在许多光学测量或仪器仪表中都要用到滤光片的切换,但目前有许多还使用人工来切换,这样各个人的反应不同势必会影响到仪器仪表的使用和工作效率。本文针对这个问题设计了一个滤光片自动切换系统,该系统结构简单、体积小、成本低,稍加改动可以方便的应用到其他系统中。

　　1　系统构成

　　像增强器是一种能把微弱的光学图像增强,转换成适合人眼观察的光学图像的真空成像器件,广泛用于安全、工业、科研、医疗、运动和旅游等领域。根据需要本系统可以分为光强检测、光强编码、控制与驱动、滤光片切换等四部分,系统框图如图1所示。本系统是针对光强变化来切换滤光片以保护紫外像增强器,依据实验我们将光强分外四个区域。光强检测电路主要是将变化的光信号转换成电信号,再经过光强编码电路编码为相应的二值信号,单片机AT89C2051根据编码值来驱动步进电机转动而实现切换滤光片[1]。图1中驱动器为ULN2003,M为步进电机。

　　1.1　光强检测与编码电路

　　图2为光检测与编码电路。采用硅光电池来检测光强,硅光电池的开路输出电压比较小而且具有非线性特性,在高强度光照下会出现饱和现象,因此不能对该信号进行直接放大;而硅光电池的短路特性随着光照强度是线性变化的,因此将检测光电池的短路电流信号并对此进行放大,转换为0～5VDC供编码使用(图2中Ocell表示检测到的短路电流被温度补偿、放大且已转换成电压信号)。

　　硅光电池的输出电压与参考电压进行比较就可以实现所需的光强编码,该编码送单片机的P3口。采用可以输出精密电压基准的芯片MAX6035AAUR30以确保参考电压的精确性(输出最小电压2.994 V,输出最大电压3.006 V),MAX6035具有专有的温度系数曲率校正电路和光刻薄膜电阻,具有25×10-12/°C(最大值)的低温度系数和±0.2%的初始精度(最大值),足以满足系统的要求。

　　1.2　控制与驱动电路

　　AT89C2051是一个有着2 kB可编程EPROM、128 B RAM、15根I/O线的高性能微控制器,与MCS-51的指令和引脚兼容。本系统采用AT89C2051控制驱动步进电机转动的时序。步进　　电机的转动,即滤光片的切换主要是根据光的照度大小来控制。同时采用Texas Instruments的ULN2003来驱动步进电机[1,2]。ULN2003由7个硅NPN达林顿晶体管阵列组成,在5 V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据;高耐压,工作电流大,灌电流可达500 mA,并且能够在关态时承受50V的电压,输出还可以在高负载电流并行运行[2]。