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嵌入式激光顯示手持式測量儀方案

2011年08月10日 17:50 本站整理 作者:網(wǎng)絡(luò) 用戶評論(0

  引言

  激光顯示是以紅、綠、藍(lán)(RGB)三基色激光為光源的顯示技術(shù),可以最真實(shí)地再現(xiàn)客觀世界豐富、艷麗的色彩,提供更具震撼的表現(xiàn)力。我國激光顯示研發(fā)的最終目標(biāo)是在未來的幾年內(nèi)將激光顯示技術(shù)推向產(chǎn)業(yè)化。在這樣的背景下,激光顯示系統(tǒng)的光色性能的檢測也顯得越發(fā)重要。然而,目前的各類光色性能的檢測系統(tǒng)以及各類色度照度計(jì),其測量目標(biāo)主要還是針對具有較寬光譜范圍的非相干光源,同時(shí)存在成本昂貴、檢測精度不高的缺點(diǎn)。

  本文針對顯示用激光光源波長固定的特點(diǎn),在獲得精確被測光源對應(yīng)的光電流值的情況下,只要給出被測光源的特定波長相對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換裝置的光電轉(zhuǎn)換系數(shù),就能獲得精確的被測光源的光功率分布,進(jìn)而獲得該被測光的光色性能的光通量、對比度、均勻度等參數(shù)?;谏鲜隼碚?,本文結(jié)合單片機(jī)設(shè)計(jì)了激光顯示的手持式光色性能測量系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)了激光投影系統(tǒng)的光色性能測量,成本低,精度高;由于是手持式設(shè)備,更易于攜帶,而且也適用于更多的場合。

  1 測試原理

  本測試裝置采用顏色傳感器感應(yīng)投影激光投影屏幕的光電流,此時(shí)只要得到輸出光電流與所述被測光的光功率分布的轉(zhuǎn)換系數(shù),就可以得到被測光的光功率,并由光功率通過相應(yīng)的公式計(jì)算出相應(yīng)激光投影的光色性能參數(shù)。

  測量時(shí),轉(zhuǎn)換系數(shù)是在光色性能測量之前事先被確定的,并被記錄在一個(gè)表格中。方法是利用光功率計(jì)測量出被測激光的光功率,再用該激光照射光電轉(zhuǎn)換裝置,讀出該光電轉(zhuǎn)換裝置的輸出數(shù)字電壓值;接著,基于已知的波長位置光的光功率分布,就能計(jì)算出各個(gè)波長位置的光所對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換裝置的輸出光電流與各波長位置的光功率分布之間的轉(zhuǎn)換系數(shù)。限于篇幅,這里只列出被測光的光功率分布計(jì)算公式:

  

 

  在對激光顯示的光色性能進(jìn)行測量的過程中,根據(jù)被測光的特定波長,通過查找該表格,即可以選擇對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換系數(shù)。

  2 測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

  如圖1所示,本測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)為九個(gè)單元,下面將對九個(gè)單元分別做出介紹。

  

嵌入式激光顯示手持式測量儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

 

  中央處理單元U1是整個(gè)測試系統(tǒng)的核心,其芯片的選擇將影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能。經(jīng)過比較,ATmega128單片機(jī)具有先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu),133條指令,大多數(shù)可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成;具有128 KB在線可重復(fù)編程FLASH,4 KB E2PROM以及4 KB的內(nèi)部SRAM;32×8位通用工作寄存器;全靜態(tài)工作,工作于16 MHz時(shí),性能高達(dá)16 MIPS。綜上所述,考慮到ATmage128功能強(qiáng)、成本低、速度快、接口多的特點(diǎn),選擇其作為中央處理單元U1,來輸出光電轉(zhuǎn)換裝置的控制信號(hào)和讀取該光電轉(zhuǎn)換裝置U4輸出的被測光所對應(yīng)的各光電流值,并根據(jù)光電流值及該光電轉(zhuǎn)換裝置的光電轉(zhuǎn)換系數(shù)計(jì)算光色性能的各測試參數(shù)和將參數(shù)結(jié)果送到顯示單元。

  數(shù)據(jù)傳送單元U2采用RS 232,以將ATmega128中的數(shù)據(jù)傳送至PC;由于AVR的USART本身并不是標(biāo)準(zhǔn)的RS 232C接口,因此,在電路上還需做一定的轉(zhuǎn)換才能與PC機(jī)通信,主要應(yīng)解決兩個(gè)問題:其一是AVR的USART本身只配了TXD,RXD兩根信號(hào)線;其二是AVR的USART本身的輸出是TTL/CMOS兼容的電平,采用的是正邏輯。

  因此,利用MAX232為電平轉(zhuǎn)換芯片來設(shè)計(jì)電平邏輯轉(zhuǎn)換電路與PC機(jī)通信。

  程序下載接口U3采用ISP來用于ATmega128程序的下載。由于采用了ISP技術(shù),所以,在用器件實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能時(shí),省去了專門的編程設(shè)備對器件進(jìn)行單獨(dú)編程的環(huán)節(jié),從而簡化了設(shè)計(jì)過程。而且在利用ISP技術(shù)進(jìn)行功能修改時(shí),能夠在不從系統(tǒng)中取下器件的情況下直接對芯片進(jìn)行重新編程,因而設(shè)計(jì)調(diào)整驗(yàn)證十分方便,可及時(shí)處理那些設(shè)計(jì)過程中無法預(yù)料的邏輯變動(dòng),可大大縮短系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試周期。

  光電轉(zhuǎn)換裝置U4用于獲得被測光在測試點(diǎn)對應(yīng)的光電流值。它采用圓筒狀結(jié)構(gòu),圓筒頂部設(shè)置有漫光片(漫光片的作用是對探頭的光譜匹配進(jìn)行修正),數(shù)字光敏芯片S9706設(shè)置在圓筒底部。由于S9706是高性能多波段感光芯片,可自動(dòng)完成A/D轉(zhuǎn)換,且最大可測光照度可調(diào),因此,整個(gè)過程可得到簡化。圖2為光電轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)圖。

  

光電轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)圖

 

  顯示單元U5選用NOKIA 5110點(diǎn)陣LCD,體積小,采用串口與單片機(jī)通信,串口速率高達(dá)4 b/s。

  供電單元U6為U1,U2,U4,U5,U7供電,它可將鋰電池3.7 V電壓轉(zhuǎn)換到3.3 V的工作電壓。

  U7為外部時(shí)鐘晶振??紤]到ATmega128內(nèi)部時(shí)鐘晶振的不精確性,故采用精確性好的4 MHz外部時(shí)鐘晶振。

  普通無源按鍵U8,用于光源波長等數(shù)據(jù)的輸入,是手持式測量裝置的輸入部分。

  中斷按鍵包括菜單按鍵,可與中央處理單元模塊普通I/O口相連,用于一些參數(shù)的查看和功能的設(shè)置;模式選擇按鍵MODE與中央處理單元模塊中斷輸入口相連,用于不同制式之間的切換選擇;消除環(huán)境光干擾按鍵ZERO與中央處理單元中斷輸入口相連,用于消除環(huán)境光的干擾;靜止按鍵HODE與中央處理單元中斷輸入口相連,用于停止裝置的實(shí)時(shí)性,靜止的顯示上次測試的結(jié)果;菜單按鍵MENU與中央處理單元中斷輸入口相連,用于打開菜單。測試系統(tǒng)電路如圖3所示。

  

嵌入式激光顯示手持式測量儀電路圖

 

  

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( 發(fā)表人:小蘭 )

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