CN201139682Y

CN201139682Y - 微控制器控制自动变光电焊护目镜

Info

Publication number: CN201139682Y
Application number: CNU2007200926246U
Authority: CN
Inventors: 蒋群
Original assignee: Zhongyuan University of Technology
Current assignee: Zhongyuan University of Technology
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2017-11-09

Abstract

本实用新型涉及一种带有微控制器控制的微控制器控制自动变光电焊护目镜，包括弧光检测电路、电源模块及霍尔自动开关电路、MSP430微控制器、30V高压发生电路、2－3V输出电压可调电路、液晶光阀驱动电路和液晶光阀，并在护目镜后面板上装有调节护目镜灵敏度的旋钮、切换遮光号与保持时间的功能转换键和调节护目镜遮光号或改变暗态保持时间的按键，具有高性能、超微功耗和低成本的优点。

Description

微控制器控制自动变光电焊护目镜

技术领域

本实用新型涉及一种用于焊接加工领域的自动变光电焊护目镜，特别涉及一种带有微控制器控制的微控制器控制自动变光电焊护目镜。

背景技术

国内外现有的自动变光电焊护目镜技术有许多种，在实际中应用较多的是光控的自动变光电焊护目镜，其基本技术特征是由液晶光阀、数字电路和光敏器件组成的可以检测到弧光并自动驱动液晶光阀由透明的亮态迅速变为保护的暗态的一种装置。该类技术有几个必须解决的问题：一、电源供应：由于自动变光电焊护目镜对体积和重量都有严格的限制，所以产品本身不能带大容量电池，而液晶光阀的电容比较大，用交流电压驱动时的功耗比较大。二、变光速度：由于液晶光阀的变光需要一定时间，所以光阀从亮态完全变为暗态完成的时间总是在弧光产生之后。根据国际标准的规定，变光的时间必须小于一定时间才能保证不伤害到眼睛，因此必须在液晶光阀变光的启始阶段对其加载高压从而保证光阀的变光时间小于国际标准的规定。三、抗干扰：护目镜必须在不同光照条件下和不同弧光强度、弧焊类型下正确变光。

目前，国内光控自动变光护目镜技术仍处于较低水平，如专利ZL200520016138.7，该项技术首先在电源方面只是单纯采用光电池和锂电池供电，电路工作时的电压是不稳定的，甚至无法知道电池是否有电，而液晶光阀的变光的速度与驱动电压呈线性正比关系，所以该项技术不能保证使用过程中液晶光阀变光速度，也无法保证电路的正确工作。另外，该项技术的液晶驱动电路采用了数字门电路，因为数字门电路的最大工作电压不超过18V，所以其输出驱动电压也不能超过18V，而液晶光阀为了能在起弧时快速变光，要求加载30-40V或者更高的电压1-3ms的时间。

国外光控自动变光护目镜技术相对较为成熟，但其整体成本过高，如美国专利US7,232,988，该项技术采用了30-40V高压发生模块LT1615-1、液晶光阀驱动模块HV508LG和微控制器68HC908GR4等昂贵的芯片。

发明内容

本实用新型的目的是克服上述技术的缺陷而提供一种高性能、超微功耗和低成本的微控制器控制自动变光电焊护目镜。

本实用新型的目的是这样实现的：包括弧光检测电路、电源模块及霍尔自动开关电路、MSP430微控制器、30V高压发生电路、2-3V输出电压可调电路、液晶光阀驱动电路和液晶光阀，并在护目镜后面板上装有调节护目镜灵敏度的旋钮、切换遮光号与保持时间的功能转换键和调节护目镜遮光号或改变暗态保持时间的按键。

在弧光检测电路中，光敏三极管Q1与电阻R9串联形成光电转换电路，转换信号经R4、C3加到U1A的正向输入端，U1A的负向输入端由R3、R7和电位器RP1设定一个阀值，U1A输出端经D1与并联的C1、R5加载在三极管Q3的基极上，在三极管的集电极输出弧光检测信号；U1A用运算放大器或用电压比较器。

在电源模块和霍尔自动开关电路中，光电池SC1和锂电池BT1经D2共同向电路供电，SC1通过D3和R14向BT1充电；R12和R16与电源串联分压，分压信号接入MSP430微控制器的一个端口；电源经MAX1725/6稳压模块稳压输出3.6/3.3V电压，该输出电压直接供给MSP430微控制器和霍尔感应芯片A3212，而其它电路则由MSP430微控制器和霍尔感应芯片A3212二者的工作状态共同通过控制Q4的通断决定是否供电。

在液晶光阀驱动电路中，由微控制器的一个端口输出频率可调的方波经U5B与U5C组合产生两路波形相同、方向相反的可变频方波分别加载在Q9和Q10的控制端，U5A与U5D将来自弧光检测电路的监测信号与来自微控制器的控制信号经D7加载到Q13的控制端；Q7-Q12组成H桥驱动电路驱动液晶光阀，Q7-Q13用三极管、MOSFET或JFET，H桥的驱动电压由30V高压发生电路和2-3V输出电压可调电路共同提供。

在键盘电路、30V高压发生电路、2-3V输出电压可调电路中，键盘电路是由C10和S1并联后与R30串联、C11和S2并联与R31串联组成的两组相同的电路，两组电路的阻容连接端分别接入微控制器的两个端口；30V高压发生电路由R18-R20、Q5、Q6、L1、D5、C8组成，其中R18、R19和Q5组成高压发生使能电路，由微控制器控制高压发生电路是否有电压输出，L1、D5、Q6组成BOOST升压电路，经C8滤波后输出至液晶光阀驱动电路驱动H桥，微控制器通过调制加载在Q6控制端的PWM波控制升压电路的输出电压；2-3V输出电压可调电路是由运算放大器U5组成的倍压电路和R21、C12组成的D/A转换电路组成，微控制器经TA1输出可调的数字量通过D/A转换为精密的电压输出，再经倍压后输出2-3V电压至液晶光阀驱动电路。

所述的MSP430微控制器为TI公司生产的MSP430F20X系列的任一型号微控制器。

本实用新型的优点在于：一、在电源方面，光电池和锂电池共同给电路供电并且光电池还能在适当的时候给锂电池充电，保证产品在整个使用寿命过程中不需要更换电池；采用MAX1725/6微功耗稳压芯片一方面本身消耗极低的电能，另一方面在电池电压波动时输出稳定的工作电压，保证电路的正常运行；另外，MSP430微控制器具有多种低功耗模式，可以根据电路不同的运行状态，自动控制整机处于不同的低功耗状态，并且采用变频驱动液晶光阀，最大限度的降低整机功耗，同时微控制器能实时监测电源的电压状态，一旦电池电压低，微控制器能发出警告信号。二、改进了的液晶光阀驱动电路，一方面能承受高驱动电压，保证液晶光阀以最快的变光速度变光；另一方面相对于国外一些技术采用昂贵的驱动芯片成本大幅降低。三、改进了的30V高压发生电路只采用了简单的几个元件配合MSP430微控制器就能达到稳定升压效果，同时大幅降低成本。四、改进了的2-3V输出电压可调电路充分利用了MSP430微控制器的强大功能，使得调光电路具有低功耗、高精度和低成本的数字调节功能。五、弧光检测电路一方面保持原有的良好抗干扰性和稳定性，同时改进后简化了电路结构。

附图说明

图1为本实用新型电路逻辑框架图。

图2为本实用新型电路工作流程图。

图3为本实用新型电路总原理图。

图4为本实用新型电源及霍尔开关电路图。

图5为本实用新型弧光检测电路图。

图6为本实用新型液晶光阀驱动电路图。

图7为本实用新型前视图。

图8为本实用新型后视图。

其中，图中1为光电池；2为光敏三极管；3为液晶光阀；4为护目镜外框；5为调节护目镜灵敏度的旋钮；6为调节护目镜遮光号或改变暗态保持时间的按键；7为切换遮光号与保持时间的功能转换键。

具体实施方式

结合图3-8，该自动变光电焊护目镜由弧光检测电路、电源模块及霍尔自动开关电路、MSP430微控制器、30V高压发生电路、2-3V输出电压可调电路(调光电路)、液晶光阀驱动电路和液晶光阀组成，并在护目镜后面板上装有调节护目镜灵敏度的旋钮、切换遮光号与保持时间的功能转换键和调节护目镜遮光号或改变暗态保持时间的按键。

结合图5，弧光检测电路的光敏三极管Q1与电阻R9串联形成光电转换电路，转换信号经R4、C3加到U1A的正向输入端，U1A的负向输入端由R3、R7和电位器RP1设定一个阀值，U1A输出端经D1与并联的C1、R5加载在三极管Q3的基极上，在三极管的集电极输出弧光检测信号。

结合图4，电源模块和霍尔自动开关电路为光电池SC1和锂电池BT1经D2共同向电路供电，SC1可通过D3和R14向BT1充电；R12和R16与电源串联分压，分压信号接入MSP430微控制器的一个端口，如本电路为P1.0口，用于检测电源供电情况，如果电池电量低则发出低电压警告；电源经MAX1725/6稳压模块稳压输出3.6/3.3V电压，该输出电压直接供给MSP430微控制器和霍尔感应芯片A3212，而其它电路则由MSP430微控制器和霍尔感应芯片A3212二者的工作状态共同通过控制Q4的通断决定是否供电。

结合图6，液晶光阀驱动电路结构为：由微控制器的一个端口输出频率可调的方波经U5B与U5C组合产生两路波形相同、方向相反的可变频方波分别加载在Q9和Q10的控制端，U5A与U5D将来自弧光检测电路的监测信号与来自微控制器的控制信号经D7输出，无论是弧光检测电路发出监测信号或微控制器发出控制信号都加载到Q13的控制端控制Q13的通断，从而控制液晶光阀的明暗状态；Q7-Q12组成H桥驱动电路驱动液晶光阀，Q7-Q13用三极管、MOSFET或JFET皆可，H桥的驱动电压由30V高压发生电路和2-3V输出电压可调电路共同提供。

结合图3，键盘电路是由C10和S1并联后与R30串联、C11和S2并联与R31串联组成的两组相同的电路，两组电路的阻容连接端分别接入微控制器的两个端口，如本电路的P2.6和P2.7口；30V高压发生电路由R18-R20、Q5、Q6、L1、D5、C8组成，其中R18、R19和Q5组成高压发生使能电路，由微控制器控制高压发生电路是否有电压输出，L1、D5、Q6组成BOOST升压电路，经C8滤波后输出至液晶光阀驱动电路驱动H桥，微控制器通过调制加载在Q6控制端的PWM波控制升压电路的输出电压；2-3V输出电压可调电路是由运算放大器U5组成的倍压电路和R21、C12组成的D/A转换电路组成，微控制器经TA1输出可调的数字量通过D/A转换为精密的电压输出，再经倍压后输出2-3V电压至液晶光阀驱动电路，用于调节液晶光阀暗态透光率，即改变光阀的遮光号。

本实用新型的技术原理如图1电路逻辑框架图和图2工作流程图所示，该项技术主要包括弧光检测电路、电源模块及霍尔自动开关电路、MSP430微控制器、30V高压发生电路、2-3V输出电压可调电路(调光电路)、液晶光阀驱动电路和液晶光阀。其中，弧光检测电路用于实时监测弧光的发生，一旦监测到弧光，则立即向微控制器发出中断请求并同时控制液晶光阀由明态变为暗态。MSP430微控制器在接收到弧光检测电路的中断请求时，立即保持液晶光阀为常暗，并按时序先控制30V高压发生电路产生30V的高压快速驱动液晶光阀从明态完全变为暗态，而后关闭高压发生电路，转由2-3V输出可调电路根据键盘电路预先设定的输出电压来控制液晶光阀保持一定的透光率。当弧光检测电路监测到没有弧光产生时，微控制器按设定的时间延时后控制液晶光阀由暗态变为亮态。

其中，所述的弧光检测电路是在美国专利US7,232,988相应电路的基础之上改进而得，其电路图如图5。光敏三极管Q1与电阻R9串联形成光电转换电路，转换信号经R4、C3加到U1A的正向输入端，C3用于隔离直流分量，R4则是通过一定的直流分量，U1A的负向输入端由R3、R7和电位器RP1设定一个阀值，通过调节RP1可以改变阀值的大小，从而调整检测电路的灵敏度，这里U1A可以用运算放大器，也可以用电压比较器。U1A输出端经D1与并联的C1、R5加载在三极管Q3的基极上，在三极管的集电极输出弧光检测信号。

所述的电源模块及霍尔自动开关电路如图4所示。该项产品由光电池SC1和锂电池BT1经D2共同向电路供电，SC1可通过D3和R14向BT1充电；R12和R16与电源串联分压，分压信号接入MSP430微控制器的一个端口，如本电路为P1.0口，用于检测电源供电情况，如果电池电量低则发出低电压警告；电源经MAX1725/6稳压模块稳压输出3.6/3.3V电压，该输出电压直接供给MSP430微控制器和霍尔感应芯片A3212，而其它电路则由MSP430微控制器和霍尔感应芯片A3212二者的工作状态共同通过控制Q4的通断决定是否供电。

所述的液晶光阀驱动电路如图6所示。由微控制器的一个端口输出频率可调的方波经U5B与U5C组合产生两路波形相同、方向相反的可变频方波分别加载在Q9和Q10的控制端，U5A与U5D将来自弧光检测电路的监测信号与来自微控制器的控制信号经D7输出，无论是弧光检测电路发出监测信号或微控制器发出控制信号都加载到Q13的控制端控制Q13的通断，从而控制液晶光阀的明暗状态；Q7-Q12组成H桥驱动电路驱动液晶光阀，Q7-Q13用三极管、MOSFET或JFET皆可，H桥的驱动电压由30V高压发生电路和2-3V输出电压可调电路共同提供。

所述的键盘电路、30V高压发生电路、2-3V输出电压可调电路以及总电路图如图3所示。键盘电路是由C10和S1并联后与R30串联、C11和S2并联与R31串联组成的两组相同的电路，两组电路的阻容连接端分别接入微控制器的两个端口，如本电路的P2.6和P2.7口；30V高压发生电路由R18-R20、Q5、Q6、L1、D5、C8组成，其中R18、R19和Q5组成高压发生使能电路，由微控制器控制高压发生电路是否有电压输出，L1、D5、Q6组成BOOST升压电路，经C8滤波后输出至液晶光阀驱动电路驱动H桥，微控制器通过调制加载在Q6控制端的PWM波控制升压电路的输出电压；2-3V输出电压可调电路是由运算放大器U5组成的倍压电路和R21、C12组成的D/A转换电路组成，微控制器经TA1输出可调的数字量通过D/A转换为精密的电压输出，再经倍压后输出2-3V电压至液晶光阀驱动电路，用于调节液晶光阀暗态透光率，即改变光阀的遮光号。

Claims

1、一种微控制器控制自动变光电焊护目镜，其特征在于：包括弧光检测电路、电源模块及霍尔自动开关电路、MSP430微控制器、30V高压发生电路、2-3V输出电压可调电路、液晶光阀驱动电路和液晶光阀，并在护目镜后面板上装有调节护目镜灵敏度的旋钮、切换遮光号与保持时间的功能转换键和调节护目镜遮光号或改变暗态保持时间的按键。

2、根据权利要求1所述的微控制器控制自动变光电焊护目镜，其特征在于：在弧光检测电路中，光敏三极管Q1与电阻R9串联形成光电转换电路，转换信号经R4、C3加到U1A的正向输入端，U1A的负向输入端由R3、R7和电位器RP1设定一个阀值，U1A输出端经D1与并联的C1、R5加载在三极管Q3的基极上，在三极管的集电极输出弧光检测信号；U1A用运算放大器或用电压比较器。

3、根据权利要求1所述的微控制器控制自动变光电焊护目镜，其特征在于：在电源模块和霍尔自动开关电路中，光电池SC1和锂电池BT1经D2共同向电路供电，SC1通过D3和R14向BT1充电；R12和R16与电源串联分压，分压信号接入MSP430微控制器的一个端口；电源经MAX1725/6稳压模块稳压输出3.6/3.3V电压，该输出电压直接供给MSP430微控制器和霍尔感应芯片A3212，而其它电路则由MSP430微控制器和霍尔感应芯片A3212二者的工作状态共同通过控制Q4的通断决定是否供电。

4、根据权利要求1所述的微控制器控制自动变光电焊护目镜，其特征在于：在液晶光阀驱动电路中，由微控制器的一个端口输出频率可调的方波经U5B与U5C组合产生两路波形相同、方向相反的可变频方波分别加载在Q9和Q10的控制端，U5A与U5D将来自弧光检测电路的监测信号与来自微控制器的控制信号经D7加载到Q13的控制端；Q7-Q12组成H桥驱动电路驱动液晶光阀，Q7-Q13用三极管、MOSFET或JFET，H桥的驱动电压由30V高压发生电路和2-3V输出电压可调电路共同提供。

5、根据权利要求1所述的微控制器控制自动变光电焊护目镜，其特征在于：在键盘电路、30V高压发生电路、2-3V输出电压可调电路中，键盘电路是由C10和S1并联后与R30串联、C11和S2并联与R31串联组成的两组相同的电路，两组电路的阻容连接端分别接入微控制器的两个端口；30V高压发生电路由R18-R20、Q5、Q6、L1、D5、C8组成，其中R18、R19和Q5组成高压发生使能电路，由微控制器控制高压发生电路是否有电压输出，L1、D5、Q6组成BOOST升压电路，经C8滤波后输出至液晶光阀驱动电路驱动H桥，微控制器通过调制加载在Q6控制端的PWM波控制升压电路的输出电压；2-3V输出电压可调电路是由运算放大器U5组成的倍压电路和R21、C12组成的D/A转换电路组成，微控制器经TA1输出可调的数字量通过D/A转换为精密的电压输出，再经倍压后输出2-3V电压至液晶光阀驱动电路。

6、根据权利要求1所述的微控制器控制自动变光电焊护目镜，其特征在于：所述的MSP430微控制器为TI公司生产的MSP430F20X系列的任一型号微控制器。