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标题: 一种多功能电子焊接操作台的设计方案 [打印本页]

作者: forsuccess 时间: 2014-1-9 23:17 标题: 一种多功能电子焊接操作台的设计方案

通过符合人眼光谱特性曲线的环境光照传感器UI202检测环境照度，由单片机内部A/D转换将光照值转换成数字量，产生PWM信号控制LED灯驱动TPS61165实现自动调光功能。该设计方案的电子焊接操作台不但降低了由于电烙铁未及时关闭带来的安全问题和耗电问题，也使焊接的环境更加人性化。
　　0 引言
　　在企业电路板焊接加工、学校学生电路板制作、电子研发人员电路板加工等都离不开焊接操作。作为焊接工作的电烙铁容易产生安全问题，特别是在焊接人员长时间焊接进入疲劳后，容易忘记关闭电烙铁，从而带来安全隐患。
　　焊接场合对照度有一定的要求，当环境照度不合适，容易造成焊接人员用眼疲劳和视力下降。本方案中设计一款能自动开启关断电烙铁电源及排风风扇电源，能根据环境光照自动调节LED照明灯照度的多功能电子焊接操作台具有一定的实用价值。
　　1.系统方案设计
　　多功能电子焊接操作台由排风风扇、LED照明灯、反射式光电开关、直流电源输出端子、液晶显示屏、环境照度检测传感器和主控电路组成。通过外部电源适配器提供直流电源，通过调压型LM2596和固定5V的LM2596提供可调直流电源和固定5V的直流电源，通过AMS1117-3.3稳压输出3.3V电源给主控系统供电。

　　多功能电子焊接操作台通过环境照度传感器UI202检测环境照度，并根据检测的环境照度由单片机产生PWM信号驱动LED恒流驱动器件TPS61165实现LED照明灯亮度的自动调节功能。
　　当操作人员来到焊接操作台前时，主控单片机通过反射式红外传感器检测到人体，启动排风风扇转动，同时开启电烙铁插座板电源，使电烙铁开始加热工作。
　　当人离开后一段时间后仍未回来，主控单片机关断电烙铁插座板电源和排风风扇电源。
　　多功能电子焊接操作台的系统组成框图如图1所示。
　　2.多功能电子焊接操作台的硬件设计
　　2.1 直流电源设计

　　多功能电子焊接操作台的直流电源电路图如图2所示。多功能电子操作台除了焊接用之外还提供两组外接直流电源输出口，提供一组可调直流电源和固定5V直流电源，便于调试产品使用。
　　可调电源通过调压型LM2596提供可调电压，可调电源输出电压可调节电位器RRP1实现，输出调压范围如公式1所示。

　　AMS1117-3.3电路将5V直流电源稳压至3.3V，为主控系统供电。　2.2 人体自动检测与控制设计
　　人体检测与自动控制电路如图3 所示。U1为反射式光电传感器，当没有人在焊接操作台前，U1的3脚输出高电平，当有人来到时，U1的3脚输出低电平，单片机通过检测该引脚的电平状态即可知道操作员是在操作台前，当操作人员在操作台前时，单片机通过输出口输出高电平驱动三极管Q2导通，使继电器K1得电，K1的常开触点闭合，电烙铁插座P3和风扇插座P4得电，使操作台开始工作。当操作人员离开时，U1的3脚输出低电平，单片机通过内部软件检测一段时间内操作人员仍未回来，通过输出口输出低电平，三极管Q2截止，继电器K1失电，K1的常开触点断开，电烙铁插座和风扇插座失电，操作台停止工作。

　　2.3 环境照度检测与自动调光设计
　　环境照度检测与自动调光电路图如图4所示。多功能焊接操作台能根据环境光照度自动调节LED照明灯的亮度，使操作台能够为焊接人员自动提供合适的焊接操作的环境亮度。

　　为使检测的环境光照值与人眼实际感觉的光照值基本一致，在本系统设计中选用尼赛拉公司的环境照度检测传感器UI202作为照度检测传感器，该传感器具有接近人眼光谱光视效率曲线的光谱响应曲线，通过内部光学滤波器，有效的降低了环境中红外线的影响。 UI202光谱特性曲线与人眼光谱特性曲线对比图如图5所示，从该曲线图可知两者基本一致。

　　UI202的输出电流与光强有很高的线性关系，通过外接电路R8，将电流转换为电压，由单片机内部的A/D转换，通过单片机内部运算，即可得到检测到的光照值。
　　TPS61165具备40V的集成型开关FET，是一款可驱动多达1 0个串联L E D的升压转换器。该升压转换器允许采用普通照明领域的高亮度L E D，固定运行频率为1.2MHz，开关流限为0.7A.
　　采用外部检测电阻器RSET可设置默认的白光LED（WLED）电流，而且可将反馈电压稳定在200mV.LED的电流能够通过单线数字接口由CTRL引脚控制。此外，还可以在CTRL引脚上施加PWM信号，以便由占空比来确定反馈参考电压。
　　TPS61165为LED照明灯提供的恒流值如公式2所示。

　　其中duty为2脚输入的PWM信号的占空比，VFB为200mV的参考电压，RSET为设置电阻，在本电路中，当P W M信号的占空比为1 0 0 %时，为L E D灯提供的电流为200/0.57≈350mA.
　　单片机通过A/D转换口检测到环境光照值，通过内部换算产生相应的PWM信号驱动TPS61165输出恒流电流，使LED照明灯产生合适的光照亮度。
　　3.单片机软件设计
　　在系统设计中，选择合适的单片机可以提高系统的集成度，降低成本。
　　在本系统设计中，UI202光度传感器检测环境照度输出对应的电压值，单片机需通过A/D转换成数字量才能回算出光照值，TPS61165需通过PWM信号实现调光功能，综合这两个因素，选用了内部集成A/D、自带硬件PWM信号发生的单片机 Atmega48作为主控单片机。根据功能要求，该系统的软件流程图如图6所示。

　　4.结束语
　　本文提出了一种多功能电子焊接操作台的设计方案，该设计方案通过照度传感器检测环境照度，反射式光电传感器检测操作人员的有无，通过单片机作为主控，操作人员长时间离开时自动关断电烙铁电源和排风风扇电源，降低了由于电烙铁未及时关闭存在的安全隐患，该方案根据环境照度自动控制焊接操作台的LED照明灯的亮度，不但降低了由于电烙铁未及时关闭带来的安全问题和耗电问题，也使焊接的环境更加人性化。

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