基于單片機的汽車玻璃光學性能檢測系統的研究

邸志剛 賈春榮

(河北聯合大學電氣工程學院,河北唐山 063009)

基于單片機的汽車玻璃光學性能檢測系統的研究

邸志剛 賈春榮

(河北聯合大學電氣工程學院,河北唐山 063009)

汽車玻璃作為汽車的重要組成部分,除了具有保護作用,還直接影響到汽車的安全性能、外形與車內舒適度等功能。汽車玻璃的光學性能作為汽車玻璃的重要參數之一,越來越受到生產商家和用戶的重視。本文提出一種基于單片機的汽車玻璃光學性能檢測系統設計方案,本方案基于脈沖調制技術、光電技術和微信號處理,并利用主流單片機AT89C52控制實現鍵盤控制、報警、顯示的功能,構成一套具有實時性、抗干擾能力強、連續正常工作的系統。

汽車玻璃 光學性能 單片機 AT89C52

1 引言

近二十年，隨著社會與經濟的發展，汽車年銷量大幅增長，汽車已走進千家萬戶。1995年，中國各類汽車年銷量為144.1779萬輛，到2011年，年銷量達到1850.51萬輛[1～2]。而汽車玻璃作為汽車的重要組成部分，除了具有保護作用外，還直接影響到汽車的安全性能、車內舒適程度以及汽車的某些特殊功能。因此，汽車玻璃的力學、光學、高溫和潮濕等性能受到了生產商家和用戶的廣泛關注，特別是光學性能[3～4]。

為了完善市場管理和保障人們的生命安全，國家對不同位置汽車玻璃的透射比、光畸變、反射比等參數進行了規定。本系統主要針對汽車玻璃中的透射比和反射比，設計一套基于單片機的汽車玻璃光學性能檢測系統。

2 系統設計

本系統工作原理為：光源發出脈沖調制光，在雙通道光路作用下，結合光電技術轉換為微弱電信號，經模擬電信號處理、A/D轉換成數字信號，最后利用主流單片機AT89C52控制實現鍵盤控制、報警、顯示的功能，構成一套具有實時性、抗干擾能力強、連續正常工作的系統。

2.1 光源與光路

由于汽車玻璃大多處在太陽光環境下，所以在選擇光源時，應盡量選擇與日光接近的光源，考慮到性能、價格以及實用性等多方面因素，本次設計采用東莞市普飛電子科技有限公司的5WW4-YT高指向性、環氧封裝、圓形的超高亮度白光LED[5]。通過1KHz脈沖電信號驅動，從而發出脈沖白光。

光路部分采用雙通道技術，可以克服單通道測量方法的不穩定性和不重復性。

2.2 光電轉換電路

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

圖1 系統結構原理圖

2.3 模擬電信號處理與模/數轉換

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等因素帶來的信號的變化，加入濾波電路有效濾除干擾，以提高檢測的精確度，得到符合設計的電信號。

為了后期單片機進行信息處理需要，增加模/數轉換電路。考慮到透射、反射以及參考三路信號，選用美國國家半導體公司生產的8路輸入通道，8位A/D轉換器ADC0809。它具有多通道、低功耗、轉換速度快、單電源供電的優點。

2.4 單片機與外圍電路

單片機選擇性價比較高的AT89C52，它是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8kB的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數據存儲器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。

單片機外圍電路主要包括顯示電路、報警電路、時鐘電路和復位電路等。通過單片機進行數據處理后，對透射比和反射比進行分別顯示，并設有超限報警處理電路，將超限情況反饋到生產線上，方便調整生產線。

3 結語

本系統是基于白光、光電檢測和單片機處理的系統，實現對汽車玻璃反射率和透射率進行及時準確的檢測。可以實時檢測生產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。并能及時將數據反饋給生產，通過和標準值進行對比，如果在誤差范圍內，則繼續生產，誤差意外則應立即停止生產，等問題解決之后再回復生產，這樣可以避免生產出大量不合格產品，最大限度的減少廠家損失。也可以通過整理數據，考察一段時期內生產線上玻璃透射率和反射率的變化情況，對生產原料進行改進，進行更穩定，精確的測量[6]。

[1]尹小平,王艷秀.中國汽車銷量影響因素的實證分析[J].統計與決策,2011(8)：98-100.

[2]王篤飛,程少杭.近期內中國汽車市場銷量分析.湖北經濟學院學報,2012(3)：59-73.

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

[4]張振.汽車安全玻璃發展研究[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：浙江科學技術出版社,2010.

[6]方錫邦.汽車檢測技術與設備[M].北京：人民交通出版社,2005.

本項目為河北省科技廳項目(12212201、12212172),河北省高等學校科學技術研究項目(ZD2013102)資助。