激光對焦在車輛橋梁矯正上的應用

(1.山東現(xiàn)代學院 山東 濟南 270200；2.山東德輝光伏科技有限公司 山東 棗莊 277300)

激光對焦在車輛橋梁矯正上的應用

宋嬌1孟德奇2

(1.山東現(xiàn)代學院山東濟南270200；2.山東德輝光伏科技有限公司山東棗莊277300)

現(xiàn)代社會人們對汽車的需求量日益增加，安全性與舒適度也成為消費者關注的焦點，汽車的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都日益提升改進。車輛橋梁矯在汽車生產(chǎn)中是比較重要的部分，對車輛的運行及安全較為關鍵。在以往車輛橋梁矯正加工生產(chǎn)線上，多采用人工對焦方式，通過單純的人眼對焦以確定車輛的正確矯正。這樣的對焦方式不但工人容易疲憊且容易產(chǎn)生誤差，會使得生產(chǎn)效率與質(zhì)量受到影響。因此，針對汽車橋梁矯正中的實際需要，提出利用激光完成車輛橋梁對焦的應用。

激光具單色性、方向性和相干性。利用激光的特點及車輛橋梁矯正的實際應用，設計了激光對焦裝置，該裝置主要分為三大部分：激光的發(fā)射與接收部分，單片機以及上位機數(shù)據(jù)統(tǒng)計部分。激光發(fā)射裝置與激光接收裝置各兩個，利用它們發(fā)出的信號驗證對焦是否成功，同時單片機進行鍵盤掃描、檢測信號、發(fā)聲、控制LED顯示、計數(shù)以及與上位機通信等功能。此外上位機能從單片機部分獲得數(shù)據(jù)，并形成表格，清晰的記錄工人的工作歷史，方便質(zhì)量監(jiān)督管理。

一、激光發(fā)射部分

該設計中，激光管外形尺寸為9*16mm，鐳射波長為650nm,它們的工作電壓為直流3V，工作電流為16mA,工作溫度為0-40度，并且有50mW左右的輸出功率。整個發(fā)射與接收裝置接收性能穩(wěn)定，抗干擾能力強，而且較高可靠性。

激光發(fā)射裝置由調(diào)制管、放大器、激光發(fā)射管等部分組成。調(diào)制管調(diào)制出頻率為180KHz的震蕩波后，經(jīng)過三極管放大，然后由激光發(fā)射管發(fā)射出激光。該裝置有兩個激光發(fā)射裝置，在汽車的兩側分別設置激光發(fā)射部分以實現(xiàn)兩側精準對焦。

二、激光接收部分

激光接收部分由接收管、濾波電容及數(shù)字信號接收口等組成。接收部分由一個相匹配180KHz的接收管接收光強，經(jīng)電容濾波后直接接入單片機，檢測返回電壓的高低，以確定對焦是否成功。

同激光發(fā)射裝置一樣，激光接收裝置也為左右兩個，左側的激光發(fā)射裝置與右側的激光接收裝置在同一水平線上，當車的橋梁真正矯正到正確位置時兩個激光接收裝置才會同時接收到發(fā)射的激光，單片機才會做出反應。

三、鎖存器

鎖存器是一種對脈沖電平敏感的存儲單元電路，它們能夠在特定輸入脈沖電平作用下改變狀態(tài)。鎖存即是將信號暫時存儲以維持某種電平狀態(tài)。其主要功能是緩存此外還能完成驅(qū)動問題，最后是解決一個I/O口既能輸入又能輸出的問題。

在LED和數(shù)碼管顯示中，要維持某個數(shù)據(jù)的顯示需要持續(xù)的快速的刷新。尤其是在四段八位數(shù)碼管等需要選通的顯示設備上，大概每三十毫秒就需要進行一次刷新，這樣大大占用了處理器的時間，消耗了處理器的功耗及處理能力。而鎖存器的使用可以大大緩解處理器在這方面的壓力。處理器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱鎯ζ骱螅i存器將其鎖存而且輸出引腳會一直保持數(shù)據(jù)狀態(tài)直到下一次新的鎖存數(shù)據(jù)為止。

選用74hc537為鎖存器，OE為輸出使能端，LE為數(shù)據(jù)鎖存使能端，Dn表示第n路輸入數(shù)據(jù)，On表示第n路輸出數(shù)據(jù)。當OE為1時無論LE為何值，輸出端為高阻態(tài)；當OE為0，LE為1時輸出端保持不變；當OE為0、LE為1時輸出數(shù)據(jù)等于輸入數(shù)據(jù)。在實際操作中，令OE為0，先將數(shù)據(jù)從單片機的口線上輸出到Dn,然后再將LE電平依次變?yōu)?-1-0，這時數(shù)據(jù)就鎖存在On上了，此時輸入的數(shù)據(jù)也影響不到所存的數(shù)據(jù)，這樣就完成了數(shù)據(jù)的鎖存。

四、LED顯示

LED顯示在生產(chǎn)、生活中的應用越來越廣泛，LED顯示屏具有以下優(yōu)點：亮度高、壽命長、視角大、易于計算機接口連接。LED是由若干個發(fā)光二級管組成的顯示字段的顯示器。在實際應用中LED顯示都是多位的，多位LED顯示有靜態(tài)和動態(tài)兩種方式。所謂靜態(tài)顯示就是某位字符的二極管恒定導通或截止，需要每個顯示位都需要一個8位的輸出口控制，占用資源較多。而動態(tài)顯示則不同，它是逐個循環(huán)點亮各位顯示器。

為實現(xiàn)多位顯示器的動態(tài)掃描，要給顯示器提供段的輸入同時也要對顯示器的位加以控制。因此，LED燈的接口電路需要8條段碼控制口和輸出位控制口兩個部分。用P3口的寫信號與P2口共同作為LED燈的位選輸出口，用P0口作為段碼控制口。這樣，用逐位掃描顯示方式，從段選口送出某位的LED字型碼然后位選該位，并且延遲一段時間，然后選通下一位，直到所有位掃描完成。

五、鍵盤部分

該應用要求工人上班工作時輸入工號以記錄工作情況，因此鍵盤的設計必不可少。鍵盤是一組按鍵組合，是最常用的單片機輸入設備。工作人員可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)簡單的人機對話。

在矩陣按鍵中，只需m條行線和n條列線就能組成m×n個按鍵的鍵盤，在本設計中需要用到0-9這十個按鍵，所以相應的定義十個按鍵即可。

六、上位機部分

上位機部分對工人的工作情況有一個較為詳細的統(tǒng)計，可以通過上位機查詢以往工作情況，包括工人工號、不同時段的工作數(shù)量及全部數(shù)量統(tǒng)計。

界面分為兩大部分，如圖1所示，左側為串口設置，在這里可以設置串口、波特率、校驗位、數(shù)據(jù)位以及停止位。點擊打開串口，即可對下位機的數(shù)據(jù)進行獲取，得到所需信息。右側為操作窗口，首先它顯示了當前的時間。

另外，查詢方式分為兩種：按工號查詢和按姓名查詢，輸入工號或姓名然后點擊查詢即可顯示該工人的工作歷史，當輸入的名字沒有統(tǒng)計在數(shù)據(jù)庫中時就會彈出“您輸入的姓名不存在”窗口。點擊打印報表即可將上位機存儲的數(shù)據(jù)打印出來；點擊生產(chǎn)數(shù)量統(tǒng)計即可顯示全部生產(chǎn)數(shù)量。

圖1 上位機顯示界面

當打開電源開始工作，要求工人先通過鍵盤輸入工號，以便進行記錄。當車輛兩側的激光接收裝置同時接收到發(fā)射的激光時，表示對焦成功。單片機通過對兩個相應工作口的檢測確定對焦的成功與否，當對焦成功時單片機將連接喇叭的接口置高電平使得喇叭發(fā)出聲音，以發(fā)聲信號的形式表示對焦成功。

該應用很好的解決了車輛橋梁矯正中的現(xiàn)實問題，保證對焦準確性，同時對工作數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析，方便監(jiān)督管理，很好的提高了工作效率。

[1]郭文川.單片機原理與接口技術[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2007.

[2]孫育才.MCS-51系列單片微型計算機及其應用[M].南京：東南大學出版社，2004.

宋嬌(1988-)，女，漢族，山東泰安，碩士研究生，山東現(xiàn)代學院，研究方向電氣工程自動化，控制理論，電路分析，電工電子技術以及配電網(wǎng)設備研究；孟德奇(1989-)，男，漢族，山東棗莊，本科，山東德輝光伏科技有限公司，研究方向太陽能發(fā)電，逆變器、最大效率跟蹤，新能源市場開發(fā)及拓展。