基于单片机的汽车玻璃光学性能检测系统的研究

邸志刚 贾春荣

(河北联合大学电气工程学院,河北唐山 063009)

基于单片机的汽车玻璃光学性能检测系统的研究

邸志刚 贾春荣

(河北联合大学电气工程学院,河北唐山 063009)

汽车玻璃作为汽车的重要组成部分,除了具有保护作用,还直接影响到汽车的安全性能、外形与车内舒适度等功能。汽车玻璃的光学性能作为汽车玻璃的重要参数之一,越来越受到生产商家和用户的重视。本文提出一种基于单片机的汽车玻璃光学性能检测系统设计方案,本方案基于脉冲调制技术、光电技术和微信号处理,并利用主流单片机AT89C52控制实现键盘控制、报警、显示的功能,构成一套具有实时性、抗干扰能力强、连续正常工作的系统。

汽车玻璃 光学性能 单片机 AT89C52

1 引言

近二十年，随着社会与经济的发展，汽车年销量大幅增长，汽车已走进千家万户。1995年，中国各类汽车年销量为144.1779万辆，到2011年，年销量达到1850.51万辆[1～2]。而汽车玻璃作为汽车的重要组成部分，除了具有保护作用外，还直接影响到汽车的安全性能、车内舒适程度以及汽车的某些特殊功能。因此，汽车玻璃的力学、光学、高温和潮湿等性能受到了生产商家和用户的广泛关注，特别是光学性能[3～4]。

为了完善市场管理和保障人们的生命安全，国家对不同位置汽车玻璃的透射比、光畸变、反射比等参数进行了规定。本系统主要针对汽车玻璃中的透射比和反射比，设计一套基于单片机的汽车玻璃光学性能检测系统。

2 系统设计

本系统工作原理为：光源发出脉冲调制光，在双通道光路作用下，结合光电技术转换为微弱电信号，经模拟电信号处理、A/D转换成数字信号，最后利用主流单片机AT89C52控制实现键盘控制、报警、显示的功能，构成一套具有实时性、抗干扰能力强、连续正常工作的系统。

2.1 光源与光路

由于汽车玻璃大多处在太阳光环境下，所以在选择光源时，应尽量选择与日光接近的光源，考虑到性能、价格以及实用性等多方面因素，本次设计采用东莞市普飞电子科技有限公司的5WW4-YT高指向性、环氧封装、圆形的超高亮度白光LED[5]。通过1KHz脉冲电信号驱动，从而发出脉冲白光。

光路部分采用双通道技术，可以克服单通道测量方法的不稳定性和不重复性。

2.2 光电转换电路

由于本汽车玻璃检测系统是基于白光的研究设计，白光为可见光，可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分，可见光谱没有精确的范围。一般人的眼睛可以感知的电磁波的波长大约在380到780纳米之间的电磁波。再结合各器件波长范围、价格、有效面积以及特性等多方面因素的对比分析，最终选取硅材料FDS100，波长范围在300到1100纳米作为本检测系统的光电二极管[5]。并由电流-电压转换电路转换为电压信号。

图1 系统结构原理图

2.3 模拟电信号处理与模/数转换

该模块主要由同相比例放大器、二阶压控电压源低通滤波器、二阶压控电压源高通滤波器组成。为了避免杂光的干扰和电压的波动等因素带来的信号的变化，加入滤波电路有效滤除干扰，以提高检测的精确度，得到符合设计的电信号。

为了后期单片机进行信息处理需要，增加模/数转换电路。考虑到透射、反射以及参考三路信号，选用美国国家半导体公司生产的8路输入通道，8位A/D转换器ADC0809。它具有多通道、低功耗、转换速度快、单电源供电的优点。

2.4 单片机与外围电路

单片机选择性价比较高的AT89C52，它是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8kB的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。

单片机外围电路主要包括显示电路、报警电路、时钟电路和复位电路等。通过单片机进行数据处理后，对透射比和反射比进行分别显示，并设有超限报警处理电路，将超限情况反馈到生产线上，方便调整生产线。

3 结语

本系统是基于白光、光电检测和单片机处理的系统，实现对汽车玻璃反射率和透射率进行及时准确的检测。可以实时检测生产线上玻璃因配料和厚度变化，镀膜的膜层不均匀，玻璃形装等各类因素引起的玻璃反射率和透射率的变化情况。并能及时将数据反馈给生产，通过和标准值进行对比，如果在误差范围内，则继续生产，误差意外则应立即停止生产，等问题解决之后再回复生产，这样可以避免生产出大量不合格产品，最大限度的减少厂家损失。也可以通过整理数据，考察一段时期内生产线上玻璃透射率和反射率的变化情况，对生产原料进行改进，进行更稳定，精确的测量[6]。

[1]尹小平,王艳秀.中国汽车销量影响因素的实证分析[J].统计与决策,2011(8)：98-100.

[2]王笃飞,程少杭.近期内中国汽车市场销量分析.湖北经济学院学报,2012(3)：59-73.

[3]张萍,王东.汽车安全玻璃现状与未来[J].中国玻璃,2004(1)：7-10.

[4]张振.汽车安全玻璃发展研究[J].车界论坛,2005(2)：1-3.

[5]庄跃辉,舒妙飞,庄舒昊.光电元器件速查代换大全[M].南京：浙江科学技术出版社,2010.

[6]方锡邦.汽车检测技术与设备[M].北京：人民交通出版社,2005.

本项目为河北省科技厅项目(12212201、12212172),河北省高等学校科学技术研究项目(ZD2013102)资助。