趙方　李貴雷　張猛　童艷榮

【摘 要】智能單縫衍射光強(qiáng)測(cè)試儀，采用STC89C52芯片，集成LCD1602，BH1750和ULN2003電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，單片機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)光強(qiáng)檢測(cè)芯片的橫向移動(dòng)，檢測(cè)單縫衍射不同位置的光強(qiáng)大小，光強(qiáng)數(shù)據(jù)在LCD顯示屏上顯示，并且實(shí)時(shí)傳輸給計(jì)算機(jī)在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)繪圖。

【關(guān)鍵詞】單縫衍射：光強(qiáng)測(cè)試；單片機(jī)

0 引言

單縫衍射實(shí)驗(yàn)是大學(xué)物理中光學(xué)方面重要的實(shí)驗(yàn)之一，根據(jù)單縫衍射條紋計(jì)算單縫寬度是實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要應(yīng)用。現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室中所用的測(cè)量?jī)x器為數(shù)字檢流計(jì)，實(shí)驗(yàn)中是利用光電探頭檢測(cè)光強(qiáng)分布，并將各個(gè)位置的光強(qiáng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為不同大小的電流顯示在數(shù)字檢流計(jì)上，人工轉(zhuǎn)動(dòng)手輪每隔0.5mm記錄一次數(shù)據(jù)，需要記錄大量數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過(guò)計(jì)算和畫圖得出單縫衍射圖像。筆者設(shè)計(jì)制造了智能單縫衍射光強(qiáng)測(cè)試儀，利用單片機(jī)控制電機(jī)模塊、光強(qiáng)檢測(cè)芯片、顯示模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊，然后由MATLAB自動(dòng)繪圖和計(jì)算數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)潔明了，誤差大大減小。

1 儀器設(shè)計(jì)

1.1 儀器硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用STC89C52，LCD1602，BH1750和ULN2003電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊構(gòu)成。BH1750FVI 是一種用于兩線式串行總線接口的數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器集成電路，利用它的高分辨率可以探測(cè)較大范圍的光強(qiáng)度變化。將BH1750FVI芯片固定在螺桿上，由STC89C52控制ULN2003電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使光強(qiáng)檢測(cè)芯片BH1750FVI勻速移動(dòng)。芯片記錄單縫衍射條紋不同位置的光強(qiáng)大小，在LCD液晶顯示屏上顯示，并且將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給電腦，在MATLAB界面實(shí)時(shí)繪圖，最后根據(jù)光強(qiáng)分布圖像，自動(dòng)計(jì)算出單縫縫寬。

1.2 儀器軟件設(shè)計(jì)

利用C語(yǔ)言程序編寫程序，以單片機(jī)為核心，將各個(gè)模塊連接起來(lái)，并用串口通信將測(cè)得光強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，利用VB制作的繪圖軟件實(shí)時(shí)繪出數(shù)據(jù)曲線。系統(tǒng)上電后默認(rèn)進(jìn)入光強(qiáng)檢測(cè)模式，可以根據(jù)需要通過(guò)按鍵進(jìn)行不同功能的選擇。

2 儀器的應(yīng)用與效果展示

該儀器可應(yīng)用于關(guān)于光學(xué)學(xué)習(xí)的各個(gè)方面，比如大學(xué)光學(xué)實(shí)驗(yàn)中光強(qiáng)測(cè)試部分、光學(xué)相關(guān)課程課堂實(shí)驗(yàn)演示、微小物體的直徑測(cè)量等，本儀器相對(duì)現(xiàn)有的測(cè)試儀器更加自動(dòng)化并且誤差更小。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比：

其他儀器：

筆者作品：

由圖可知，實(shí)驗(yàn)室原有的儀器誤差接近30%，筆者作品的儀器誤差僅為8%，因此該儀器更加自動(dòng)化和實(shí)用性強(qiáng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

智能光強(qiáng)檢測(cè)儀有自動(dòng)化和精度高的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)和測(cè)量方面有廣泛應(yīng)用，對(duì)學(xué)生對(duì)衍射的理解更加深刻和形象。

【參考文獻(xiàn)】

[1]郭天祥.51單片機(jī)C語(yǔ)言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[2]楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.