[发明专利]一种全数字光纤传感测试系统

说明书

本发明公开了一种全数字光纤传感测试系统。其系统结构包括：电源管理单元，采用5V直流电源为系统供电。MCU电学控制单元，它采用的是16位RL78系列MCU作为主控制器。红外数字光电传感单元，用于感知周围环境的光电数据。光电数据显示单元，用于显示光电数据。数据存储单元，用于系统各个参数的存储以及光电数据的存储。继电器单元，用于完成光电数据的阈值动作。实时光电数据WIFI网传单元，用于把各类数据实时显示在其他终端上。人机交互单元，用于完成系统参数的设定以相关参数的显示。

技术领域

本发明可用于特殊环境(如强电磁干扰)下的非接触物体检测，以及颜色识别等场合，其属于红外光电传感以及物联网技术领域。

背景技术

光纤传感技术是外界待测量调制经光纤传输的光源发出的光，引起光的特性变化(如强度，相位，频率等)，被调制后的光经光纤传输至接收端经光电探测器及解调器解调出外界待测量的一种传感技术。而传统的传感系统的传感部分采用对射式和反射式结构，电路部分一般采用分立的模拟电路进行光发射管驱动，器件分散性较大切结构复杂等诸多缺点。

本设计是将光发射管驱动，光电转化，A/D转化输出部分进行集成化设计，通过MCU与该芯片进行特定的数字接口通信读取光电转换数据进行数字信号处理，这样就可以结合集成电路如参数一致性好，功耗低，尺寸小，稳定性提升等诸多优点，而红外数字传感芯片就具有上述优点，克服传统分立式电路结构的诸多缺点，以及笔者结合物联网技术，实现了小型化以及智能化的全数字光纤传感测试系统。

发明内容

本发明在一些传统基于强度调制的光纤传感系统的基础上，利用红外数字光电传感芯片设计出全数字化的光纤传感测试系统。全数字化的光纤传感测试系统的方案如下：该系统以MCU为主控单元，采用红外接近传感器作为红外LED驱动以及光电转换输出单元，RTC芯片以及数据存储器EEPROM进行时间读取及光电数据的实时存储，WIFI透传模块实现光电数据的网传，按键及LCD显示单元完成人机交互等功能。实验结果表明该系统可用于特殊环境下非接触物体检测。全数字化的光纤传感测试系统硬件结构如下：主要由电源管理单元、MCU电学控制单元、红外数字光电传感单元、光电数据显示单元、数据存储单元、继电器单元、实时光电数据WIFI网传单元、人机交互单元构成的。

进一步所述：电源管理单元,本系统采用5V直流电源为系统供电。5V电源接入继电器驱动电源引脚及ULN2803引脚，然后选用两片三端稳压芯片LM1117-3.3V分别供给LCD1602及ESP8266。

进一步，所述MCU电学控制单元，控制单元选用R5F104LEA，其体积小，功耗低、且片上资源极其丰富，支持IIC通信，UART通信，具有A/D转换器、定时器、片上按键中断功能，内置了高速片上振荡器时钟，当然了也可以外接晶振电路充当系统时钟，本系统采用外部晶振为18.432MHz。

进一步，所述红外数字光电传感单元，此单元的核心芯片是ISL29021,此芯片是一款内置红外LED驱动及支持IIC接口以及红外传感器。

进一步，所述光电数据显示单元，整个系统数据显示部件是五位一体共阴数码管以及LCD液晶显示器。数码管驱动芯片采用的是BC7275，它可支持SPI接口通信，并带有片选功能。四路该单元的CLK、MOSI线均接入主控单元的SPI串行输入时钟端，SPI口数据输出端，主控单元用四根片选线分别接入四片驱动芯片的片选端，芯片的其余引脚接入其对应的五位共阴数码管的段选和位选端。LCD选用3.3V工作电压的LCD1602器件，其数据线以控制先可直接接在主控芯片的I/O口上。

进一步，所述数据存储单元，该单元选用了AT24C02、AT24C08及RX8025芯片，AT24C02存储继电器阈值或者其他系统参数，RX存储或者读取时间值，AT24C08记录光电数据及采集时间。三者芯片管脚都可接入主控单元的IICA接口。