专利名称：光电液晶测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可用于可见光、近红外光测量的光电液晶测量仪。属于传感器技术和实验技术领域。
背景技术：
光电传感器是将光信号转换成电信号的一种器件，可用于检测直接由光强度变化引起的非电量，如光强、光照度等，光电传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，它的物理基础是光电效应，在现代测量与控制系统中的应用非常广泛。光电液晶测量仪，是利用光电传感器得到光电信号，通过采样和处理电路，将光电信号经模/数转换后输入MCU (微控制器)，经MCU处理和驱动后显示输出。光电液晶测量仪是面向高等院校、职业技术学校等教学科研单位进行物理、自动化等相应专业的课程教学和科研的重要设备之一。随教学的发展，高校的实验教学不仅要求实验设备能够提供原理性演示性的实验项目，同时也要求能进行进一步量化的创新性实验，培养学生创新的思维和动手能力，另一方面要求实验设备要贴近社会生产实践，为社会培养应用性人才和工程技术人员，而现有的传感器实验多只能提供原理性和演示性的传感器特性的实验项目，尚不能对得到的测量数据作更进一步的处理。还没有能同时进行可见光和近红处光的光强、光电特性测量和实验研究的实验仪器。
发明内容本实用新型针对现有实验仪器所存在的缺点，提出一种宽光谱测量范围的、能将光电传感器的光电信号经采样和MCU处理、最后液晶显示输出的光电液晶测量仪，能满足高等院校等教学科研单位光电实验的教学要求。本实用新型由光电液晶测量仪主机和光学暗筒组成，光学暗筒内设置有光电集成电路和可更换的光源及可轴向调整距离的光源支架，光电液晶测量仪主机内具有信号采样和处理电路、MCU芯片和驱动电路，面板上设置有LCD液晶屏、三个调节按键、传感器电源输出端和光电源输出端及光电传感器的信号输入口。从光电传感器得到的光电信号，通过采样和处理电路，信号经模/数转换后输入MCU，再经MCU计算和处理后显示输出。本光电液晶测量仪的光学暗筒内的光电集成电路采用高灵敏度的光电集成芯片 0PT301，能进行可见光和近红外光的光照和光电特性测量。它内含光电二极管和一个精密 FET输入运放的器件，它性能稳定，光谱范围宽，从而使得传感器的输出电流和输入光的光照度是准确的线性关系，而该传感器的工作电压范围宽，暗电流小，耗电省。它有一个入射光接收窗口，以便其内的光电二极管接收入射的可见光和近红外光光谱，光电二极管工作在零偏压，具有很低的漏电流，其光响应的波长范围300nm llOOnm。在光电液晶测量仪主机内采用了 MC9S08AW32型号的MCU进行信号的处理和计算， 采用了 LM308进行信号积分，通过MAX1107进行信号的A/D模数转换，SJA1000进行信号控制和通讯，并经HT1612驱动后液晶显示输出。光电液晶测量仪的MCU的采用的MC9S08AW32是美国飞思卡尔半导体公司的。它具有20MHz内部总线频率，32KB芯片在线可编程的FLASH存储器，2KB芯片随机存取数据存储器(RAM)，同时具有内部时钟发生器，低压检测、高性能的模/数转换器，串行通信模块等功能。显示驱动器采用是台湾HOLTEK公司推出的1 段(32X4)内置存储器的多功能驱动器HT1621，它可以驱动多段IXD字符。HT1621可以构成IXD显示模块和显示系统，与微控制器的通信仅需要3 4根，它内嵌入256KHz的振荡器，具有省电命令，可有效地减少了系统的功耗。本实用新型的光学暗筒是一段圆柱形封闭的铝筒，筒中左侧固定有光电集成芯片 0PT301，暗筒中有可更换的光源，可分别选用普通钨丝直流电灯和高功率红外发光管。光源安装在一根可沿暗筒轴向移动的圆柱形金属杆上，在金属杆上标有精确的刻度。光学暗筒的左右两端都是经螺纹连接并进行密闭的，旋开后可以方便地更换不同的光源和进行后期的维护。光学暗筒一端的光电传感器信号通过屏蔽连接导线将光电信号引入测量仪主机电路，另一端是装有直流电灯的可沿暗筒中心轴作定向移动的圆柱形金属杆，上面标有刻度，可以调节并读取光源与光电传感器元件的距离，改变它们之间的相对照度。本光电液晶测量仪的可更换光源是采用无频闪的直流电灯作为可见光发光光源， 从而得到更为稳定的光强，采用OD系列大功率红外发光管作为红外光发光光源，可通过更换来做红外光的实验，工作时照明光路是置与暗筒中进行的，消除了杂散光对实验的影响。学生通过本光电液晶测量仪可掌握光电传感器的工作原理和基本特性，掌握光电传感器的检测原理和方法。可测量光电传感器的可见光的光照特性和光电特性曲线。同时也可完成光电传感器的红外光的光照特性和光电特性曲线。通过光源与光电传感器间距离的调节，可完成光强与距离的关系曲线。

图1是光电液晶测量仪主机，其中1是光电液晶测量仪主机，3是三个调节按键，4 是液晶屏，5是电源指示，6是电压调节旋钮，7是传感器电源输出端，8是光电源调节旋钮，9 是光电源输出端，10是外接输出口，11是光电传感器的信号输入口。图2是光学暗筒，其中2是光学暗筒，12是光电传感器，13是光源，14是固定底座， 15是圆柱形轴向刻度尺，16是光源接线端，17是光电传感器电源接线端，18是光电传感器信号输出端。图3是0PT301的内部电路图图4是光电传感器的信号输出电路图5是液晶显示系统电路
具体实施方式
光电液晶测量仪主机1的传感器电源输出7与光学暗筒2中光电传感器电源接线端17通过导线相接，并由电压调节旋钮6进行控制，输入光电传感器所需电源。主机1上
4的电源输出端9与光学暗筒中的光源接线端16通过导线相接，并由光电源调节旋钮8进行控制，输入发光光源所需电源。光学暗筒中的光电传感器信号输出端18输出的光电传感器信号，通过屏蔽导线输入到光电液晶测量仪主机1中的光电传感器信号输入口 11。光电液晶测量仪的光电集成芯片采用0PT301，MCU采用MC9S08AW32，积分电路采用LM308，模/数转换器采用MAXl 107，0PT301的1脚接正电源，3脚接负电源，8脚接地，电源与地之间分别接有滤波电容Cl和C2，0ΡΤ301的8脚接地，4、5脚间接有一电阻R1，其5 脚输出的光电信号通过电阻R2耦合连接到积分电路放大器LM308的输入端2脚，LM308的电源与地之间分别接有滤波电容C6、C3，其3脚接地，1、8脚间接有一电容C4，其输出端6脚连接MAX1107的2脚输入端，在LM308的输出端与输入端之间并联连接有积分电阻R3、R4 和电容C5。MAXl 107的1、8脚接入+5V电源，3、4脚接地。微控制器MC9S08AW32的PTCO PTC2端口分别接液晶驱动芯片HT1621的片选信号端口(CS)、“写”信号控制端口(WR)和数据信号端口(DATA)，并分别接上拉电阻到高电平 (Vcc)。“读”信号控制端口 (RD)通过上拉电阻接到高电平(Vcc)。MC9S08AW32的PTEO PTE7端口接按键模块，PTC3端口接NPN晶体管，以控制背光板。液晶驱动芯片HT1621的 COMO COM3端口分别与LCD的COMl COM4端口相连；SEGO SEG31端口分别与LCD的 SEGl SEG32端口相连。当LCD的显示段码数少于128(32X4)时，将HT1621剩余的驱动端口置空。微控制器MC9S08AW32通过三个端口即PTCO PTC2分别与HT1621 &“CS”、“WR” 和“DATA”相连，实现对液晶驱动芯片“写”命令和数据的控制。“CS”是HT1621的片选信号端口，当“CS”为低电平和作为输入时，“读/写” HT1621的数据和命令有效。“读/写”数据和“写”命令通过“DATA”进行。“WR”是写时钟输入端口，当“WR”信号为上升沿时，端口 “DATA”上的数据地址和命令被写入HT1621上相应的RAM区。
权利要求1.一种光电液晶测量仪，其特征是由光电液晶测量仪主机⑴和光学暗筒⑵组成， 光学暗筒⑵内设置有光电集成电路(12)和可更换的光源(13)及可轴向调整距离的光源支架(15)，光电液晶测量仪主机(1)内具有信号采样和处理电路、MCU芯片和驱动电路，面板上设置有LCD液晶屏G)、三个调节按键(3)、传感器电源输出端(7)和光电源输出端(9) 及光电传感器的信号输入口(11)。
2.根据权利要求1所述的光电液晶测量仪，其特征是其光学暗筒O)内的光电集成电路采用的光电集成芯片为0PT301，光学暗筒(2)是一段圆柱形封闭的铝筒，筒中左侧固定有光电集成芯片0PT301，暗筒中有可更换的光源，光源安装在一根可沿暗筒轴向移动的圆柱形金属杆上，在金属杆上标有精确的刻度。
3.根据权利要求1所述的光电液晶测量仪，其特征是在光电液晶测量仪主机(1)内采用了 MC9S08AW32型号的MCU进行信号的处理和计算，采用了 LM308进行信号积分，通过 MAXl 107进行信号的A/D模数转换，SJA1000进行信号控制和通讯，并经HT1612驱动后液晶显示输出。
4.根据权利要求1所述的光电液晶测量仪，其特征是其可更换的光源是采用无频闪的直流电灯作为可见光发光光源，采用OD系列大功率红外发光管作为红外光发光光源
5.根据权利要求1所述的光电液晶测量仪，其特征是光电液晶测量仪主机(1)的传感器电源输出端⑵与光学暗筒(2)中的光电传感器电源接线端(17)通过导线相接，并由电压调节旋钮(6)进行控制，主机(1)上的光电源输出端(9)与光学暗筒中的光源接线端 (16)通过导线相接，并由光电源调节旋钮⑶进行控制。
6.根据权利要求1或2所述的光电液晶测量仪，其特征是光学暗筒O)的左右两端都是经螺纹连接并进行密闭的。
专利摘要一种光电液晶测量仪，包含光电液晶测量仪主机和光学暗筒，光学暗筒内含有光电集成电路和可更换的光源及可轴向调整距离的光源支架，光电液晶测量仪主机内包括信号的采样和处理电路、MCU(微控制器)和稳定的电源，以及液晶显示的电流和光照度输出，面板上有传感器和光源的电源输出端和传感器的信号输入口。从光电传感器得到的光电信号，通过采样和处理电路，信号经模/数转换后输入MCU，经MCU处理和驱动后显示输出。本光电液晶测量仪能进行可见光和近红外光的光照特性和光电特性测量，适合于高等及大中专院校的物理、自动化等相关课程的教学实验和科研。该仪器结构合理，实验测量结果准确，数据稳定，利于应用和推广。
文档编号G01J1/08GK202195880SQ20112032285
公开日2012年4月18日 申请日期2011年8月30日 优先权日2011年8月30日
发明者曾宪垠, 汪建 申请人:四川农业大学, 汪建