激光雷達門控控制系統(tǒng)的設計

前言
激光雷達能夠對大氣中的氣溶膠、二氧化碳、臭氧、水氣等進行高時空分辨率、實時、大范圍地測量，因此越來越受到環(huán)保和氣象部門的重視。目前，用于氣象要素和環(huán)境污染檢測的激光雷達技術發(fā)展很快。激光雷達必定會在大氣參數(shù)和環(huán)境污染檢測方面扮演重要的角色。要使激光雷達的測量范圍盡可能的大,必須控制好雷達光電倍增管（PMT）門控的開關門時間，以滿足各種測量的要求.如果能很好地解決這些問題將會極大地推動激光雷達的應用和推廣。
單片機在很多領域都有廣泛的應用，其性價比很高,特別適合于激光雷達門控控制系統(tǒng)的要求。我們利用單片機很好地實現(xiàn)了激光雷達光電倍增管門控開關門的控制，并通過上位機編程實現(xiàn)了軟件控制門控,操作極為方便,使激光雷達的發(fā)展更加趨向于自動化。
1．控制方案設計
激光雷達接收的后向散射回波信號通過 PMT接收，由于近地面的回波信號很強，而 PMT是非常靈敏的器件，如果直接用激光器的出光信號 QSWITCH信號觸發(fā) PMT接收回波就會對PMT造成損害。
常閉型 PMT的 GATE端是上升沿觸發(fā)開門，所以我們將 QSWITCH信號延時整形后得到一個正脈沖，脈沖的前沿觸發(fā) PMT開門，脈沖的寬度就是 PMT開門的時間。
常開型 PMT的 GATE端是下降沿觸發(fā)關門，所以我們先將激光器的氙燈信號 FLASHLAMP延時一段時間，得到一個正脈沖，脈沖的前沿調節(jié)在QSWITCH信號之前，這個時候 PMT就關門了，直到脈沖的后沿才觸發(fā) PMT開門，在這之后 PMT就一直開門。
通過單片機控制單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的延時時間，并用上位機進行軟件控制，實現(xiàn)了精確延時，調節(jié)非常方便。
本系統(tǒng)以單片機為核心,按照規(guī)定的協(xié)議,上位機通過串口給單片機發(fā)送相應的指令,單片機再調節(jié)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中的數(shù)字電位器的值,從而輸出相應的延時脈沖到光電倍增管門控,實現(xiàn)開門或者關門。系統(tǒng)功能框圖如圖1：

2．系統(tǒng)硬件設計本系統(tǒng)采用 AT89S52單片機作為控制核心，控制系統(tǒng)主要包括數(shù)字電位器、光電耦合器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、信號放大整形電路、以及串口通信電路等部件。
2.1 單片機
AT89S52是一個低功耗，高性能 CMOS 8位單片機，片內含 8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫 1000次的 Flash只讀程序存儲器， 256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及51系列單片機引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元,可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。