物理专业光电类实验课程建设探索

为了提高物理专业学生对光电类实验课程的学习兴趣和学习效果,突出本专业特色,文章结合近几年本团队物理专业光电类实验的教学经验,介绍了东北林业大学物理专业光电实验课程的主要课程体系和教学内容。文章从典型光电器件性质测量、光电检测、光电成像、激光原理与技术、光纤通信和光电设计几个方面出发,详细讨论了光电实验开设的具体内容,并分析了实验教学中所采用的教学方法和教学模式。     

基于小型光电跟踪系统的PID控制实验

针对REVS-50M小型光电跟踪系统的控制部分设计了PID控制实验。原系统采用PD控制虽然没有超调,但调节时间过长,不太符合系统需要对运动目标进行实时、稳定地跟踪的要求。针对该问题,采用临界比例度法整定PID参数的方法,找到合适的PID参数,减小了调节时间,实现转台对手动靶标的快速跟踪。通过该实验,学生可以对自动控制理论中经典的PID控制进行深入了解,并将理论与实际相结合,掌握该方法在工程中的具体应用。该实验采用提出问题的方法引导学生动手解决问题,提高了学生分析问题和解决问题的能力以及工程实践能力,得到了良好的教学效果。     

光电跟踪系统的模糊自适应PID控制实验

针对REVS-50M小型光电跟踪系统控制性能的不足,将经典PID控制与模糊控制相结合,设计了基于模糊自适应PID控制的光电跟踪系统控制实验。实际应用表明,模糊自适应PID控制算法具有响应快、超调量小、抗干扰能力强、稳态性能好等优点,对光电跟踪系统具有较好的控制能力。通过该实验,学生能够对PID控制、模糊控制以及模糊自适应PID控制进行深入了解,并掌握这些控制方法在实际系统中的应用,取得了良好的教学效果。     

定日镜自动跟踪实验设计与实现

基于STC12C5A60S2单片机完成定日镜自动跟踪系统设计,基于视日运动轨迹和光电反馈结合的方式实现定日镜自动跟踪算法,设计、实现了定日镜自动跟踪系统演示实验和基于光电反馈的定日镜控制半开放实验,实现效果达到预期实验设计目标。     

基于红外光谱技术光纤通信的实验设计

介绍了光纤通信的原理及应用,分析了实验的可行性,提供了线路的设计参数及对光电器件的要求,使用实验室自制的光纤耦合装置。要求学生自行完成实验板的设计、安装、调试的全部过程。分析对频率解调的对策,蓝牙信号输出与发射电路的对接方式等实验常见问题。学生完成此实验可加深对理论课程的理解掌握,从理论到实践对光纤通讯的实验设计获得更深入的理解,提升自己动手解决实际问题的能力,推动光电技术及系统课程的改进,提高教学质量;为学生后续课程提供课题研究的学习模式和实验方法。     

一种光电检测的食堂售饭系统的设计与试验

介绍了一种光电检测的食堂售饭系统的设计与试验，介绍了系统的工作原理和系统结构组成，以及系统软、硬件设计。其中应用了模拟电路，数字电路及光电转换电路，最后由PC机来实现操作控制。该实验可作为仪器专业学生对光电技术实验课的一项实验课题。     

太阳自动跟踪控制系统的设计

为了提高太阳能电池光伏转换效率,通过对目前太阳追踪方式的研究,设计了一种基于光电检测和经纬度双重跟踪的智能追光系统.该系统以5TM32单片机为控制核心,并结合光电转换装置和GPS模块实现了对太阳的精确跟踪.系统启动运行时,通过基于经纬度的视日运动轨迹跟踪实现系统粗调,随后转入光电检测精确跟踪,使太阳能电池与太阳光垂直.系统同时加入光电检测装置的自诊断功能,当光电检测装置异常时,自动切换到视日运动轨迹跟踪模式,使系统运行更加稳定和可靠.     

光伏发电太阳跟踪装置设计

在了解日地相对运动规律的基础上,采用光电传感跟踪和视日运动轨迹跟踪相结合的方法,设计了自适应太阳跟踪装置控制系统。实验表明,该装置提高了对多变环境的适应能力和跟踪精度,实现了全天候全自动的太阳跟踪。     

基于随机Hough变换的圆形目标检测实验

针对REVS-50M小型光电跟踪系统基于颜色阈值检测所存在的误跟踪问题,设计了形状检测实验。在实验过程中,提出采用Hough变换检测圆形手动靶标的方法。但常规Hough变换存在许多缺点,并不适用于较为复杂的情况。进而引导学生采用随机Hough变换,并针对其随机采样带来的缺陷,对随机Hough变换做出了一些改进,利用了梯度信息减少无效累积,并在判断真圆时缩小了验证范围,从而优化了算法。     

倾角可调式太阳能单轴跟踪实验系统设计

在研究太阳运行轨迹和太阳能单轴跟踪原理的基础上,设计了一个基于C8051F20单片机的倾角可调式太阳能单轴跟踪实验系统。该系统能够模拟不同倾角的太阳能单轴跟踪支架工作过程,具有跟踪角度采集、跟踪角度显示、电机驱动、工作参数设定、手动和自动跟踪控制等功能。通过该实验系统的设计,能够使学生综合运用机构运动学、单片机原理及应用和计算机程序设计等知识,培养实践动手能力。