基于單片機(jī)的汽車玻璃光學(xué)性能檢測(cè)系統(tǒng)的研究

邸志剛 賈春榮

(河北聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院,河北唐山 063009)

基于單片機(jī)的汽車玻璃光學(xué)性能檢測(cè)系統(tǒng)的研究

邸志剛 賈春榮

(河北聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院,河北唐山 063009)

汽車玻璃作為汽車的重要組成部分,除了具有保護(hù)作用,還直接影響到汽車的安全性能、外形與車內(nèi)舒適度等功能。汽車玻璃的光學(xué)性能作為汽車玻璃的重要參數(shù)之一,越來(lái)越受到生產(chǎn)商家和用戶的重視。本文提出一種基于單片機(jī)的汽車玻璃光學(xué)性能檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,本方案基于脈沖調(diào)制技術(shù)、光電技術(shù)和微信號(hào)處理,并利用主流單片機(jī)AT89C52控制實(shí)現(xiàn)鍵盤控制、報(bào)警、顯示的功能,構(gòu)成一套具有實(shí)時(shí)性、抗干擾能力強(qiáng)、連續(xù)正常工作的系統(tǒng)。

汽車玻璃 光學(xué)性能 單片機(jī) AT89C52

1 引言

近二十年，隨著社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車年銷量大幅增長(zhǎng)，汽車已走進(jìn)千家萬(wàn)戶。1995年，中國(guó)各類汽車年銷量為144.1779萬(wàn)輛，到2011年，年銷量達(dá)到1850.51萬(wàn)輛[1～2]。而汽車玻璃作為汽車的重要組成部分，除了具有保護(hù)作用外，還直接影響到汽車的安全性能、車內(nèi)舒適程度以及汽車的某些特殊功能。因此，汽車玻璃的力學(xué)、光學(xué)、高溫和潮濕等性能受到了生產(chǎn)商家和用戶的廣泛關(guān)注，特別是光學(xué)性能[3～4]。

為了完善市場(chǎng)管理和保障人們的生命安全，國(guó)家對(duì)不同位置汽車玻璃的透射比、光畸變、反射比等參數(shù)進(jìn)行了規(guī)定。本系統(tǒng)主要針對(duì)汽車玻璃中的透射比和反射比，設(shè)計(jì)一套基于單片機(jī)的汽車玻璃光學(xué)性能檢測(cè)系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)工作原理為：光源發(fā)出脈沖調(diào)制光，在雙通道光路作用下，結(jié)合光電技術(shù)轉(zhuǎn)換為微弱電信號(hào)，經(jīng)模擬電信號(hào)處理、A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，最后利用主流單片機(jī)AT89C52控制實(shí)現(xiàn)鍵盤控制、報(bào)警、顯示的功能，構(gòu)成一套具有實(shí)時(shí)性、抗干擾能力強(qiáng)、連續(xù)正常工作的系統(tǒng)。

2.1 光源與光路

由于汽車玻璃大多處在太陽(yáng)光環(huán)境下，所以在選擇光源時(shí)，應(yīng)盡量選擇與日光接近的光源，考慮到性能、價(jià)格以及實(shí)用性等多方面因素，本次設(shè)計(jì)采用東莞市普飛電子科技有限公司的5WW4-YT高指向性、環(huán)氧封裝、圓形的超高亮度白光LED[5]。通過(guò)1KHz脈沖電信號(hào)驅(qū)動(dòng)，從而發(fā)出脈沖白光。

光路部分采用雙通道技術(shù)，可以克服單通道測(cè)量方法的不穩(wěn)定性和不重復(fù)性。

2.2 光電轉(zhuǎn)換電路

由于本汽車玻璃檢測(cè)系統(tǒng)是基于白光的研究設(shè)計(jì)，白光為可見光，可見光是電磁波譜中人眼可以感知的部分，可見光譜沒(méi)有精確的范圍。一般人的眼睛可以感知的電磁波的波長(zhǎng)大約在380到780納米之間的電磁波。再結(jié)合各器件波長(zhǎng)范圍、價(jià)格、有效面積以及特性等多方面因素的對(duì)比分析，最終選取硅材料FDS100，波長(zhǎng)范圍在300到1100納米作為本檢測(cè)系統(tǒng)的光電二極管[5]。并由電流-電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

2.3 模擬電信號(hào)處理與模/數(shù)轉(zhuǎn)換

該模塊主要由同相比例放大器、二階壓控電壓源低通濾波器、二階壓控電壓源高通濾波器組成。為了避免雜光的干擾和電壓的波動(dòng)等因素帶來(lái)的信號(hào)的變化，加入濾波電路有效濾除干擾，以提高檢測(cè)的精確度，得到符合設(shè)計(jì)的電信號(hào)。

為了后期單片機(jī)進(jìn)行信息處理需要，增加模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路?？紤]到透射、反射以及參考三路信號(hào)，選用美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。它具有多通道、低功耗、轉(zhuǎn)換速度快、單電源供電的優(yōu)點(diǎn)。

2.4 單片機(jī)與外圍電路

單片機(jī)選擇性價(jià)比較高的AT89C52，它是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kB的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元。

單片機(jī)外圍電路主要包括顯示電路、報(bào)警電路、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路等。通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，對(duì)透射比和反射比進(jìn)行分別顯示，并設(shè)有超限報(bào)警處理電路，將超限情況反饋到生產(chǎn)線上，方便調(diào)整生產(chǎn)線。

3 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)是基于白光、光電檢測(cè)和單片機(jī)處理的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車玻璃反射率和透射率進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)?？梢詫?shí)時(shí)檢測(cè)生產(chǎn)線上玻璃因配料和厚度變化，鍍膜的膜層不均勻，玻璃形裝等各類因素引起的玻璃反射率和透射率的變化情況。并能及時(shí)將數(shù)據(jù)反饋給生產(chǎn)，通過(guò)和標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，如果在誤差范圍內(nèi)，則繼續(xù)生產(chǎn)，誤差意外則應(yīng)立即停止生產(chǎn)，等問(wèn)題解決之后再回復(fù)生產(chǎn)，這樣可以避免生產(chǎn)出大量不合格產(chǎn)品，最大限度的減少?gòu)S家損失。也可以通過(guò)整理數(shù)據(jù)，考察一段時(shí)期內(nèi)生產(chǎn)線上玻璃透射率和反射率的變化情況，對(duì)生產(chǎn)原料進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)行更穩(wěn)定，精確的測(cè)量[6]。

[1]尹小平,王艷秀.中國(guó)汽車銷量影響因素的實(shí)證分析[J].統(tǒng)計(jì)與決策,2011(8)：98-100.

[2]王篤飛,程少杭.近期內(nèi)中國(guó)汽車市場(chǎng)銷量分析.湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院學(xué)報(bào),2012(3)：59-73.

[3]張萍,王東.汽車安全玻璃現(xiàn)狀與未來(lái)[J].中國(guó)玻璃,2004(1)：7-10.

[4]張振.汽車安全玻璃發(fā)展研究[J].車界論壇,2005(2)：1-3.

[5]莊躍輝,舒妙飛,莊舒昊.光電元器件速查代換大全[M].南京：浙江科學(xué)技術(shù)出版社,2010.

[6]方錫邦.汽車檢測(cè)技術(shù)與設(shè)備[M].北京：人民交通出版社,2005.

本項(xiàng)目為河北省科技廳項(xiàng)目(12212201、12212172),河北省高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(ZD2013102)資助。