【摘要】：為解決傳統(tǒng)紫外光能量計(jì)所存在的功耗大、成本高、精度低以及設(shè)計(jì)復(fù)雜等問題,提出一種基于雙補(bǔ)償機(jī)制的電流積分型低功耗紫外能量檢測方案。該方案利用低功耗單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對紫外光能量的計(jì)算;紫外光電探測器輸出的電流通過電流積分模塊轉(zhuǎn)換為方波脈沖;放電補(bǔ)償電路和環(huán)境光補(bǔ)償電路對電流積分模塊進(jìn)行誤差校正,提高檢測精度;主控制器對脈沖數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),計(jì)算能量大小;充分利用低功耗模式優(yōu)化顯示程序,顯示程序不使用芯片驅(qū)動,而是采用微處理器直接驅(qū)動,使顯示程序的功耗進(jìn)一步降低。實(shí)驗(yàn)證明:該方案功耗不超過165μW,對紫外光能量值的檢測誤差小于1%,電路復(fù)雜度低,使用芯片成本低,具有很強(qiáng)的續(xù)航能力和很高的實(shí)用價值。
【圖文】：

）＋ｋＣＥ。（２）當(dāng)ＵＣ＞Ｕｔｈ（Ｕｔｈ為施密特觸發(fā)器閾值）時，施密特觸發(fā)器輸出反轉(zhuǎn)，使得單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器收到上升沿觸發(fā)信號，從而輸出一個固定時長的高電平脈沖，同時啟動放電回路，放電脈沖過后，電容再次進(jìn)入充電狀態(tài)，如此反復(fù)。由（２）式可知，當(dāng)ＵＣ和Ｕ（０）固定時，電容每次從初始態(tài)充電至Ｕｔｈ所接收光能量Ｅ相同，因此通過統(tǒng)計(jì)充電的次數(shù)即可計(jì)算出ＵＶ能量的數(shù)值。３能量檢測實(shí)現(xiàn)方案３．１系統(tǒng)結(jié)構(gòu)低功耗ＵＶ能量檢測系統(tǒng)的原理如圖１所示，主要由ＵＶ光電探測器、電流積分模塊、補(bǔ)償電路、低功耗單片機(jī)（ＭＳＰ４３０，ＴＩ，美國）［１２］、段碼液晶（ＬＣＤ）和驅(qū)動電路組成。ＵＶ光電探測器輸出的電流信號經(jīng)電流積分模塊轉(zhuǎn)換為脈寬與電流信號強(qiáng)度成正比的脈沖信號，補(bǔ)償電路則用于對轉(zhuǎn)換過程的誤差進(jìn)行補(bǔ)償。低功耗ＭＳＰ４３０單片機(jī)通過對接收到的脈沖信號進(jìn)行分析，可以計(jì)算出接收到的ＵＶ能量，，并通過段碼ＬＣＤ將結(jié)果顯示出來。圖１系統(tǒng)原理框圖Ｆｉｇ．１Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ３．２電流積分模塊電流積分模塊整體電路如圖２所示，ＵＶ光電二極管Ｄ２輸出電流給電容Ｃ１充電，使Ａ點(diǎn)電壓逐漸上升，當(dāng)ＵＡ＞Ｕｔｈ時，Ｂ點(diǎn)由低電平變?yōu)楦唠娖�，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，使其在Ｃ點(diǎn)輸出固定時間（此時間由Ｒ３、Ｃ３設(shè)置）的高電平觸發(fā)信號啟動放電回路，電容放電后電路恢復(fù)為初始狀態(tài)，繼續(xù)充電。由于電流大小決定電容充電速度，所以電流的大小與輸出脈沖的周期有對應(yīng)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)電流積分。１０１２０２－２

，（８）式中Ｐａｃｔ為光電二極管接收到的總光功率，Ｐｓｉｇ為被測ＵＶ功率，Ｐｅｎｖ為環(huán)境中的干擾光功率。同時ＵＶ光電二極管自身的暗電流也會附加到輸出中，即：Ｉ２＝Ｉｐｈ＋Ｉｄ＝ｋＰａｃｔ＋Ｉｄ，（９）式中Ｉ２為光電二極管的輸出電流，Ｉｐｈ為光生電流，Ｉｄ為暗電流。所以環(huán)境光補(bǔ)償電路可用于排除此類因素對精度的影響。環(huán)境光補(bǔ)償電路如圖２中虛線框（ｂ）所示，Ｄ１只接收環(huán)境光，與三極管構(gòu)成鏡像電流源，其等效電路如圖４所示，其值為Ｉ１＝ｋＰｅｎｖ＋Ｉｄ，（１０）式中Ｉ１為Ｄ１的輸出電流，Ｄ２為ＵＶ檢測入口，輸出電流為Ｉ２＝ｋＰｓｉｇ＋ｋＰｅｎｖ＋Ｉｄ，（１１）則增加該補(bǔ)償后最終輸出電流和紫外光功率成線性關(guān)系，即最終輸出電流為Ｉｏｕｔ＝Ｉ２－Ｉ１＝ｋＰｓｉｇ。（１２）圖４環(huán)境光消除等效電路Ｆｉｇ．４Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｏｆａｍｂｉｅｎｔｌｉｇｈｔｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ３．５段碼ＬＣＤ驅(qū)動電路設(shè)計(jì)檢測結(jié)果使用６位８字段碼ＬＣＤ顯示。為進(jìn)一步降低顯示功耗，設(shè)計(jì)了由單片機(jī)直接驅(qū)動段碼ＬＣＤ的電路，而不使用通用的段碼ＬＣＤ驅(qū)動芯片［１３］。整體驅(qū)動電路如圖５（ａ）所示，驅(qū)動方式采用１／４復(fù)用，１／３偏壓。但單片機(jī)單個輸入輸出（ＩＯ）口無法輸出４種電壓，因此采用兩個ＩＯ口串聯(lián)１，２ＭΩ電阻分壓來共同實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)原理如圖５（ｂ）所示。ＩＯ１、ＩＯ２取值為００、０１、１０、１１分別對應(yīng)０、１／
【作者單位】： 蘇州科技大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)智能交互及應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所;中國白城兵器試驗(yàn)中心;
【基金】：江蘇省建設(shè)系統(tǒng)科技項(xiàng)目(2016ZD87) 江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃(KYZZ16_0480) 蘇州市科技發(fā)展計(jì)劃(重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)(SZS201609) 蘇州科技大學(xué)研究生創(chuàng)新項(xiàng)目(SKCX16_043)
【分類號】：TN23

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本文編號：2532282