激光雷達門控控制系統的設計

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，因此越來越受到環保和氣象部門的重視。目前，用于氣象要素和環境污染檢測的激光雷達技術發展很快。激光雷達必定會在大氣參數和環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的要求。我們利用單片機很好地實現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了軟件控制門控,操作極為方便,使激光雷達的發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 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 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 PMT開門，在這之后 PMT就一直開門。
通過單片機控制單穩態觸發器的延時時間，并用上位機進行軟件控制，實現了精確延時，調節非常方便。
本系統以單片機為核心,按照規定的協議,上位機通過串口給單片機發送相應的指令,單片機再調節單穩態觸發器中的數字電位器的值,從而輸出相應的延時脈沖到光電倍增管門控,實現開門或者關門。系統功能框圖如圖1：

2．系統硬件設計本系統采用 AT89S52單片機作為控制核心，控制系統主要包括數字電位器、光電耦合器、單穩態觸發器、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的隨機存取數據存儲器（ 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提供高性價比的解決方案。