程云祺 馬強(qiáng) 王喬穆
摘 要:研制了一種基于AT89S52單片機(jī)的汽車內(nèi)后視鏡光譜反射率測(cè)試臺(tái),該測(cè)試臺(tái)能針對(duì)環(huán)境對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正。著重討論了該測(cè)試臺(tái)系統(tǒng)原理和單片機(jī)內(nèi)部算法,并對(duì)測(cè)試精度進(jìn)行了分析,結(jié)果表明該測(cè)試臺(tái)誤差符合國標(biāo)規(guī)定。
關(guān)鍵詞:光譜反射率測(cè)試臺(tái);修正;算法;精度
1 引言
為保障車輛和行人的安全, 國家計(jì)量部門對(duì)后視鏡反射面的反射率提出了嚴(yán)格要求。后視鏡的光譜反射率是衡量后視鏡質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo), 為了提高汽車后視鏡的質(zhì)量, 對(duì)后視鏡光譜反射進(jìn)行準(zhǔn)確有效的測(cè)試是必不可少的。對(duì)于確定反射率的測(cè)試方法是采用由光源、試樣支架、帶有光檢測(cè)器和指示儀表的接收單元,以及能消除外來光影響的裝置組成的的測(cè)試儀器來進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試方法分為直接標(biāo)定法和間接標(biāo)定法[1,2]。
外后視鏡一般鏡面為非平面鏡,其測(cè)試方法一般為:由光源發(fā)出的光經(jīng)聚光鏡成為平行光束射入積分球, 反射鏡反光線反射到被測(cè)物。為了使光能夠在積分球內(nèi)均勻分布, 以致積分球各處的光照度相同, 利用光阱吸收由被測(cè)物直射到傳感器的光, 而擋板的作用是改變由被測(cè)物經(jīng)1次反射到達(dá)傳感器的光的方向, 使此光束能夠在積分球內(nèi)部多次積分后得到的均勻反射光匯集到光電探測(cè)器上。內(nèi)后視鏡一般為平面鏡,其測(cè)量可采用由光源發(fā)出的光經(jīng)聚光鏡成為平行光束后,經(jīng)內(nèi)后視鏡反射后射入光電探測(cè)器上,因此可以不用積分球。不過現(xiàn)有的測(cè)試儀器在外界環(huán)境的影響上,并沒有做修正。本文研究了一種利用單片機(jī)的汽車內(nèi)后視鏡反射率測(cè)試臺(tái),該測(cè)試臺(tái)能夠嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行測(cè)量,且能夠考慮環(huán)境因素對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行修正[3,4]。
2 系統(tǒng)原理
本文研制了一種基于單片機(jī)控制的內(nèi)后視鏡反射率測(cè)試臺(tái),其工作原理如圖1所示。該測(cè)試臺(tái)以AT89S52單片機(jī)為核心。系統(tǒng)中以某型號(hào)的燈泡作為點(diǎn)光源, 用直流穩(wěn)壓電源為其供電, 由于流過燈泡的電流, 一方面決定了燈泡的亮度, 另一方面決定了燈泡的壽命,因此采用了2.5A為其工作電流。光經(jīng)過平行光管進(jìn)行處理后以平行光射出,經(jīng)過內(nèi)后視鏡反射后進(jìn)入光探測(cè)器,光探測(cè)器將光強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸入單片機(jī),以線性度較好的某硒光電池作為光探測(cè)器。光探測(cè)器上輸出信號(hào)為10-7數(shù)量級(jí)的微弱電流,需要由具有高輸入阻抗,低零漂的電路放大,設(shè)計(jì)中采用放大電路將電流信號(hào)放大到0~5伏電壓信號(hào),在電路設(shè)計(jì)中為抑制噪聲、減小干擾,且兩路放大電路都加有低通濾波電路由于該信號(hào)需要輸入單片機(jī),因此需要A/D轉(zhuǎn)換電路。單片機(jī)接收光探測(cè)器經(jīng)處理過的信號(hào)的同時(shí),也測(cè)試恒流穩(wěn)壓電源的電流,從而對(duì)光源進(jìn)行監(jiān)控,同時(shí)測(cè)試外部光強(qiáng),經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化后也輸入單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)光探測(cè)器輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)算得到光譜反射率值,利用外部光強(qiáng)信號(hào)和光源電流信號(hào)對(duì)其進(jìn)行處理和修正,然后將光源電流值、光探測(cè)器探測(cè)值及被測(cè)試樣的光譜反射率顯示在128*64點(diǎn)陣顯示屏。為了防止系統(tǒng)中發(fā)生零飄,設(shè)計(jì)了一個(gè)歸零控制模塊。
圖1 內(nèi)后視鏡測(cè)試臺(tái)工作原理
3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),所有部件集中于一個(gè)金屬板件上,要求金屬板件有一定的剛度,以保證所有的部件處于同一高度且高度不變。光源由穩(wěn)壓電源、燈泡和平行光管組成。發(fā)出平行光照射到被測(cè)內(nèi)后視鏡上。被測(cè)內(nèi)后視鏡由夾具進(jìn)行夾緊,夾具可以萬向調(diào)節(jié),以保證能有合適的反射光垂直射入光接收器上。光接收器由磁力座固定在金屬板件上,高度和角度可調(diào)節(jié),以便于垂直接收被測(cè)內(nèi)后視鏡反射來的光,然后將光信號(hào)處理后輸入單片機(jī)。
4 軟件編程
當(dāng)光接收器接收光信號(hào)后,轉(zhuǎn)化為電壓值進(jìn)行輸出,然后對(duì)該電壓值進(jìn)行信號(hào)的放大和濾波以及A/D轉(zhuǎn)換后,輸入單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算,同時(shí)參考外部光強(qiáng)和光源電流值進(jìn)行修正。
當(dāng)開機(jī)后,單片機(jī)首先進(jìn)行自檢,如發(fā)現(xiàn)有零飄現(xiàn)象,則在點(diǎn)陣顯示屏上提示操作者進(jìn)行調(diào)零操作,然后準(zhǔn)備接收測(cè)試數(shù)據(jù),即光探測(cè)器得到的電壓值進(jìn)行處理后的數(shù)據(jù)。根據(jù)該數(shù)據(jù)依照內(nèi)部公式進(jìn)行計(jì)算,得到當(dāng)前被測(cè)內(nèi)反射鏡的反射率后,根據(jù)外部環(huán)境數(shù)據(jù)依照修正公式進(jìn)行修正,然后將反射率、外部環(huán)境數(shù)據(jù)顯示在點(diǎn)陣顯示屏上,測(cè)試停止。
5 精度分析
本文利用80%的標(biāo)準(zhǔn)白板作為參考標(biāo)樣,90%標(biāo)準(zhǔn)白板(A板)和75%的標(biāo)準(zhǔn)白板(B板)作為被測(cè)物進(jìn)行測(cè)試,來標(biāo)定儀器的精度。測(cè)試結(jié)果如表1所示。
表1 儀器精度標(biāo)定
由表可見,對(duì)于A板,儀器的平均絕對(duì)誤差為0.9%;對(duì)于B板,儀器的平均絕對(duì)誤差為0.8%。這表明,該測(cè)量系統(tǒng)的精度滿足國標(biāo)的要求(誤差小于1%)。
6 結(jié)論
本文設(shè)計(jì)制作了一種基于單片機(jī)的汽車內(nèi)后視鏡反射率測(cè)試臺(tái)。結(jié)論如下:
(1)根據(jù)國標(biāo)要求,設(shè)計(jì)了有光源、光探測(cè)器、單片機(jī)處理器組成的測(cè)試臺(tái)。
(2)利用AT89S52單片機(jī)為核心,根據(jù)光探測(cè)器數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,并考慮外部環(huán)境進(jìn)行修正,并予以顯示。
(3)測(cè)試結(jié)果證明,誤差在1%以內(nèi),滿足國標(biāo)要求。
參考文獻(xiàn)
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