【正文】 ...................................................................................16 數(shù)據(jù)采集和處理程序設(shè)計(jì) ...............................................................................................................18 ..............................................................................................................................................19 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性改進(jìn) .......................................................................................................................19 結(jié)論 ...................................................................................................................................................19杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)論文1致 謝 .........................................................................................................................................................20參考文獻(xiàn) .....................................................................................................................................................21附 錄 .........................................................................................................................................................22杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)論文11. 緒 論 課題背景單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU 隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、多種 I/O 接口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D 轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一種，它具有如下的特點(diǎn)：（1）具有優(yōu)異的性能價(jià)格比（2）集成度高，體積小，可靠性高（3）控制功能強(qiáng)，開(kāi)發(fā)應(yīng)用方便（4）低電壓，低功耗。激光通信是以激光為載體來(lái)傳遞信息的一種通信方式。目前，激光通信技術(shù)由于其單色性好，通信容量大，方向性好，難以竊聽(tīng)，成本低，安裝快等特點(diǎn)，已成為當(dāng)今世界信息技術(shù)的一大熱點(diǎn)，因此其發(fā)展局勢(shì)與潛力已引起高度重視。隨著信息時(shí)代地不斷發(fā)展，只靠電信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)已經(jīng)滿足不了人類日益劇增的需求 ，而光通信更大程度上能實(shí)現(xiàn)要求，比如光纖到戶等等。可能在將來(lái)，實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)，更能將以更快的速度傳輸信息。因此對(duì)激光通信研究頗有意義 [4]。 激光通信的特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，與應(yīng)用激光是一種方向性極好的單色相干光。利用激光來(lái)有效地傳送信息，叫做激光通信。激光通信系統(tǒng)組成設(shè)備包括發(fā)送和接收兩個(gè)部分。發(fā)送部分主要有激光器、光調(diào)制器和光學(xué)發(fā)射天線。接收部分主要包括光學(xué)接收天線、光學(xué)濾波器、光探測(cè)器。要傳送的信息送到與激光器相連的光調(diào)制器中，光調(diào)制器將信息調(diào)制在激光上，通過(guò)光學(xué)發(fā)射天線發(fā)送出去。在接收端，光學(xué)接收天線將激光信號(hào)接收下來(lái)，送至光探測(cè)器，光探測(cè)器將激光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)放大、解調(diào)后變?yōu)樵瓉?lái)的信息。激光通信優(yōu)點(diǎn)：通信容量大。在理論上，激光通信可同時(shí)傳送 1000 萬(wàn)路電視節(jié)目和 100億路電話；保密性強(qiáng)。激光不僅方向性特強(qiáng)，而且可采用不可見(jiàn)光，因而不易被敵方所截獲，保密性能好；結(jié)構(gòu)輕便，設(shè)備經(jīng)濟(jì)。由于激光束發(fā)散角小，方向性好，激光通信所需的發(fā)射天線和接收天線都可做的很小，一般天線直徑為幾十厘米，重量不過(guò)幾公斤，而功能類似的微波天線，重量則以幾噸、十幾噸計(jì)。杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)論文2激光通信的一些弱點(diǎn)是：大氣衰減嚴(yán)重。激光在傳播過(guò)程中，受大氣和氣候的影響比較嚴(yán)重，云霧、雨雪、塵埃等會(huì)妨礙光波傳播。這就嚴(yán)重地影響了通信的距離；瞄準(zhǔn)困難。激光束有極高的方向性，這給發(fā)射和接收點(diǎn)之間的瞄準(zhǔn)帶來(lái)不少困難。為保證發(fā)射和接收點(diǎn)之間瞄準(zhǔn)，不僅對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定性和精度提出很高的要求，而且操作也復(fù)雜。激光通信的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面：地面間短距離通信；短距離內(nèi)傳送傳真和電視；由于激光通信容量大，可作導(dǎo)彈靶場(chǎng)的數(shù)據(jù)傳輸和地面間的多路通信。通過(guò)衛(wèi)星全反射的全球通信和星際通信，以及水下潛艇間的通信 [5]。 國(guó)內(nèi)外激光通信的現(xiàn)狀雖然大氣的吸收、色散使得利用激光在地面上通信具有某種界限，但是目前已利用氣體激光器制造出能在良好氣候的晚上傳輸信息達(dá)幾十公里的設(shè)備。美國(guó)建立了一條 24 km 的 24 路雙音頻激光電話線路，采用 40 mW 連續(xù)波 He－Ne 器件，磷酸二氫鉀晶體脈位調(diào)制，作用距離達(dá) 5 km。前蘇聯(lián)建成的兩條試驗(yàn)線路，一條通信距離 25 km，帶寬為 100MHz，可同時(shí)進(jìn)行 4 路通路；另一路通信距離為 11km，224 路可同時(shí)通話。 20 世紀(jì) 90 年代后期研制的激光通信系統(tǒng)功能強(qiáng)、技術(shù)復(fù)雜、自動(dòng)化程度高。如美國(guó)研制的激光通信系統(tǒng)，備有全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS） 、電子指南針、傾斜校準(zhǔn)儀，可自動(dòng)高速掃描接收定位，把定位信號(hào)用光束傳給通信機(jī)，很快進(jìn)行通信。還可以實(shí)現(xiàn)激光通信與無(wú)線電通信互相轉(zhuǎn)換，即在大雨、大霧的天氣可用無(wú)線電通信，其它時(shí)間則用激光通信。美國(guó)研制的激光通信系統(tǒng)還采用銫原子線路濾波器，可將光譜帶寬限制在 0．01nm（傳統(tǒng)濾波器 3．5nm ）,視野增大到 60176。（傳統(tǒng)的狹窄） ，功率僅為 5 W，傳輸性能得到較大提高。美國(guó)航天局（NASA）正在研制 800～850 nm 半導(dǎo)體激光器地面和空間之間的通信技術(shù)，在 2022 年進(jìn)行容量為 2．5 Gbit／s 的地面到衛(wèi)星的通信實(shí)驗(yàn)。由此可見(jiàn)，各國(guó)對(duì)激光大氣通信的研制工作不斷深入，大氣激光通信技術(shù)勢(shì)必將有較大的提高和發(fā)展，尤其是在電磁頻譜復(fù)雜、電子干擾日益嚴(yán)重的環(huán)境中，光通信顯得尤為重要。因此研究和發(fā)展激光通信，加大通信距離，實(shí)現(xiàn)全天候移動(dòng)通信，是電子對(duì)抗和通信對(duì)抗的需要，也是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)之一。 激光大氣通信要在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展以下幾個(gè)方面：（1）開(kāi)展大氣激光通信相關(guān)技術(shù)的研究；（2）研制大功率、高靈敏度、遠(yuǎn)距離的激光通信系統(tǒng)；（3）研制目標(biāo)成像定位跟蹤的移動(dòng)光通信系統(tǒng)；（4）建立實(shí)現(xiàn)多中繼、多方向的面?zhèn)鬏斖ㄐ啪W(wǎng)；杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)論文3（5）建立大氣－空間一體化的遠(yuǎn)程通信網(wǎng)。激光通信系統(tǒng)極其復(fù)雜，加上設(shè)備等因素需要建立合理的理論模型。本課題在激光通信系統(tǒng)方面做了研究工作。 激光通信系統(tǒng)原理 大氣激光通信技術(shù)即無(wú)纖光通信技術(shù)是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新興技術(shù)，其原理是載波光信號(hào)通過(guò)大氣作為傳輸信道完成點(diǎn)到點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn)的信息傳輸。該技術(shù)采用半導(dǎo)體激光器為光源，所構(gòu)成的通信系統(tǒng)為無(wú)線數(shù)字通信系統(tǒng)，主要用于固定點(diǎn)使用，也可用作應(yīng)急搶通，其潛在的應(yīng)用領(lǐng)域是在數(shù)據(jù)網(wǎng)、電話網(wǎng)、微蜂網(wǎng)及微微蜂窩網(wǎng)的入網(wǎng)應(yīng)急設(shè)備及不便敷設(shè)電纜及光纜的近距離場(chǎng)合。大氣激光通信設(shè)備具有無(wú)電磁干擾、組網(wǎng)機(jī)動(dòng)靈活、安裝維護(hù)方便、通信可靠性高、保密性好、性能價(jià)格比優(yōu)等優(yōu)點(diǎn)，可傳輸多種速率的數(shù)據(jù)、話音、圖像，具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著技術(shù)的不斷完善和新器件的不斷出現(xiàn)，大氣激光通信技術(shù)已成為當(dāng)今信息技術(shù)的一大熱門技術(shù)，其作用和地位已能和光纖通信、微波通信相提并論，是構(gòu)筑未來(lái)世界范圍通信網(wǎng)必不可少的一種技術(shù) [6]。 激光傳輸大氣傳輸激光通信系統(tǒng)是由兩臺(tái)激光通信機(jī)構(gòu)成的通信系統(tǒng)，它們相互向?qū)Ψ桨l(fā)射被調(diào)制的激光脈沖信號(hào)（聲音或數(shù)據(jù)） ，接收并解調(diào)來(lái)自對(duì)方的激光脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)雙工通信。圖 1 所示的是一臺(tái)激光通信機(jī)的原理框圖。由圖可見(jiàn)，本系統(tǒng)可傳遞語(yǔ)音以及進(jìn)行計(jì)算機(jī)間數(shù)據(jù)通信。受調(diào)制的信號(hào)通過(guò)功率驅(qū)動(dòng)電路使激光器發(fā)光，這樣載有語(yǔ)音信號(hào)的激光通過(guò)光學(xué)天線發(fā)射出去。接收是另一端的激光通信機(jī)通過(guò)光學(xué)天線將收集到的光信號(hào)聚到光電探測(cè)器上，將這一光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再將這一光信號(hào)放大，用閾值探測(cè)方法檢出有用信號(hào)，再經(jīng)過(guò)解調(diào)電路濾去基頻分量和高頻分量，還原出語(yǔ)音信號(hào)，最后通過(guò)功放經(jīng)耳機(jī)接收，完成語(yǔ)音通信。當(dāng)開(kāi)關(guān) K 擲向下時(shí)，可傳遞數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算機(jī)間通信，這相當(dāng)于一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng) [2]。它由計(jì)算機(jī)、接口電路、調(diào)制解調(diào)器、大氣傳輸信道等幾部分組成，其基本模式如圖 1 中相關(guān)部分所示。杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)論文4接口電路的作用是將計(jì)算機(jī)與調(diào)制解調(diào)器連接起來(lái)，使之能同步、協(xié)調(diào)工作。調(diào)制器的作用是把二進(jìn)制脈沖變換成或調(diào)制成適宜在信道上傳輸?shù)牟ㄐ瓮ㄐ攀辜す馄靼l(fā)光，其目的是在不改變傳輸結(jié)果的條件下，盡量減少激光器發(fā)射總功率。解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程，它是把接收的已調(diào)制信號(hào)進(jìn)行反變換，恢復(fù)出原數(shù)字信號(hào)送到接口電路。同步系統(tǒng)是數(shù)字通信系統(tǒng)中的重要組成部分之一，其作用是使通信系統(tǒng)的收、發(fā)端有統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，使收端和發(fā)端步調(diào)一致。 激光器激光器用于產(chǎn)生激光信號(hào)，并形成光束射向空間。激光器的好壞直接影響通信質(zhì)量及通信距離，對(duì)系統(tǒng)整體性能的影響很大，因而對(duì)它的選擇是非常重要的。建議采用大光腔 GaAs－AlGaAs 激光器。該激光器具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗震動(dòng)、易調(diào)整、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)