基于可调式模拟激光脉冲的激光告警器在线检测仪

检测仪电路

　　本文所设计的告警器检测仪控制电路如图3所示。控制电路的核心为8位Atmel AVR单片机ATmega16[3]，具有内部资源丰富、速度快、价格低廉和稳定性高的特点，非常适合于便携式控制设备。图中，IC2为SPI接口12bit串行数模转换器LTC1456，可直接与ATmega16的SPI接口连接，简化了软硬件设计。LD1和LD2分别是输出波长为1.06mm和 1.54mm[4]的激光二极管，作为检测仪的模拟光源，由步进电机M1和M2驱动，运行在图2所示的导轨上。为了实现激光管输出功率的可调，必须对其电流进行控制，故设计了由IC2、运放IC3、场效应管Q和电阻R4构成数控电流源[5]。其工作原理为：单片机根据所需设定的激光输出功率对IC2写入控制字后，VOUT端随即输出相应电压;运放工作时同、反相输入端“虚短”，这一作用必然令Q的源极输出一个电流值，使R4上的电压与IC3同相输入端电压相等，从而实现了电流的数字控制。场效应管栅极电流为零，其源、漏极电流相等，故控制精度高，避免了采用双极型晶体管时控制精度受到基极分流影响的问题。 R4采用温度系数小的精密线绕电阻，减小了温度对电流控制精度的影响，同时具有较强的抗过载能力。由于两种激光管的输出功率——电流曲线不同，故切换激光管时也必须“通知”单片机，以保持正确的电流控制规律，因此设计了S1_1和S1_2构成的联动开关，单片机通过检测PD4上的逻辑电平来判断当前与Q相接的激光管，以调整控制系数。LTC1456具有异步清零端，这就为激光的调制提供了方便：通过设定单片机的定时器中断，使其溢出频率2倍于欲设定的调制频率，对IC2交替进行写入和清零即可。



　　DR1和DR2是2相步进电机驱动器。步进电机运行的步数等于驱动器控制端P接收到脉冲数，而D端是方向控制端;故可控制激光管运行至图2所示半球面上的任意一点。由于步进电机转子的惯性，起步时的输入到P端的脉冲频率不能太高，以防电机失步而使定位控制出现误差。如上文分析，方位角和俯仰角的调节已经足够精细，故不需对步进电机进行细分驱动，节约了成本。

　　根据用户要求，该检测仪应能与PC机进行通信，以实现更强的数据处理与操作功能，为此设计了以IC4 MAX232为核心的电平转换器，该芯片在5V工作电压下可产生-10V的负压输出，从而与PC机的RS-232串口实现电平兼容，数据和命令字得以传输。

　　在不具备PC的条件下，检测仪通过一个3×3键盘实现功能操作。其工作原理如下：单片机上电后将PB0~PB2配置为低电平，而将PD5~PD7配置为高电平(AVR单片机I/O口为推挽输出，强上拉)，此时3输入与门IC5的输出为高电平。当有按键按下时，IC5输入端出现低电平，故输出下降沿，使INT0中断;进入中断服务程序后，首先将PB0~PB2配置为弱上拉输入模式，然后将PD5置低，接着读取PB0~PB2的逻辑电平。由于单片机内部上拉电阻(数十KW) 远大于R1~R3(2KW)，因此若K3、K6或K9按下，则必然能在PB0、PB1或PB2读到逻辑0，从而判断出所按下的键号。若未发现 PB0~PB2上有低电平，则说明被按下的键不在此列，恢复PD5的高电平，依次置低PD6和PD7，重复上述过程，直至找到所按下的键。

　　LCD 1602液晶用于显示菜单、操作提示和检测结果。

　　结语

　　激光告警器是一种重要的现代武器装备，本文提出的可调式模拟激光脉冲技术通过控制光源在半球面上的位置、发光功率、波长和调制频率等参数实现了对告警器性能参数的测试。基于该技术研制的激光告警器在线检测仪，具有机械结构紧凑、电路成熟可靠、控制精确、使用方便和功能完善的特点，较传统方法大大提高了效率。

　　参考文献：

　　[1] 张洁. 激光告警设备的组成和工作原理[J]. 航天电子对抗, 2002(2): 42-46

　　[2] 张锦. 国外激光威胁告警器发展现状及评价[J]. 红外与激光, 2008(4): 307-314

　　[3] 马潮. AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践[M]. 北京：北京航空航天大学出版社, 2007

　　[4] 葛强胜, 葛强林, 龚赤坤. 车载激光告警器灵敏度技术指标分析[J]. 兵工学报, 2005.26(4): 473-476

　　[5] 马场清太郎(著)，何希才(译). 运算放大器应用电路设计[M]. 北京：科学出版社，2007