CN201119949Y - 一种单片机系统控制的自动变光液晶焊接护目镜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种由单片机系统控制的自动变光液晶焊接护目镜，属于焊接器材领域。它包括外壳，单片机，及与之电连接的电源接口，触发电路，信号输出电路；与触发电路电连接的光敏管以及与信号输出电路电连接的液晶镜片组。单片机上还设置了热敏电阻，灵敏度调节旋钮，遮光号调节旋钮，延时开关，温度补偿电路，升压电路和预留端口。本实用新型能在－10℃到+60℃的宽广温度范围内，随焊接过程中产生的光强的变化，按照事先设定的遮光号改变暗态程度。由于采用了单片机应用程序来控制整个电路，可以使长时间触发的电路也能维持在一个稳定值。同时单片机上的预留端口极大地增强了本实用新型的可扩展性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种由单片机系统控制的液晶焊接护目镜。尤其涉及一种在-10℃到+60℃的宽广温度范围内，能随着焊接过程中产生的光强的变化，按照事先设定的遮光号改变暗态程度的液晶护目镜。
背景技术
目前，一般使用的焊接护目镜只是用深色的塑料或者玻璃，或者用滤光片来遮挡焊接时的弧光。当焊接起弧时，在强烈的电弧光的照射下，焊工可以看清工件，焊钳以及工作环境等，但在焊接起弧前后，在自然光照射下，焊工的视野则被深色的护目镜镜片阻隔，眼前往往漆黑一团，只能摸索操作，或者拿下护目镜操作，既不方便也不安全。即使是在焊接的过程中，弧光光强大小不同，使用者所处的工作环境温度不同，使用者也只能在变化的环境中使用暗态程度单一的焊接护目镜，这样就大大降低了焊接的质量、效率，对使用者眼睛的也没有做到充分的保护。
发明内容
为了克服现有的焊接护目镜不能随环境温度和光强的大小等外界环境因素的改变来调节、稳定护目镜镜片明暗态程度的不足，本实用新型提供一种由单片机系统控制的液晶焊接护目镜。
本实用新型的技术方案概述如下：
一种单片机系统控制的自动变光液晶焊接护目镜，包括外壳，电源接口，光敏管，触发电路，单片机，信号输出电路，液晶镜片组；其中单片机电连接电源接口，触发电路和信号输出电路；光敏管电连接触发电路；液晶镜片组电连接信号输出电路。
上述液晶镜片组由无色玻璃、两片(或者一片)液晶片和滤光片组成。无色玻璃和滤光片起到保护液晶片的作用，同时滤光片还起到截止紫外和红外光线的作用。液晶片又称为液晶光阀，当给其加压时，液晶片内部的液晶分子开始扭曲旋转，使液晶片从外观上看，由亮变暗，即在护目镜的遮光号由亮态变成暗态。
进一步，所述单片机上电连接了热敏电阻，用以探测外界环境温度的变化，使镜片组可以在-10℃到+60℃的宽温度范围内，根据操作环境温度的不同调整液晶镜片受到的电压来稳定镜片组的暗态程度，实现对使用者眼睛的良好保护。
所述单片机上还电连接了一系列使用者可设定的调节开关，包括灵敏度调节旋钮，遮光号调节旋钮和延时开关。
灵敏度调节旋钮用来线性调节光敏管对外部触发光源强弱的敏感性，增加灵敏度会使得一个较弱的光信号得以触发系统。此旋钮为线性调节，可以在半周内按实际情况任意旋转。
遮光号调节旋钮用来选择相应的遮光号以得到不同暗态程度的使用效果。此旋钮可设置9、10、11、12、13五档，使用者可以在参照《焊接护目镜和面罩GB 3609.1-83》中表3手工电弧焊滤光片的使用选择来手动选择相应的遮光号以得到不同暗态程度的使用效果。
延时开关用来设定液晶镜片组在触发信号消失后由暗态变为亮态的时间的长短，此旋钮可设置快(fast)和慢(slow)两个选择。
所述单片机上还电连接了升压电路，可对液晶镜片组施加一个24V的高电平电压，使该护目镜能在起焊瞬间根据光强由弱到强的变化，自动，迅速地由亮态变为暗态，其转变时间仅为0.3～0.5毫秒。升压电路由二极管6倍压整流电路组成，由分压电阻和MOS管电路构成的控制部分可以通过控制单片机输出的高电平充电脉冲把5V的系统电压调整到需要的24V的高电平电压。
所述单片机上还电连接了温度补偿电路，向液晶镜片组输出温度补偿电压。单片机根据热敏电阻探测到的环境温度，按照事先被输入的温度补偿表程序中该温度所对应的补偿电压，控制温度补偿电路对脉冲输出电压做出相应的调整。
所述单片机上还设置了预留端口，为二次开发提供可能。目前开发的功能包括：数码显示遮光号、电量告知、电源没电提醒等。
更进一步，本实用新型通过锂电池供电，同时设置了硅光电池以延长锂电池的使用寿命。所述电源接口电连接电源稳压芯片，电源稳压芯片电连接锂电池，锂电池电连接硅光电池。电源稳压芯片由锂电池直接供电。在环境光足够强时(＞10勒克斯)，硅光电池输出电流给锂电池充电，其充电电流由光强大小决定。当环境光不足时(＜10勒克斯)，硅光电池输出电流较小。此时电源稳压芯片处于关闭状态，使之不输出电源，整个系统进入不工作状态。
再进一步，本实用新型所述的光敏管优选为红外光敏管。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
采用了单片机应用程序来控制整个电路，可以使长时间触发的电路也能维持在一个稳定值。本使用新型可以在-10℃到+60℃的宽广温度范围内，更快地使液晶镜片组由亮态变为暗态，可以更实用地、稳定地、精确地、有效地保护好焊接工人的眼睛，避免受到有害光辐射的损害。并且由于使用单片机为电路控制系统的核心，单片机内的充足空间可以为附加在镜片组或者使用该镜片组的焊接护目镜上的其它功能预留出一定的程序空间和外部接口，极大地增强了本实用新型的可扩展性。
附图说明
图1.本实用新型实施例的单片机各端口部分电连接电路图。
图2.本实用新型实施例的供电电源电路原理图。
图3.本实用新型实施例的触发电路原理图。
图4.本实用新型实施例的升压电路原理图。
图5.本实用新型实施例的灵敏度调节、遮光号调节、延迟时间转换的电路原理图。
图6.本实用新型实施例的液晶镜片组接收电压的电路原理图。
图7.本实用新型的电路原理方框图。
图8.本实用新型的液晶镜片组示意图。
图9.本实用新型实施例的正面示意图。
图10.本实用新型实施例的反面示意图。
图1-10中：
1.温度读取电压元件；2.遮光号电压加速充电元件；3.高电平有效元件；4.遮光号电压PWM充电元件；5.高电平PWM充电元件；6.外部触发元件；7.复位元件；8.单片机电源接地元件；9.遮光号设置元件；10.遮光号电压检测元件；11.LCD脉冲输出B端口；12.LCD脉冲输出A端口；13.单片机电源；14.OSC1；15.OSCO；16.预留端口；17.光敏管触发元件；18.高电平截止元件；19.延时选择元件；20.遮光号电压元件；21.单片机；22.灵敏度调节旋钮；23.遮光号调节旋钮；24.延时开关；25.光敏管；26.触发电路；27.热敏电阻；28.温度补偿电压；29.脉冲输出电压；30.升压电路；31.液晶镜片组；32.硅光电池；33.锂电池；34.电源稳压芯片；35.无色玻璃；36.液晶片；37.滤光片；38.液晶电极；39.外壳。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：
单片机21与灵敏度调节旋钮22，遮光号调节旋钮23，延时开关24，触发电路26，热敏电阻27，信号输出电路29，温度补偿电路28，升压电路30和电源稳压芯片34电连接；光敏管25和触发电路26电连接；液晶镜片组31同时和信号输出电路29，温度补偿电路28和升压电路30电连接；锂电池33和电源稳压芯片34电连接，硅光电池32和锂电池33电连接。
液晶镜片组31包括无色玻璃35、液晶片36、滤光片37；
上述部件均设置于外壳39内。
电路在接收到由硅光电池32探测到的光强信号(一般大于10勒克斯)后被触发启动，单片机系统处于待机状态。
未使用时，将灵敏度调节旋钮22设置于负号位置，表示灵敏度为零；遮光号旋钮23处于9号位置，表示了液晶镜片组变暗的程度。随着遮光号数值的增大，液晶镜片组变暗的程度也随之增加，即遮光号数值越大，液晶镜片组变暗的程度越大。延时开关24选在fast(快)的位置上，表示当外界触发信号消失时，液晶镜片组由暗态变为亮态所用时间的更短。本实用新型延时时间的快和慢相差仅为0.2毫秒。
使用时，先将灵敏度调节旋钮22顺时针旋转，一般旋转90度即可。当红外光敏管25探测到外界有强光时，将信号传输到触发电路26上，触发电路给单片机21一个触发信号，单片机21开始工作。单片机21根据灵敏度调节旋钮22、遮光号调节旋钮23和延迟开关24设定的相关数据进行数据处理和运行。
单片机21向外输出三个控制信号：
第一个是对信号输出电路29的驱动，由单片机控制信号输出电路29来调整向液晶镜片组施加脉冲输出电压的电压值，使其达到和遮光号调节旋钮设定的遮光号相对应的电压值，这个电压值是使液晶镜片组变暗的基础电压值。
第二个是对温度补偿电路28的驱动，由单片机控制温度补偿电路向液晶镜片组输出温度补偿电压。由热敏电阻27探测到温度并将数据传送给单片机21，单片机21根据事先被输入的温度补偿表程序中该温度所对应的补偿电压，控制温度补偿电路对脉冲输出电压做出相应的调整。
第三个是对升压电路30的驱动，由单片机控制升压电路向液晶镜片组输出24V的高电平电压，用以把系统电压(5V)加到一个相当高的电平(24V)，来加快液晶镜片组的转变速度。升压电路由二极管6倍压整流电路组成。由分压电阻和MOS管电路构成的控制部分通过控制单片机输出的高电平充电脉冲把5V系统电压调整到需要的高电平(24V)。
液晶镜片组31接收到由单片机21所驱动的根据温度调整后的脉冲输出电压和升压电路30的高电平电压后，液晶光阀进行翻转，液晶镜片组按照不同遮光号的值，参考公式：
N(Ev)＝2.93+2.25log(Ev/lx)
其中：Ev表示光强，单位勒克斯；N(Ev)表示该光强下对应的遮光号(选自：欧标BS EN379：2003)
来决定变暗的程度，开始发挥保护眼睛的作用。整个变暗过程的时间为0.3毫秒左右。
整个电路的电源由锂电池33提供，硅光电池32可以有效地延长锂电池33的使用寿命。在焊接护目镜工作的过程中，当外界环境光的光强大时，硅光电池通过吸收外界光强成为重要的供电源，为锂电池充电，延长了锂电池的使用时间。当外界环境光的光强小于10勒克斯时，系统电源自动关闭，减少了锂电池的电量损耗。
Claims (10)
1.一种单片机系统控制的自动变光液晶焊接护目镜，包括外壳、电源接口、光敏管、触发电路、单片机、信号输出电路、液晶镜片组；其中单片机电连接电源接口、触发电路和信号输出电路；光敏管电连接触发电路；液晶镜片组电连接信号输出电路。
2.如权利要求1所述的单片机系统控制的自动变光液晶焊接护目镜，其特征在于，所述单片机电连接热敏电阻。
3.如权利要求1所述的单片机系统控制的自动变光液晶焊接护目镜，其特征在于，所述单片机电连接使用者可设定的调节开关，包括灵敏度调节旋钮，遮光号调节旋钮，延时开关；
所述的灵敏度调节旋钮线性调节光敏管对外部触发光源强弱的敏感性；
所述的遮光号调节旋钮调节液晶镜片组不同暗态程度的使用效果；
所述的延时开关设定液晶镜片组在触发信号消失后由暗态变为亮态的时间长短。
4.如权利要求1所述的单片机系统控制的自动变光液晶焊接护目镜，其特征在于，所述单片机电连接升压电路，升压电路电连接液晶镜片组。
5.如权利要求1所述的单片机系统控制的自动变光液晶焊接护目镜，其特征在于，所述单片机电连接温度补偿电路，温度补偿电路电连接液晶镜片组。
6.如权利要求1所述的单片机系统控制的自动变光液晶焊接护目镜，其特征在于，所述单片机还设置了预留端口。
7.如权利要求1所述的单片机系统控制的自动变光液晶焊接护目镜，其特征在于，所述电源接口电连接电源稳压芯片，电源稳压芯片电连接锂电池，锂电池电连接硅光电池。
8.如权利要求1所述的单片机系统控制的自动变光液晶焊接护目镜，其特征在于，所述光敏管为红外光敏管。
9.如权利要求4所述的单片机系统控制的自动变光液晶焊接护目镜，其特征在于，所述升压电路输出的高电平电压为24V。
10.如权利要求7所述的单片机系统控制的自动变光液晶焊接护目镜，其特征在于，所述电源稳压芯片在外界环境光强小于10勒克斯时处于关闭状态。
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