基于单片机技术的光电检测研究
摘要：随着光学技术、微电子技术、激光技术、材料技术和半导体技术的快速发展，光电技术的发展在此基础上得到了极大的推动，使得光电技术得到了人们的广泛关注和认可。

特别是在军事上得到了很好的应用。

比如反激光制导武器系统和激光雷达都是利用光电技术。

同时，在一些特殊行业，例如在零件检测、精密制造、精密测量、光纤通信等生产技术中，对光电技术的应用有很大程度的依赖。

并且由于光电技术的应用，他们的工作效率大大提高。

然而，在目前的发展形势下，当前的光电技术仍然是一项相对前沿的技术。

现有的一些光电产品原理非常复杂，对生产加工工艺要求非常严格，所以光电技术的成本一直比较高，普通消费水平的用户无法接受。

关键词：光电检测；单片机；脉冲信号；多路控制；
在当前经济发展形势下，光电检测技术已经广泛应用于精密制造和高技术武器行业。

提出了一种基于单片机技术的激光检测方法。

主要采用单片机对激光脉冲信号进行调制和控制。

在此基础上，结合单片机和光电检测的相关技术，设计了一种检测电路，实现了利用激光携带信号进行多通道控制的方法和途径。

一、基本的原理
光电控制系统的基本原理是利用光电检测技术和单片机技术的结合。

在该系统中，电源由单片机控制，从而形成一系列有序的功率脉冲(输入用户的基本信息)，用于控制半导体激光器，从而发射一系列携带用户信息的激光脉冲波(信号波)。

在光电系统的检测下，信号波被转换成电脉冲波(此时电脉冲波信号微弱，受外界因素干扰，不能直接施加此时的信号)。

然后，前置放大器电路放大电脉冲波并去除噪声，此时的信号可以通过单片机的驱动来使用、解码和鉴别。

通过这些过程，单片机可以产生启动控制设备的信号。

二、单片机和光电检测
1.单片机。

单片机是集成电路芯片。

在使用超大规模集成电路(VLSI)技术的
基础上，将CPU、RAM、ROM等具有数据处理能力的功能集中在一个微型硅片上，
形成一个小规模但功能齐全的微型计算机系统。

目前，单片机技术已经广泛应用
于工业控制和自动化控制领域。

在智能仪器、通信设备、导航系统等领域。

，各
种产品都会在使用单片机的基础上得到升级产品的功能。

2.光电检测。

光电检测技术是一项重要的光电信息技术，主要基于激光、红
外线、光纤等器件。

光电探测器对被测物体进行光照射后，接收光辐射并将其转
换成电信号，通过输入电路、放大、滤波等过程获得有效信息，再通过A/D转换
接口输入计算机运算过程，最终显示出相关的待测物理参数。

光电检测技术包括
光电转换技术、光学信息采集技术、光电处理技术等。

它在检测各种数据量的过
程中具有以下特点:(1)精度高。

在众多测量技术中，光电检测技术是最精确的技
术之一。

比如用激光干涉法检测长度，可以获得0.05um/m的精度；利用激光测
距法，地球与其他行星的距离可以精确到1m。

(2)速度快。

光电检测技术利用光
作为检测介质，光是一种快速运动的物质，所以利用光进行检测的速度是最快的。

(3)非接触测量。

当光与被检测物体接触时，没有摩擦力，因此可以进行动态测
量过程，其非接触测量已经成为众多检测方法中最高效的一种。

三、关键的技术
1.编码技术/激光调制技术。

激光调制一般是调制激光的频率或振幅。

该方
法采用的技术是将编码技术与激光调制技术相结合进行综合编译。

这里选用A
T89C51作为控制模块，应用广泛，具有稳定性好、性价比高等突出优点。

因此，
它成为该系统中单片机的首选。

具体的编码调制过程如下:首先在单片机中设置。

当检测到一组二进制码时，通电40 μ s，如果为“0”，断电40μs，然后规定
当检测到这组二进制码时，循环执行。

这样，这个电脉冲就形成了周期脉冲。

当
用户输入的数字为1998时，其二进制代码为11111001110。

然后单片机控制发出
如图1所示的脉冲信号定时控制信号。

考虑到接收端也使用单片机，还有一个通
信协议。

这样的话，一般都是低水平的。

发射时，先发射四组10μs信号。

直到
这个信号被发送，控制信号才会被发送。

图1脉冲信号时序
1.
光电检测设备的选择。

目前光电检测技术中常用的一些光电检测器件有光电
倍增管、雪崩二极管、光电二极管、光电晶体管、PIN二极管、光敏电阻、光敏
电池和CCD阵列等。

光电二极管是最理想的选择，其光谱响应范围可以满足该系
统的需要。

它具有线性度好、施加电压小、暗电流小、体积小、最稳定、价格低、输出电流和光敏面积小等优点。

因此，选择光电二极管作为该系统的光电检测装置，连接检测电器时应注意光电二极管在反向偏置状态下的正常工作。

3.检测电路的频率特性分析。

当给定输入光照度时要在负载上取到最大功率
输出时,要求满足RL=Rb和g<
4.噪声处理及前置放大电路设计。

光电检测电路的关键部分在于前置放大电
路的设计和噪声处理。

实际光电检测电路中存在各种外部干扰和内部噪声。

外部
干扰包括随机波动和额外的光调制、光传输介质的末端流动和背景波动杂散光的
入射，以及检测电路遭受的电磁干扰。

这些干扰可以通过稳定辐射源、去除杂散
光和选择偏振器来解决。

内部噪声主要由检测电路中的一些半导体器件引起。

这
些噪声主要是热噪声的形式，可以通过电容耦合消除。

因此，为了减少外部干扰，采用单片机控制半导体激光器，产生有序的激光脉冲信号，大大降低了外部干扰
对系统的影响。

为了降低内部热噪声的影响并提高放大器输出端的信噪比，选择
了无噪声偏置放大器电路，如图2所示。

图2前置放大电路
应选择C2的大小，以使其电抗在最低工作效率下小于铷，从而使镭和铷产
生的热噪声可以通过C2旁路接地。

这样，只有Rd产生少量噪声。

为了便于计算
和确定电阻和电容元件的一些具体参数，对该电路进行了微变量等效分析。

一般
等效处理是指各种器件等效为相同形式的均方值(或有效值)电流源。

5.信号的判断和处理以及控制信号的产生。

这部分信号经过放大整形后送到
单片机进行处理，单片机产生控制信号，可以实现不同器件的同步控制。

为了测
试该技术的可行性，我们设计开发了一种性能稳定、操作方便的激光密码报警系统。

实践证明，这种方法是非常可行的。

总之，该系统具有原理简单、系统稳定、价格低廉、操作简单等优点，被更
多的用户所接受。

如果对接收部分进行改造，安装光电轴或镜头，增加接收面积，就可以在近中范围内进行灵活快速的通信和控制。

它智能化程度高，在单片机中
通过改变程序可以执行更多的其他控制，具有很大的发展前景。

参考文献：
[1]胡玲.单片机技术的光电检测研究.2019.
[2]朱道平.浅谈基于单片机技术的光电检测研究.2020.。