ELECTRONICS WORLD?探索与观察
基丁STM32的光控护目鏡檢测设备的开发
江汉大学物理与信息工程学院刘立张强段金杰徐戬
摘要】本项目主要是针对目前焊接防护设备中的光控
护目镜检测设备的开发。主要技术方案是以STM32F103单片机
为控制核心,采用嵌入式系统实现对光控
护目镜进行色号检测,响应时间检测。该设备具有可靠性,便携性的特点,
为光控
护目镜行业的发展提供了合格的检測技术支持
关键词】光控护目镜;色号检测;响应时间检测
的光强与入射到物体的光强1之比。
引言
光控护目镜是一利代替焊接面罩的防护设备,它的工
所以光透射比反映了入射到护目镜上的光强经护目
作原理是通过感应焊接光,在Ims以内的时间,将液晶片镜后的透过程度。
由透明变为不透明。这样实现自动变光,保护焊接工人
我们用色号来描述它的变光程度。关于色号,其定
的眼镜。我国是自动变光头盔的生产大国,每年出口产义可用下式表示:
值10亿以上,但并不是生产强国。可是日前国内还不能
生产功能完善的光控护目镜检測设备,随着国家标准的
1010て
制定,但却无相关检测设备,矛盾越来越突出。目前
其中N为护目镜的光透射比1。从上式可以看出,光
相关企业的检测设备全部为进口,价格在30万元以上,透射比越大,色号值越小;光透射比越小,色号值反而
严重的制约了相关企业的发展。光控护目镜在国外有
越大。
格的CF和ANSI标准,必须通过这个标准,オ能进入。我
本设计在色号检测过程中,需要模拟电焊过程,将
们国家也制定了相关的检测标准,但一直没有可靠的国变化巨大的光强照射在护目镜上,由硅光电池将光信号
产检测仪器。现在我们的研究主要就是打破国外的技术转化为电信号,由小信号检测电路放大,再由高精度AD
垄断,开发出自己的检测仪
采集电压输出至主控制器处理分析得到相应的色号。
总的说来,相关全功能的检测仪在国内是个研究的2.2响应时间检测
空自。市场上有2家企业开发了相关的产品,但是精度都
响应时间是指护目镜明态时,从其光检测器接收弧
达不到0.1色号,不能满足要求。国外的相关研究发表论光信号到护目镜变为暗态所需的时间间隔。响应时间关
文比较少,主要集中在标准的制定方面。本文提出了利系到焊工引弧时受到强可见光瞬间照射的时间,也关系
用双路检测法,可以测量相应时间和色号。
到焊工在焊接过稈中能否清楚地进行观察,能否彻底消
除盲目引弧
2系统实现方案
响应时间t由下式给出:
本系统由S1M32F103为控制核心,主要采用的技术方
t(t)dt
t=0
法是分步实施,将检测仪分为三个部分,第一个部分是色
其中:て1是切态光透射比:て2是暗态光透射比:t=0是
号检测,另外是响应时间检测和通用仪器部分。其中色号开始引弧的时间:τ(0)是代表引弧后在时间时刻的光透射
变化和响应时间是两个重要的反应护目镜性能的参数。
比,也即护目镜的光透射比-时间变化曲线;t=tr(t)=3T2
2.1色号检测
是代表光透射比下降到3倍于最暗光透射比的时间以。
为了提高工.人劳保条件,保护普通电焊工的眼晴
为了提高响应时间,本设计采用高速D实现响应时
光控护目镜是一种不可或缺的防护设备,因为光控护日间检测。同色号检测一样,先将硅光电池转换得到的小
镜可以在进行焊接作业时自动实现镜片的瞬时转变,将信号放大,再由高速AD芯片采集电压值送至主控制器,
液晶片的透明度降低,从而有效的保护劳动者的眼晴,通过测量采集得到的电压值变化的速率米计算护日镜的
提高工作效率,保证焊接质量。当焊接弧光发出的光强响应时间。
定时,由护日镜射出的光强取决于护日镜本身的光透2.3通用仪器
射比,光透射比一般以表示。它的定义是从物体透出
通用仪器部分采用标准化设计方案。
ELECTRONICS WORLD?探索与观察
控制器通信,K600+通过绘图工具设计底图界面,使用
3光控护目镜测试仪的硬件部分设计
DGUS系统软件进行开发,指令简单,通过巾口调试,从
而简化主控制器代码编写,提高编程效率
3.1控制电路设计
本设计采用 Stmicroe ectronics公司的STM32P1034软件控制流程设计
作为微控制处理器
STM32F103是32biし基于ARM核心的微控制器,多达
控制流程图
112个快速I0口,2个Pc接口(支持 SMBUS/ PMIBLS),5个
USART接口,3个SPT接口?。足以满足与AD芯片、串口屏
幕等模块电路的控制与通信。
已号则
响立时椎
3.2AD采样电路设计
本设计采用ADS125作为高精度D采样电路,ADS12
全诞椩准
输入测次数
输入测量次数和
返回时间
是T公司推出的微功耗、高精度、24bit△-Σ型模数转换
器,24位无数据丢失,所有数据速度和PGA设置,具有士
拉行则量
0.0010%的低非线性度。高速D采样电路使用ADS805芯片,
ADS805是精度为12bit的模数转换芯片,具有68dB的高信
输出值
输出量值
噪比和300mW的低功耗功能,采样频率高达20MIIz,足以
结
满足本设计的采样要求。高精度、高速D采样电路通过
模拟开关IS5A3159实现切换。
5结语
NC 3-g -pesion
本文设计制作了一种光控护目镜检测仪,由STM32F103
high speed
为控制核心,通过光电探测器对透过光控护目镜的光线
> COM
进行转换接收并放大,由高精度、高速AD电路米集经光
GND
电转换后的电压,再送入单片机内处理得出光控护目镜
IS5A3159
的色号和响应时间。经实际测试实验,本系统性能稳
定,检测精度高,完全符合对光控护目镜性能参数檢测
图1模拟开关电路
的要求。
3.3小信号放大电路设计
由于需要检测的信号为微弱光电信号,所以我们选择
参考文献
用跨阻型放大器4。本设计采用TI公司的川A129运算放大
]晁创,基于STC12C5A6US2的电焊护目镜黑度值測
器,OP129具有土30fA的超低偏置电流、低喋声、能支持试仪的研制m?华中科技大学,201
反馈高增下带宽应用等特点
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3王永虹徐炜,邡立平.STM32系列 ARM Cortex-M3微
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GND
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「敖育红,胡少六,郑兆青光通信系统中前置跨阻放大
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Ph oto Sen
5德州仪器.OPA129数据手册小美国德州:德州仪器
C2
2007.
图2小信号放大电路
3.4显示方案
液晶显示采用K600+触摸液晶屏通过 ISART方式与主