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測試測量

嵌入式激光顯示手持式測量儀方案

星之球激光 來源:電子發(fā)燒友2011-11-01 我要評論(0 )   

引言 激光顯示是以紅、綠、藍(RGB)三基色激光為光源的顯示技術(shù),可以最真實地再現(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)的最終目標是在未...

引言

  激光顯示是以紅、綠、藍(RGB)三基色激光為光源的顯示技術(shù),可以最真實地再現(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,其測量目標主要還是針對具有較寬光譜范圍的非相干光源,同時存在成本昂貴、檢測精度不高的缺點。

  本文針對顯示用激光光源波長固定的特點,在獲得精確被測光源對應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)合單片機設計了激光顯示的手持式光色性能測量系統(tǒng),從而實現(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投影激光投影屏幕的光電流,此時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的公式計算出相應激光投影的光色性能參數(shù)。

  測量時,轉(zhuǎn)換系數(shù)是在光色性能測量之前事先被確定的,并被記錄在一個表格中。方法是利用光功率計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,就能計算出各個波長位置的光所對應的光電轉(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算公式:

  

 

  在對激光顯示的光色性能進行測量的過程中,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)設計為九個單元,下面將對九個單元分別做出介紹。

  

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是整個測試系統(tǒng)的核心,其芯片的選擇將影響到整個系統(tǒng)的性能。經(jīng)過比較,ATmega128單片機具有先進的RISC結(jié)構(gòu),133條指令,大多數(shù)可以在一個時鐘周期內(nèi)完成;具有128 KB在線可重復編程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,性能高達16 MIPS。綜上所述,考慮到ATmage128功能強、成本低、速度快、接口多的特點,選擇其作為中央處理單元U1,來輸出光電轉(zhuǎn)換裝置的控制信號和讀取該光電轉(zhuǎn)換裝置U4輸出的被測光所對應的各光電流值,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本身并不是標準的RS 232C接口,因此,在電路上還需做一定的轉(zhuǎn)換才能與PC機通信,主要應解決兩個問題:其一是AVR的USART本身只配了TXD,RXD兩根信號線;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)換芯片來設計電平邏輯轉(zhuǎn)換電路與PC機通信。

  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,在用器件實現(xiàn)預定功能時,省去了專門的編程設備對器件進行單獨編程的環(huán)節(jié),從而簡化了設計過程。而且在利用ISP技術(shù)進行功能修改時,能夠在不從系統(tǒng)中取下器件的情況下直接對芯片進行重新編程,因而設計調(diào)整驗證十分方便,可及時處理那些設計過程中無法預料的邏輯變動,可大大縮短系統(tǒng)的設計與調(diào)試周期。

  光電轉(zhuǎn)換裝置U4用于獲得被測光在測試點對應的光電流值。它采用圓筒狀結(jié)構(gòu),圓筒頂部設置有漫光片(漫光片的作用是對探頭的光譜匹配進行修正),數(shù)字光敏芯片S9706設置在圓筒底部。由于S9706是高性能多波段感光芯片,可自動完成A/D轉(zhuǎn)換,且最大可測光照度可調(diào),因此,整個過程可得到簡化。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點陣LCD,體積小,采用串口與單片機通信,串口速率高達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為外部時鐘晶振??紤]到ATmega128內(nèi)部時鐘晶振的不精確性,故采用精確性好的4 MHz外部時鐘晶振。

  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,用于停止裝置的實時性,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

3 系統(tǒng)工作流程

 

  軟件程序分為單片機ATmega128端和手持終端界面;前者利用CVAVR用C編寫程序,將光電轉(zhuǎn)換裝置輸入的光電流按照一定的算法進行處理,并顯示結(jié)果。具體軟件流程圖如圖4所示,其中例程1和例程2將同時進行。

  

嵌入式激光顯示手持式測量儀軟件流程圖

 

  手持測試裝置的界面采用C#編寫的圖形用戶界面,是得到測試光色參數(shù)的直接途徑,用戶通過按鍵選擇相應參數(shù)進行測試后,其測試結(jié)果將顯示在相應的表格里。#p#分頁標題#e#

  4 結(jié)語

  本文設計在參考標準精度為0.1%的情況下,預計其精度可達到1%以下,此精度已遠遠高于國家要求的4%的標準。系統(tǒng)驗證結(jié)果證明,該單點測試系統(tǒng)可以低成本實現(xiàn)光色性能的便攜式高精度測量,并可以移動地實現(xiàn)光通量、照度均勻度、色度均勻度、對比度等主要光色性能的精確測試。

  該測量儀克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足之處,在測試前無需對光電轉(zhuǎn)換裝置的光譜靈敏度曲線與標準顏色匹配曲線進行擬合,這在很大程度上實現(xiàn)了低成本。

 

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