一種多功能電子焊接操作臺的設計方案

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，由單片機內部A/D轉換將光照值轉換成數(shù)字量，產(chǎn)生PWM信號控制LED燈驅動TPS61165實現(xiàn)自動調光功能。該設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、學校學生電路板制作、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。本方案中設計一款能自動開啟關斷電烙鐵電源及排風風扇電源，能根據(jù)環(huán)境光照自動調節(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)方案設計

多功能電子焊接操作臺由排風風扇、LED照明燈、反射式光電開關、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，通過調壓型LM2596和固定5V的LM2596提供可調直流電源和固定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信號驅動LED恒流驅動器件TPS61165實現(xiàn)LED照明燈亮度的自動調節(jié)功能。

當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，啟動排風風扇轉動，同時開啟電烙鐵插座板電源，使電烙鐵開始加熱工作。

當人離開后一段時間后仍未回來，主控單片機關斷電烙鐵插座板電源和排風風扇電源。

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計

2.1 直流電源設計

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，提供一組可調直流電源和固定5V直流電源，便于調試產(chǎn)品使用。

可調電源通過調壓型LM2596提供可調電壓，可調電源輸出電壓可調節(jié)電位器RRP1實現(xiàn)，輸出調壓范圍如公式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，當沒有人在焊接操作臺前，U1的3腳輸出高電平，當有人來到時，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，當操作人員在操作臺前時，單片機通過輸出口輸出高電平驅動三極管Q2導通，使繼電器K1得電，K1的常開觸點閉合，電烙鐵插座P3和風扇插座P4得電，使操作臺開始工作。當操作人員離開時，U1的3腳輸出低電平，單片機通過內部軟件檢測一段時間內操作人員仍未回來，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光設計

環(huán)境照度檢測與自動調光電路圖如圖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曲線，通過內部光學濾波器，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系，通過外接電路R8,將電流轉換為電壓，由單片機內部的A/D轉換，通過單片機內部運算，即可得到檢測到的光照值。

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

采用外部檢測電阻器RSET可設置默認的白光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為設置電阻，在本電路中，當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轉換口檢測到環(huán)境光照值，通過內部換算產(chǎn)生相應的PWM信號驅動TPS61165輸出恒流電流，使LED照明燈產(chǎn)生合適的光照亮度。

3.單片機軟件設計

在系統(tǒng)設計中，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)設計中，UI202光度傳感器檢測環(huán)境照度輸出對應的電壓值，單片機需通過A/D轉換成數(shù)字量才能回算出光照值，TPS61165需通過PWM信號實現(xiàn)調光功能，綜合這兩個因素，選用了內部集成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.結束語

本文提出了一種多功能電子焊接操作臺的設計方案，該設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斷電烙鐵電源和排風風扇電源，降低了由于電烙鐵未及時關閉存在的安全隱患， 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。