一种嵌入式光电信号处理与控制系统及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种控制板，尤其涉及一种嵌入式光电信号处理与控制系统及其使用方法。
【背景技术】
[0002]光电信号处理与控制系统是光栅线位移传感器系统的核心，而光栅线位移传感器是精密制造行业和精密测量仪器的关键元器件。我国现在的光电信号处理与控制系统存在着控制精度差，抗电磁干扰能力弱，系统稳定性差，通用性不强，技术含量较低，与产品的升级与维护能力较弱等缺点。因此，需要开展新式的光电信号处理与控制系统的开发，探索具有高精度的光电信号处理与控制系统。
【发明内容】
[0003]为解决上述问题，本发明提供了一种嵌入式光电信号处理与控制系统及其使用方法。本发明能同时处理多路信号，将模拟信号转换为高精度数字信号，从而能完成对移动物体的高精度测量与控制，适合于工业高精度测量与控制，使工业测量与控制精度达到微纳米级别，同时，系统稳定性好，抗电磁干扰能力强，具有工业级的高可靠性能、无死机现象，对于突发事件的响应速度更快，同时，具有安装简单，运行稳定，效率高，成本低，易于维护与升级等特点。
[0004]为达到上述技术效果，本发明的技术方案是:
一种嵌入式光电信号处理与控制系统，包括六象限光电信号采集电路，所述六象限光电信号采集电路连接有信号调理电路，信号调理电路连接有模数转换电路，模数转换电路与主控电路连接，主控电路连接有驱动结构;所述六象限光电信号采集电路、主控电路和驱动结构均与电源连接。
[0005]进一步的改进，所述六象限光电信号采集电路包括六象限光电探测器;所述六象限光电探测器包括四象限光电探测器，四象限光电探测器的上方和下方分别连接有一个二极管;六象限光电探测器中的六个二极管分别连接有一个模拟信号放大电路，所述模拟信号放大电路包括运算放大器，运算放大器为AD795芯片;模拟信号放大电路连接有光电转化电路。
[0006]进一步的改进，所述信号调理电路包括滤波电路和ADA4610-2双通道放大器，滤波电路包括巴尔沃基滤波器和切贝雪夫滤波器。
[0007]进一步的改进，所述模数转换电路包括16位的AD7606-6模数转换芯片。
[0008]进一步的改进，所述主控电路为STM32主控电路，STM32主控电路包括STM32F103RCT主控芯片，STM32F103RCT主控芯片连接有晶振电路、复位电路、驱动结构、JTAG接口和显示装置。
[0009]进一步的改进，所述显示装置包括液晶显示器，液晶显示器连接有辅助电路。
[0010]进一步的改进，所述电源包括±5V电压输出、3.3V电压输出和与微处理器连接的滤波电容;所述±5V电压输出为MAX660电压调整器，所述3.3V电压输出为进行电压转换的AS1117-3.3 芯片。
[0011 ] 进一步的改进，所述驱动结构包括串口驱动和PWM波驱动;驱动结构连接有LED灯。
[0012]一种嵌入式光电信号处理与控制系统的使用方法，包括如下步骤:六象限光电信号采集电路将采集得到光信号转化为电信号，并将电信号进行放大，生成模拟信号，信号调理电路对模拟信号进行滤波，然后模数转换电路将模拟信号进行二值化生成数字信号，模数转换电路将数字信号输入主控电路，主控电路根据数字信号通过驱动结构调整测量系统的姿态，并将测量系统的测量结果显示在显示装置上。
[0013]进一步的改进，主控电路通过驱动结构的串口驱动或HVM波驱动控制测量系统的姿态。
[0014]本发明的特点以及有益效果:能同时处理多路信号，将模拟信号转换为高精度数字信号，从而能完成对移动物体的高精度测量与控制，适合于工业高精度测量与控制，使工业测量与控制精度达到微纳米级别，同时，系统稳定性好，抗电磁干扰能力强，具有工业级的高可靠性能、无死机现象，对于突发事件的响应速度更快，同时，具有安装简单，运行稳定，效率高，成本低，易于维护与升级等特点；系统不仅可对光信号实施全天候自动监测，而且其测量与控制精度达到微纳米级，可以满足对高精度工业控制的要求。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的结构原理图；
图2为主控芯片结构的原理图；
图3A为BOOT选择电路的原理图；
图3B为晶振电路的原理图；
图3C为复位电路的原理图；
图3D为JYAY下载接口的电路原理图；
图4为模拟信号放大电路的原理图；
图5为光电转化电路的原理图；
图6为信号调理电路的原理图图7为模数转换电路的原理图；
图8为驱动结构的原理图；
图9A为+5V转-5V电源转换电路的结构原理图；
图9B为-5V转+3.3V电源转换电路结构原理图；
图9C为+5V输入电源结构原理图；
图9D为AD7606电源滤波电路原理图；
图9E为主控电路的滤波电源电路原理图。
【具体实施方式】
[0016]实施例1
如图1所示的一种嵌入式光电信号处理与控制系统，包括六象限光电信号采集电路，包括六象限光电信号采集电路，所述六象限光电信号采集电路连接信号调理电路，信号调理电路连接模数转换电路，模数转换电路与主控电路连接，主控电路连接驱动结构;所述六象限光电信号采集电路、主控电路和驱动结构均与电源连接。本发明由六象限光电信号采集电路对测量光电信号进行采集、放大，进而将信号输入信号调理电路及模数转换电路，完成对模拟信号的滤波、二值化，之后将高精度数字信号输入STM32主控电路，进而通过驱动结构完成对测量系统姿态的调整与对测量结果的显示；
六象限光电信号米集电路包括由两个光电二极管与一个四象限光电探测器组成的六象限光电探测器、以及以AD795运算放大器为主的模拟信号放大电路，如图4所示;六象限光电探测器中的六个二极管分别连接模拟信号放大电路。其中，六象限光电探测器将测量光信号转化成为微弱的电信号，同时，以AD795运算放大器为主的模拟信号放大电路将弱电信号放大到满足后续电路(光电转化电路等)处理所需的电信号强度;继而将放大之后的电信号输入信号调理电路。如图5所示，光电转化电路中，SIGN1、SIGN2、SIGN3、SIGN4、SIGN5和SIGN6分别连接一个模拟信号放大电路。
[0017]如图6所示，所述信号调理电路包括低通巴尔沃基滤波器与高通切贝雪夫滤波器相结合的滤波电路，由于探测器产生的电信号夹杂着大量的环境杂波、系统本身热噪声等，对于系统的模数转换电路模数转换与STM32主控电路的精密控制影响较大，因而本系统选用以高精度、零温漂的双通道的ADA4610-2为主的组合滤波电路，将系统中无用杂波除去，将滤波之后的模拟电信号输入模数转换电路。
[0018]如图7所示，模数转换电路选用6通道DAS、内置16位、双极性输入、同步采样的高精度模数转换芯片AD7606-6(购自ADI公司)，它具有± 10V、土5V真双极性模拟输入范围，在本发明中，选用± 5V作为模拟输入范