基于ms320l247a的光控光电系统的研究.docxVIP

基于ms320l247a的光控光电系统的研究 0 对光照的闭环控制 随着空间科学、自动化和国防等领域的发展，人们对光源控制的实时性和精度提出了越来越高的要求，需要严格控制和控制明亮的光源。实验结果发现仅仅通过光能的计算不能获得许多参数(例如,光源的发光特性,系统的损失系数等)较准确的数值。由于背景光等杂散光的影响使得对光源的控制必须同时考虑电子学和光学两方面的设计。目前较常用的调光方法有PWM调节和连续的电流调节2种。与连续的电流调节相比,PWM调节方法可以更好地获得较精确的光照度和更大的光照度的调节范围。本文利用美国TI公司推出的TMS320LF2407A、积分球和照度传感器等实现了对光源的闭环控制, 得到了稳定的较高精度的光信号。它以TMS320LF2407A芯片为核心,充分利用芯片高速运算能力实时性强、性能稳定等特点,构建了一个面向电源控制的数字平台,为今后全数字化电源控制的进一步研究打基础。 1 调光原理 1.1 功率p的影响 从图1中可以看出,在光源的光参数(光通量Φ,光效η)和电参数(光源电压V,电流I,功率P,电阻R)之间有着密切的关系。例如,对某一型号的灯,当灯的工作电压升高时,就会导致灯的工作电流I和功率P增大,灯丝工作温度升高,发光效率q和光通量Φ增加,而灯寿命H缩短。所以,控制灯的电压实现对光通量Φ的控制,也就达到了调光的目的。 1.2 续流二级管d过压保护 图2为PWM控制基本原理图,该电路将输入的直流电压转换成脉冲电压,再将脉冲电压经LC滤波转换成直流电压。UI输入电压为直流电压;晶体管T为调整管,即开关管;UB为矩形波,控制开关管的工作状态;电感L和电容C组成滤波电路,D为续流二级管。 当基极电位UB为高电平时,T饱和导通,续流二级管D因承受反压而截止,电感L存储能量,电容C充电;发射极电位UE=UI-UCES≈UI,UCES为晶体管饱和管压降。当UB为低电平时,T截止,此时虽然发射极电流为零,但是L释放能量,其感生电动势使续流二级管D导通;与此同时C放电,负载电流方向不变,发射极电位UE=-UD。UD为二极管两端电压。在UB的一个周期T内,Ton为调整管导通时间,Toff为调整管的截止时间,占空比q=Ton/T。输出电压的平均值Uo为 Uo=TonT(UI?UCES)+ToffT(?UD)≈TonTUIUo=ΤonΤ(UΙ-UCES)+ΤoffΤ(-UD)≈ΤonΤUΙ 可以写为UO≈qUI,改变占空比q,即可以改变输出电压的大小。 2 光镜反射系统 光学系统主要由椭圆反光镜、碘钨灯、灯座、汇聚透镜组、光纤、积分球等组成。光源发出的光经过椭圆反光镜反射,经过汇聚透镜组使光汇聚成一定的角度,灯光进入积分球后变得均匀。积分球采用4P结构,进光孔P1,出光孔P2、P3和P4。进光孔和出光孔的尺寸一致且安装相同规格和相同长度的光纤。出光孔P2接照度传感器,出光孔P3接照度计,用于系统标定。从出光孔P4出来的光照到观测目标上(见图3)。 3 高频电压脉冲电源注 图4是测试系统组成的示意图,主机发出照度 指令,由RS-232接口电路传递给DSP,DSP根据照度指令(通过查表,由软件编程实现)发出相应的PWM信号控制功率级电路的基极,调节输出电压的平均值,经过滤波电路将高频电压脉冲信号转变成直流电压。灯发出的光经过光学系统后进入到积分球内,在积分球内均匀化后由出孔射出。照度传感器接收来自积分球的光束,并将其转化为电压信号,经TMS320LF2407A内部的A/D转换模块转变成数字信号后进行处理,这样实现了光源的闭环控制。硬件连接如图5所示。 4 实验结果及讨论 在系统调试过程中,以12V 50 W碘钨灯作为光源,利用照度计在积分球的出光孔P3检测,实验结果记录如表1。 由于A/D转换和照度传感器精度的影响,照度计的标定值稍大于设定值,但最大误差小于0.2%,达到了系统要求的指标。 5 结论 本文介绍的光源自动控制系统充分利用了DSP的实时处理能力和积分球的均光特性,直接检测输出光照度,极大地提高了控制系统的精度。