激光粒度仪关键电路设计方案解析

　0 引言
　　激光粒度仪是一种最先进的、最具有广泛发展前景的粒度测量仪器，它的测量原理基于米氏（Mie）散射理论。Mie散射理论是一个经典的光散射理论，它最大的特点是可用于任何尺寸段颗粒的测量，但它的计算相当复杂限制了数据处理速度及精度。
DSP技术实现MIE散射 算法有很多优点：它是专为算法计算而设计的专用 CPU，所以它运算速度很快；与通用CPU相比它成本低，所以有很好的性价比；而且它的体积小，能实现仪器一体化等等优点。 ARM具有丰富的片上资源，适合 嵌入式系统的开发，主要负责 操作系统的运行、任务管理和协调以及DSP的控制任务，外部可扩展多种外设，如通用串口、LCD显示屏、 以太网 接口。
　　1 系统总体设计及 工作原理
　　1．1 激光粒度仪工作原理
　　激光粒度仪的组成框图如图1所示

　　激光粒度仪中的 光电 探测器采集颗粒在一定角度范围内的散射光来得到颗粒的粒径分布 信息。由于光电探测器处在傅里叶透镜的焦平面上，因此探测器上的任一点都对应某一确定的散射角。光电探测器阵列由一系列同心环带组成，每一环带是一个独立的探测器，能将投射到上面的散射光能线性地转换成电压，然后送给采集卡。该卡将电信号放大，再进行A／D转换后送入计算机，按事先编制的程序根据米氏散射理论进行数据处理，把散射谱的空间分布反演为颗粒大小的分布。
　　1．2 电路系统的总体设计
　　激光粒度仪电路总体框图如图2所示。采集电路采集到的数据经过 RS232串口传输给DSP，经过DSP的运算后，再把DSP处理后得到的结果数据 RS232经过串口传输给ARM 处理器，在ARM处理器的触摸屏界面上显示结果。

　　2 电路系统具体设计方案
　　2．1 数据采集 电路设计
　　粒度仪的光电探测器是用光电池做成多元 环形，多元环形光电探测器接收散射光的光能量，环形光电池把光能量转换为光 电流。然后经过电流电压 转换器，把电流 信号转换为电压信号。再经过放大电路放大，然后输入到A／D转换器，将 vwin 信号转换为 数字信号。然后把数字信号输入到C805lF320 单片机，单片机然后再传给DSP进行处理，如图3所示。

　　系统的 硬件组成分为以下几个部分：环形光电探测器、数据选择部分、电流电压转换部分、运算放大部分、模数转换部分和中央单片机控制部分。
　　①模拟多路选择器选用 ADG506，它精度高，为1mV，抗干扰能力强，功耗低，价格便宜；
　　②电流电压转换电路有起滤波作用的 电容及可调 电阻，有利于调整电路参数；
　　③滤波放大电路的二阶But terw orth低通 滤波器截止频率为10Hz，主要滤除工频干扰；
　　④模数转换电路采用的 芯片是TLC2551，此芯片是14位A／D，输入电压范围为：O～5V；理论采集精度可达0．3mV，受实际测试条件所限制实际测试精度可达0．8mV；A／D转换时间为10m，采集速度很高；此芯片抗干扰能力强，功耗低，性价比高；
　　⑤ 控制电路采用C8051F320作为采集电路的 控制芯片，它片上资源丰富，主频高可达25MHz，而且开发简单，性价比高。单片机采集来的数据通过串口发送给DSP芯片。