一種多功能電子焊接操作臺的設(shè)計方案

通過符合人眼光譜特性曲線的環(huán)境光照傳感器UI202檢測環(huán)境照度，由單片機內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換將光照值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，產(chǎn)生PWM信號控制LED燈驅(qū)動TPS61165實現(xiàn)自動調(diào)光功能。該設(shè)計方案的電子焊接操作臺不但降低了由于電烙鐵未及時關(guān)閉帶來的安全問題和耗電問題，也使焊接的環(huán)境更加人性化。

0 引言

在企業(yè)電路板焊接加工、學(xué)校學(xué)生電路板制作、電子研發(fā)人員電路板加工等都離不開焊接操作。作為焊接工作的電烙鐵容易產(chǎn)生安全問題，特別是在焊接人員長時間焊接進入疲勞后，容易忘記關(guān)閉電烙鐵，從而帶來安全隱患。

焊接場合對照度有一定的要求，當(dāng)環(huán)境照度不合適，容易造成焊接人員用眼疲勞和視力下降。本方案中設(shè)計一款能自動開啟關(guān)斷電烙鐵電源及排風(fēng)風(fēng)扇電源，能根據(jù)環(huán)境光照自動調(diào)節(jié)LED照明燈照度的多功能電子焊接操作臺具有一定的實用價值。

1.系統(tǒng)方案設(shè)計

多功能電子焊接操作臺由排風(fēng)風(fēng)扇、LED照明燈、反射式光電開關(guān)、直流電源輸出端子、液晶顯示屏、環(huán)境照度檢測傳感器和主控電路組成。通過外部電源適配器提供直流電源，通過調(diào)壓型LM2596和固定5V的LM2596提供可調(diào)直流電源和固定5V的直流電源，通過AMS1117-3.3穩(wěn)壓輸出3.3V電源給主控系統(tǒng)供電。

多功能電子焊接操作臺通過環(huán)境照度傳感器UI202檢測環(huán)境照度，并根據(jù)檢測的環(huán)境照度由單片機產(chǎn)生PWM信號驅(qū)動LED恒流驅(qū)動器件TPS61165實現(xiàn)LED照明燈亮度的自動調(diào)節(jié)功能。

當(dāng)操作人員來到焊接操作臺前時，主控單片機通過反射式紅外傳感器檢測到人體，啟動排風(fēng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，同時開啟電烙鐵插座板電源，使電烙鐵開始加熱工作。

當(dāng)人離開后一段時間后仍未回來，主控單片機關(guān)斷電烙鐵插座板電源和排風(fēng)風(fēng)扇電源。

多功能電子焊接操作臺的系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

2.多功能電子焊接操作臺的硬件設(shè)計

2.1 直流電源設(shè)計

多功能電子焊接操作臺的直流電源電路圖如圖2所示。多功能電子操作臺除了焊接用之外還提供兩組外接直流電源輸出口，提供一組可調(diào)直流電源和固定5V直流電源，便于調(diào)試產(chǎn)品使用。

可調(diào)電源通過調(diào)壓型LM2596提供可調(diào)電壓，可調(diào)電源輸出電壓可調(diào)節(jié)電位器RRP1實現(xiàn)，輸出調(diào)壓范圍如公式1所示。

AMS1117-3.3電路將5V直流電源穩(wěn)壓至3.3V,為主控系統(tǒng)供電。

2.2 人體自動檢測與控制設(shè)計

人體檢測與自動控制電路如圖3 所示。U1為反射式光電傳感器，當(dāng)沒有人在焊接操作臺前，U1的3腳輸出高電平，當(dāng)有人來到時，U1的3腳輸出低電平，單片機通過檢測該引腳的電平狀態(tài)即可知道操作員是在操作臺前，當(dāng)操作人員在操作臺前時，單片機通過輸出口輸出高電平驅(qū)動三極管Q2導(dǎo)通，使繼電器K1得電，K1的常開觸點閉合，電烙鐵插座P3和風(fēng)扇插座P4得電，使操作臺開始工作。當(dāng)操作人員離開時，U1的3腳輸出低電平，單片機通過內(nèi)部軟件檢測一段時間內(nèi)操作人員仍未回來，通過輸出口輸出低電平，三極管Q2截止，繼電器K1失電，K1的常開觸點斷開，電烙鐵插座和風(fēng)扇插座失電，操作臺停止工作。

2.3 環(huán)境照度檢測與自動調(diào)光設(shè)計

環(huán)境照度檢測與自動調(diào)光電路圖如圖4所示。多功能焊接操作臺能根據(jù)環(huán)境光照度自動調(diào)節(jié)LED照明燈的亮度，使操作臺能夠為焊接人員自動提供合適的焊接操作的環(huán)境亮度。

為使檢測的環(huán)境光照值與人眼實際感覺的光照值基本一致，在本系統(tǒng)設(shè)計中選用尼賽拉公司的環(huán)境照度檢測傳感器UI202作為照度檢測傳感器，該傳感器具有接近人眼光譜光視效率曲線的光譜響應(yīng)曲線，通過內(nèi)部光學(xué)濾波器，有效的降低了環(huán)境中紅外線的影響。UI202光譜特性曲線與人眼光譜特性曲線對比圖如圖5所示，從該曲線圖可知兩者基本一致。

UI202的輸出電流與光強有很高的線性關(guān)系，通過外接電路R8,將電流轉(zhuǎn)換為電壓，由單片機內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換，通過單片機內(nèi)部運算，即可得到檢測到的光照值。

TPS61165具備40V的集成型開關(guān)FET,是一款可驅(qū)動多達1 0個串聯(lián)L E D的升壓轉(zhuǎn)換器。該升壓轉(zhuǎn)換器允許采用普通照明領(lǐng)域的高亮度L E D,固定運行頻率為1.2MHz,開關(guān)流限為0.7A.

采用外部檢測電阻器RSET可設(shè)置默認的白光LED(WLED)電流，而且可將反饋電壓穩(wěn)定在200mV.LED的電流能夠通過單線數(shù)字接口由CTRL引腳控制。此外，還可以在CTRL引腳上施加PWM信號，以便由占空比來確定反饋參考電壓。

TPS61165為LED照明燈提供的恒流值如公式2所示。

其中duty為2腳輸入的PWM信號的占空比，VFB為200mV的參考電壓，RSET為設(shè)置電阻，在本電路中，當(dāng)P W M信號的占空比為1 0 0 %時，為L E D燈提供的電流為200/0.57≈350mA.

單片機通過A/D轉(zhuǎn)換口檢測到環(huán)境光照值，通過內(nèi)部換算產(chǎn)生相應(yīng)的PWM信號驅(qū)動TPS61165輸出恒流電流，使LED照明燈產(chǎn)生合適的光照亮度。

3.單片機軟件設(shè)計

在系統(tǒng)設(shè)計中，選擇合適的單片機可以提高系統(tǒng)的集成度，降低成本。

在本系統(tǒng)設(shè)計中，UI202光度傳感器檢測環(huán)境照度輸出對應(yīng)的電壓值，單片機需通過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量才能回算出光照值，TPS61165需通過PWM信號實現(xiàn)調(diào)光功能，綜合這兩個因素，選用了內(nèi)部集成A/D、自帶硬件PWM信號發(fā)生的單片機Atmega48作為主控單片機。根據(jù)功能要求，該系統(tǒng)的軟件流程圖如圖6所示。

4.結(jié)束語

本文提出了一種多功能電子焊接操作臺的設(shè)計方案，該設(shè)計方案通過照度傳感器檢測環(huán)境照度，反射式光電傳感器檢測操作人員的有無，通過單片機作為主控，操作人員長時間離開時自動關(guān)斷電烙鐵電源和排風(fēng)風(fēng)扇電源，降低了由于電烙鐵未及時關(guān)閉存在的安全隱患， 該方案根據(jù)環(huán)境照度自動控制焊接操作臺的LED照明燈的亮度，不但降低了由于電烙鐵未及時關(guān)閉帶來的安全問題和耗電問題，也使焊接的環(huán)境更加人性化。