论文部分内容阅读
摘要：在科学技术的发展下光电技术发展飞快，光电技术的应用非常的广泛，尤其在工业生产中光电技术更是被广泛应用。嵌入式光电技术主要依托于光电检测与光电信息处理技术，基于光电技术的应用度越来越高，理工科高校越来越重视光电技术的教学与研究，由于在光电技术的教学实践中设置了更高的目标。为了使光电技术教学平台更为完备完整，因此该课题主要研究嵌入式光电特性测试系统，从而探讨其在光电检测系统中所具有的价值。在课题研究中笔者探究了光电信息技术的发展状况，对嵌入式系统以及人际互动做出介绍，注重分析了嵌入式系统及人机互动技术的硬件电路与软件设计。
关键词：嵌入式光电;数据采集;人机交互
中图分类号：TP3 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2021）27-0103-02
光电技术的发展很大程度都是由信息技术的发展带动的，在工业生产中应用最普遍的技术就是通信技术与自动化技术，其中通信技术最重要的组成部分就是光电转换与数据采集，因此可以看出光电技术在工业生产，乃至国家发展中的重要地位。光电转换依托光电传感器来进行，通过光电转换器可以提高传输的精度与稳定度，同时也会对自动化控制的精度与稳定度产生影响。在生产过程中，为了适应生产中因环境复杂与检测对象多样将光电传感器应用其中，从而提高生产的效率，在实际生产环境中，对光发传感器的精度与稳定性要求更高，只有这样才能保证生产的品质，提高生产效益。数据采集系统使用最广泛的是用数模转换器及模数转换器与单片机进行数据传输，数据的处理都是通过单片机进行，并将其处理为一定逻辑性的数据，进而进行传输。传统数据采集最大的弊端就是受环境与气候的影响大，在远距离的传输时，会造成数据传输失败。随着信息技术的发展远程数据采集得以实现并获得飞速的发展，从而使各行各业受益，并对各行各业的发展产生很大影响，成为各行业中最有价值、不可或缺的生产工具之一。
1 光电信息技术的发展状况
从载体角度看，光子与电子的相同之处都是依赖于信息载体。在20世纪后期，微电子集成电路的出现直接为计算机技术带来了翻天覆地的变化，所谓微电子技术就是在半导体研究中所引导出的，正是由于微电子电路的出现，才使集成电路由巨型逐步向“微”型转变，但是在发展过程中是逐步趋于极限的。也就是说，作为信息载体的电子，也随着集成电路的微型转变趋于极限。光电信息与电子相比的优越性就主要体现在电子的短板上，即容量大、速度快，同时还具有电子无法比拟的直观性，人们能通过光电信息来获得一定的视觉冲击。
从20世纪开始，伴随计算机技术的发展，光电技术发展也迎来了高光时刻，并与各类技术相渗透、相结合，光电技术处于高速发展阶段中，对其影响最大的就是无线电电子与控制信息理论。电子学中的一些技术逐步应用到光电技术中，例如，振荡、编码、调制等。同时，电子学中所涉及的可控器件、电路功能以及有源等也逐步通过光学技术实现。光学仪器自动化的实现也离不开电子技术，它是通过电子技术、光电传感器以及微处理技术实现的，这大大促进了光电技术的发展。随着光电技术的进一步发展，其在推动自动控制、人工智能上也有很大的作用，尤其涉及高精度的远距离测量以及图像成像等，都离不开光学技术。光学信息技术带来了电子技术上的重要变革，改变了信息传输的方式，使信息的载体微波频域扩充到光波频域，创造出新一代的电子器件，从而构建起庞大的、先进的光电子产业。通过这样技术的发展，更好地将光学技术与电子技术融合起来，从而将光学与电子技术的优点结合起来构成了光电混合系统，也就是我们说的光电系统。真正将光学与电学联系起来的是光电、电光以及光控等有源控制器件，它为光电技术的实现创造了基础与可能。自此，光电技术的发展开始迈向新的征程，并开始发挥巨大作用。
2 嵌入式系统及人机交互技术简介
所谓嵌入式系统就是硬件与软件的结合体，嵌入式系统也正是由硬件与软件组成的。单从技术层面看，嵌入式系统主要是由处理器硬件、应用程序和操作系统构成的，它是一个集合系统。而从系统层面看，嵌入式系统是为了完成更高级更复杂的功能而实现的硬件与软件的组合，并使硬件与软件充分融合构成计算机系统。概括地说，只要是用以微处理器的专门硬软件系统就都是嵌入式系统。嵌入式系统特点有以下几点：
1）内核小。嵌入式系统的内核小，主要应用在小型与微型的电子设备中，所以系统资源是较少了，其操作系统也就小。
2）运行环境广泛。嵌入式系统由于运用非常的方便，所以其广泛性强，导致系统所适用环境差异也比较大。
3）个性化突出。由于嵌入式系统是为了解决一定任务，所以带有很明确的目标性，与一般传统的计算机相比，嵌入式系统个性化突出，硬件与软件相互结合，配合紧密。
4）可靠性强。嵌入式系统的可靠性很强，与普通计算机相比，嵌入式系统是需要常年运作的，在处理一些突发状况时，嵌入式系统的可靠性就凸显出来，即便无人值守也可以实现有效的、稳定的运行。
5）系统精简，实时性强。嵌入式系统非常的精简，它的工作目標非常的明确，所以在设计时，所占用的资源少，只需要将最核心的部分做到最小。同时为了适应各类环境的需求，嵌入式系统还必须有较强的可裁剪性、可移植性以及可伸缩性。
6）固化非易失性存储器中的代码。为了提升系统的稳定，保证嵌入式系统的工作，几乎嵌入式都会固化非易失性存储器中的代码。这样不仅提高了系统运行速度，还保证了系统的可靠性。
7）开发工具和环境。嵌入式系统在自主开发上存在局限，所以对嵌入式系统设计完成后，用户是不能再对其程序进行修改与完善的，嵌入式开发系统只有依靠开发工具和环境才能实现自主开发。
3 嵌入式系统及人机交互技术硬件电路设计
1）总体硬件电路设计。总体硬件电路设计主要包括主控芯片、数据采集芯片。主控芯片是整个系统的核心，考虑到运用一般的系统会花费较大的资金，并且其移动性也很差，所以本次课题中笔者选择嵌入式光电特性测试系统，这样不仅会减少资金花费，还会简化测试的过程，创造良好体验感的人机交互界面。数据采集芯片也非常的重要，它具有强大的运算功能，通过将所运算的结果传递给系统，建立友好的人际互动界面。两项重要的芯片设计完成后，还包括光源硬件电路设计、光电功能模块硬件电路设计、数据采集模块的硬件设计、主控单元硬件电路设计。 2）光源硬件电路设计。光源硬件电路设计，激励源是可调节的线性功率光源。用以检测的光电探测器的光源为由二极管构成的可调节的红外线光源。半导体的激光器，它所发射的光波具有一定的模式结构，呈现出一定的分布。调节电位器它会跟随电压，产生电流值。
3）光电功能模块硬件电路设计。光电功能模块硬件电路的设计较为复杂，所包括的电路设计较多，主要有：光敏二极管的硬件检测电路设计、光敏电阻的硬件檢测电路设计、光电池的硬件检测电路设计、MN3611信号驱动的硬件设计、光电式直流电机稳速电路设计。
4） 数据采集模块的硬件设计。数据采集模块的硬件设计，首先要选择适合系统的采集芯片，了解其芯片所可以适用的领域。在对数据采集电路设计时，包括DSP片外存储器扩展设计、外部通信接口电路设计。
5） 主控单元硬件电路设计。主控单元硬件电路设计主要是人机互动界面方面的设计，为了有更好的人际互动体验，需要进行触摸屏电路设计，存储设计以及电源设计等。
4 嵌入式系统及人机交互技术软件部分设计
在嵌入式系统中，实现并完成了USB驱动、网口驱动和触摸屏驱动，为更好地实现人机交互平台搭建了必要的基础平台。主控制平台上采用WINCE操作系统编写的人机交互界面，使实验操作更加简单直观。图形界面显示实验结果，并以二维坐标描述光电特性曲线，使用户可以更好地查看和理解实验结果。
5 结语
在本课题研究中，主要对光电嵌入式光电信号数据采集与人机互动技术做出简单的分析，在对其设计中，包含硬件设计与软件设计两大部分，其中软件程序的设计较为复杂，是人机互动技术的核心。同时，良好的硬件可以提高人机互动的质量，带给人们良好的体验感。
参考文献：
[1] 徐进，李泽宏.基于嵌入式技术的光电精密检测系统[J].激光杂志，2018，39（12）：19-22.
[2] 刘伟玲，杨彩双，冉多刚，等.基于光电检测技术的恶臭信号采集系统研究[J].现代电子技术，2017，40（8）：153-157，162.
[3] 景月娟，张晓丽.基于DSP的光电信号精密检测系统设计[J].激光杂志，2019，40（9）：159-162.
[4] 方文长，陈焰，张矿伟，等.嵌入式光功率计的研制[J].自动化仪表，2020，41（11）：21-27.
[5] 包向辉，尚晓丽，刘文龙，等.基于激光扫描回波信号的光电设备隐蔽目标跟踪研究[J].激光杂志，2020，41（3）：192-195.
[6] 程昱.信号增强型光电化学DNA传感器用于食品中真菌毒素和有机磷农药残留的检测[D].南昌：江西师范大学，2020.
[7] 李梦.光电检测数据采集卡的设计与应用[J].无线互联科技，2020，17（1）：64-65.
【通联编辑：朱宝贵】
关键词：嵌入式光电;数据采集;人机交互
中图分类号：TP3 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2021）27-0103-02
光电技术的发展很大程度都是由信息技术的发展带动的，在工业生产中应用最普遍的技术就是通信技术与自动化技术，其中通信技术最重要的组成部分就是光电转换与数据采集，因此可以看出光电技术在工业生产，乃至国家发展中的重要地位。光电转换依托光电传感器来进行，通过光电转换器可以提高传输的精度与稳定度，同时也会对自动化控制的精度与稳定度产生影响。在生产过程中，为了适应生产中因环境复杂与检测对象多样将光电传感器应用其中，从而提高生产的效率，在实际生产环境中，对光发传感器的精度与稳定性要求更高，只有这样才能保证生产的品质，提高生产效益。数据采集系统使用最广泛的是用数模转换器及模数转换器与单片机进行数据传输，数据的处理都是通过单片机进行，并将其处理为一定逻辑性的数据，进而进行传输。传统数据采集最大的弊端就是受环境与气候的影响大，在远距离的传输时，会造成数据传输失败。随着信息技术的发展远程数据采集得以实现并获得飞速的发展，从而使各行各业受益，并对各行各业的发展产生很大影响，成为各行业中最有价值、不可或缺的生产工具之一。
1 光电信息技术的发展状况
从载体角度看，光子与电子的相同之处都是依赖于信息载体。在20世纪后期，微电子集成电路的出现直接为计算机技术带来了翻天覆地的变化，所谓微电子技术就是在半导体研究中所引导出的，正是由于微电子电路的出现，才使集成电路由巨型逐步向“微”型转变，但是在发展过程中是逐步趋于极限的。也就是说，作为信息载体的电子，也随着集成电路的微型转变趋于极限。光电信息与电子相比的优越性就主要体现在电子的短板上，即容量大、速度快，同时还具有电子无法比拟的直观性，人们能通过光电信息来获得一定的视觉冲击。
从20世纪开始，伴随计算机技术的发展，光电技术发展也迎来了高光时刻，并与各类技术相渗透、相结合，光电技术处于高速发展阶段中，对其影响最大的就是无线电电子与控制信息理论。电子学中的一些技术逐步应用到光电技术中，例如，振荡、编码、调制等。同时，电子学中所涉及的可控器件、电路功能以及有源等也逐步通过光学技术实现。光学仪器自动化的实现也离不开电子技术，它是通过电子技术、光电传感器以及微处理技术实现的，这大大促进了光电技术的发展。随着光电技术的进一步发展，其在推动自动控制、人工智能上也有很大的作用，尤其涉及高精度的远距离测量以及图像成像等，都离不开光学技术。光学信息技术带来了电子技术上的重要变革，改变了信息传输的方式，使信息的载体微波频域扩充到光波频域，创造出新一代的电子器件，从而构建起庞大的、先进的光电子产业。通过这样技术的发展，更好地将光学技术与电子技术融合起来，从而将光学与电子技术的优点结合起来构成了光电混合系统，也就是我们说的光电系统。真正将光学与电学联系起来的是光电、电光以及光控等有源控制器件，它为光电技术的实现创造了基础与可能。自此，光电技术的发展开始迈向新的征程，并开始发挥巨大作用。
2 嵌入式系统及人机交互技术简介
所谓嵌入式系统就是硬件与软件的结合体，嵌入式系统也正是由硬件与软件组成的。单从技术层面看，嵌入式系统主要是由处理器硬件、应用程序和操作系统构成的，它是一个集合系统。而从系统层面看，嵌入式系统是为了完成更高级更复杂的功能而实现的硬件与软件的组合，并使硬件与软件充分融合构成计算机系统。概括地说，只要是用以微处理器的专门硬软件系统就都是嵌入式系统。嵌入式系统特点有以下几点：
1）内核小。嵌入式系统的内核小，主要应用在小型与微型的电子设备中，所以系统资源是较少了，其操作系统也就小。
2）运行环境广泛。嵌入式系统由于运用非常的方便，所以其广泛性强，导致系统所适用环境差异也比较大。
3）个性化突出。由于嵌入式系统是为了解决一定任务，所以带有很明确的目标性，与一般传统的计算机相比，嵌入式系统个性化突出，硬件与软件相互结合，配合紧密。
4）可靠性强。嵌入式系统的可靠性很强，与普通计算机相比，嵌入式系统是需要常年运作的，在处理一些突发状况时，嵌入式系统的可靠性就凸显出来，即便无人值守也可以实现有效的、稳定的运行。
5）系统精简，实时性强。嵌入式系统非常的精简，它的工作目標非常的明确，所以在设计时，所占用的资源少，只需要将最核心的部分做到最小。同时为了适应各类环境的需求，嵌入式系统还必须有较强的可裁剪性、可移植性以及可伸缩性。
6）固化非易失性存储器中的代码。为了提升系统的稳定，保证嵌入式系统的工作，几乎嵌入式都会固化非易失性存储器中的代码。这样不仅提高了系统运行速度，还保证了系统的可靠性。
7）开发工具和环境。嵌入式系统在自主开发上存在局限，所以对嵌入式系统设计完成后，用户是不能再对其程序进行修改与完善的，嵌入式开发系统只有依靠开发工具和环境才能实现自主开发。
3 嵌入式系统及人机交互技术硬件电路设计
1）总体硬件电路设计。总体硬件电路设计主要包括主控芯片、数据采集芯片。主控芯片是整个系统的核心，考虑到运用一般的系统会花费较大的资金，并且其移动性也很差，所以本次课题中笔者选择嵌入式光电特性测试系统，这样不仅会减少资金花费，还会简化测试的过程，创造良好体验感的人机交互界面。数据采集芯片也非常的重要，它具有强大的运算功能，通过将所运算的结果传递给系统，建立友好的人际互动界面。两项重要的芯片设计完成后，还包括光源硬件电路设计、光电功能模块硬件电路设计、数据采集模块的硬件设计、主控单元硬件电路设计。 2）光源硬件电路设计。光源硬件电路设计，激励源是可调节的线性功率光源。用以检测的光电探测器的光源为由二极管构成的可调节的红外线光源。半导体的激光器，它所发射的光波具有一定的模式结构，呈现出一定的分布。调节电位器它会跟随电压，产生电流值。
3）光电功能模块硬件电路设计。光电功能模块硬件电路的设计较为复杂，所包括的电路设计较多，主要有：光敏二极管的硬件检测电路设计、光敏电阻的硬件檢测电路设计、光电池的硬件检测电路设计、MN3611信号驱动的硬件设计、光电式直流电机稳速电路设计。
4） 数据采集模块的硬件设计。数据采集模块的硬件设计，首先要选择适合系统的采集芯片，了解其芯片所可以适用的领域。在对数据采集电路设计时，包括DSP片外存储器扩展设计、外部通信接口电路设计。
5） 主控单元硬件电路设计。主控单元硬件电路设计主要是人机互动界面方面的设计，为了有更好的人际互动体验，需要进行触摸屏电路设计，存储设计以及电源设计等。
4 嵌入式系统及人机交互技术软件部分设计
在嵌入式系统中，实现并完成了USB驱动、网口驱动和触摸屏驱动，为更好地实现人机交互平台搭建了必要的基础平台。主控制平台上采用WINCE操作系统编写的人机交互界面，使实验操作更加简单直观。图形界面显示实验结果，并以二维坐标描述光电特性曲线，使用户可以更好地查看和理解实验结果。
5 结语
在本课题研究中，主要对光电嵌入式光电信号数据采集与人机互动技术做出简单的分析，在对其设计中，包含硬件设计与软件设计两大部分，其中软件程序的设计较为复杂，是人机互动技术的核心。同时，良好的硬件可以提高人机互动的质量，带给人们良好的体验感。
参考文献：
[1] 徐进，李泽宏.基于嵌入式技术的光电精密检测系统[J].激光杂志，2018，39（12）：19-22.
[2] 刘伟玲，杨彩双，冉多刚，等.基于光电检测技术的恶臭信号采集系统研究[J].现代电子技术，2017，40（8）：153-157，162.
[3] 景月娟，张晓丽.基于DSP的光电信号精密检测系统设计[J].激光杂志，2019，40（9）：159-162.
[4] 方文长，陈焰，张矿伟，等.嵌入式光功率计的研制[J].自动化仪表，2020，41（11）：21-27.
[5] 包向辉，尚晓丽，刘文龙，等.基于激光扫描回波信号的光电设备隐蔽目标跟踪研究[J].激光杂志，2020，41（3）：192-195.
[6] 程昱.信号增强型光电化学DNA传感器用于食品中真菌毒素和有机磷农药残留的检测[D].南昌：江西师范大学，2020.
[7] 李梦.光电检测数据采集卡的设计与应用[J].无线互联科技，2020，17（1）：64-65.
【通联编辑：朱宝贵】