摘要：激光因为它的亮度高、方向性好、能量大、单色性好等特色，在军事范畴的使用越来越广泛，因而激光的功用参数的检测也就显得尤为重要。本文规划的激光能量检测体系是选用大口径的勘探器把激光信号从光信号转化成电信号，经AD转化后由ATmega128进行数据收集、处理和显现。本文首要介绍了激光能量检测体系整体规划方案及原理、激光能量检测体系前端勘探部分、激光能量检测体系数据处理部分和屏幕显现部分。本体系功用强大，操作简略，有用牢靠。
激光作为一种新技能在我国军事、国防建设以及科学研讨等范畴都得到广泛使用。想要研讨和使用激光技能就有必要能够对激光的功用参数进行精准丈量。激光能量检测体系的研讨是激光技能发展的一个重要方面。本体系是依据ATmega128进行对激光信号的收集、处理和显现，操控部分功用强大，显现屏操作简略，牢靠性强。经过调试、试验和改善，证明此体系丈量数据精确度高、功用性强，能够广泛使用。
1 激光能量检测体系整体规划方案及原理
本体系分为前端勘探部分、数据处理和屏幕显现部分。图1是激光能量检测体系框图。
激光能量检测体系选用大口径热释电勘探器，把激光宣布的光信号转化成电信号，然后经过模拟信号扩大电路，完结微秒脉冲的低噪声前置扩大。由高速AD进行模数转化，转化后的数据发送给数据处理部分，将勘探器收集到的激光能量数据进行平均值、最大值、最小值、安稳因子等核算处理，并进行实时显现，测验完结后将测验数据进行存储，并依据需要将测验数据输出给上位机。前端信号转化、数据处理以及屏幕显现都由高速双串口单片机ATmega128来完结。
2 激光能量检测体系前端勘探部分
激光能量检测体系前端勘探部分由大口径激光能量勘探器、模拟信号扩大电路和高速AD组成。
热释电资料是一种结晶对称性很差的绝缘体电介质压电晶体，在常温下具有自发电极化的现象。当强度改变的光照耀在热释电资料上时，热释电体的温度发生改变，热释电体外表电荷密度发生改变，面电荷从本来的平衡值跟着发生改变。因为热释电外表邻近的自在电荷对面电荷的中和效果比较慢，因而在来不及中和之前，热释电体外表呈现出相应与温度改变的面电荷改变，称热释电现象，热释电勘探器原理图如图2所示。
激光能量勘探器选用钽酸锂热释电勘探器，它是一种功用极端优秀的热释电勘探器，具有作业频率高、勘探率高、功用安稳，使用便利，能够规划均匀大面积勘探面等特色。依据实践使用考虑到对准差错及裕度规划，本体系终究选定激光能量勘探器口径为φ100毫米钽酸锂热释电勘探器。选用大口径激光能量勘探器消除激光入射方位的对准差错，使激光悉数进入探头窗口。
如图3为激光能量勘探体系前端勘探部分电路图。勘探器收集的激光信号经过模拟信号扩大电路AD8253，完结微秒脉冲的低噪声前置扩大，然后选用LINEAR公司的12位、600 Ksps采样率的转化芯片，LTC1279进行模数转化，把激光信号由模拟信号转化成数字信号，经过衔接ATmega128 IO口发送数据进行处理。此部分特色是低噪声弱小信号高保真收集及扩大、高精度高速模数转化。
3 激光能量检测体系数据处理部分和屏幕显现部分
数据处理部分是起到中心操控效果的中心环节，完结了整个体系的数据接纳、核算处理、存储和显现等功用。数据处理部分接纳照耀期间悉数激光脉冲能量数据，经过核算得到实时的激光能量值，和当时收集到数据的平均值、最大值、最小值、安稳因子等信息。当收集到1000个激光能量值时，作为一组数据保存到外部存储器中，存储器中保存当时十组数据。数据处理部分还担任显现功用，不只完结对显现屏的操控完结各功用模块，还要实时发送显现激光能量值。
3.1 数据处理部分
要完结以上功用，数据处理部分有必要选用一款功用强大的处理器，经比较终究挑选了ATMEL公司的AVR单片机ATmega128来完结对数据进行处理、存储和显现等功用。AVR内核具有丰厚的指令集和32个通用作业存放器。一切的存放器都直接与算逻单元(ALU)相衔接，使得一条指令能够在一个时钟周期内一起拜访两个独立的存放器。这种结构大大提高了代码功率，而且具有比一般的杂乱指令集微处理器高10倍的数据吞吐率。ATinega128为依据AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器。因为其先进的指令集以及单周期指令执行时间，ATmega128的数据吞吐率为1MIPS/MHz，然后能够缓减体系在功耗和处理速度之间的对立，ATmesa128具有两个可编程的串行USART和两线串行接口TWI，满意本体系要求。
由前端勘探部分收集到的数据经过I/O口发送给ATmega128，实时地核算出能量的最大值、最小值、平均值和安稳因子，然后存储到外部存储器AT24c256里，存储器里总是保存实时的十组数据，每组1 000个能量值，把处理后的数据用ATmega128的双串口别离发送给屏幕显现和上位机，如图4为激光能量检测体系数据处理部分原理图。
因为本体系要保存的信息量很大，所以本体系选用外部存储器AT24c256来存储十组数据，与ATmega128串行接口TWI相连，如图5为ATmega128与AT24c256接口原理图。只需要TWI的两根线，一根时钟SCL，一根数据SDA，就可完结多从机数据传输，数据传输率高达400KHz。SCL与SDA为MCU的TWI接口引脚，TWI作业于主机形式时，比特率发生器操控时钟信号SCL的周期。详细由TWI状况存放器TWSR的预分频系数以及比特率存放TWBR设定，SCL的频率依据以下的公式发生：
用存放器TWCR操控TWI使能，TWBR为TWI比特率存放器的数值，TWPS存储TWI状况存放器预分频的数值
数据处理板不只要操控显现屏完结各个模块功用和实时数据的显现，还要把存储的十组数据以TXT格局发送给上位机，所以就需要处理器有两个串口。ATmega128具有两个US ART，USART0和USART1。当能量检测体系与上位机衔接时，ATmega128把AT24c256中存储的当时十组数据读取出来，经过USART0发送给上位机以TXT格局保存，便利对数据的研讨和剖析。USART1担任发送操控显现屏的指令，完结各个模块的功用，并将激光能量值实时的显现到显现屏上。
3.2 屏幕显现部分
屏幕显现的功用是由ATmega128来操控，经过操作显现屏即可完结丈量、查询、设置等作业状况之间的自在切换。软件流程如图6所示。激光能量检测体系上电开机后进行自检，如有问题则自检失利进入协助界面进行处理，协助界面还可对时间、灵敏度和阈值3个参数进行设置;自检经过阐明能够正常作业测验激光能量值，测验分为单次和接连两种形式，单次丈量只显现当时一次的能量值，接连测验不只显现实时激光能量值，还一起显现当时激光能量的最大值、最小值、平均值、安稳性和脉冲个数等信息，当体系没有在丈量状况下时，能够按下“查询”按键，对近十次的丈量成果进行查询，查询时显现每次丈量的一切脉冲值及各个核算值。单次、接连和查询功用的显现面板如图7所示。
体系依据操作简易的规划准则，简化了显现面板和操作按键，操作简略、易用。
4 定论
文中规划的激光能量检测体系选用大口径热释电勘探器，由ATmega128操控，结合了恰当的算法和硬件电路研发而成。软件体系充分体现了模块化思维，具有完善的功用和友爱的界面，操作简略，体系运转安稳。本体系功用多样化、适用范围广，在激光使用中有较强的有用性。
