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試臺，該測試臺能針對環(huán)境對結(jié)果進(jìn)行修正。著重討論了該測試臺系統(tǒng)原理和單片機(jī)內(nèi)部算法，并對測試精度進(jìn)行了分析，結(jié)果表明該測試臺誤差符合國標(biāo)規(guī)定。

關(guān)鍵詞：光譜反射率測試臺；修正；算法；精度

1 引言

為保障車輛和行人的安全， 國家計量部門對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)量的一個重要指標(biāo)， 為了提高汽車后視鏡的質(zhì)量， 對后視鏡光譜反射進(jìn)行準(zhǔn)確有效的測試是必不可少的。對于確定反射率的測試方法是采用由光源、試樣支架、帶有光檢測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試儀器來進(jìn)行測試。測試方法分為直接標(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物直射到傳感器的光， 而擋板的作用是改變由被測物經(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器上。內(nèi)后視鏡一般為平面鏡，其測量可采用由光源發(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器上，因此可以不用積分球。不過現(xiàn)有的測試儀器在外界環(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)后視鏡反射率測試臺，該測試臺能夠嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行測量，且能夠考慮環(huán)境因素對測試結(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)后視鏡反射率測試臺，其工作原理如圖1所示。該測試臺以AT89S52單片機(jī)為核心。系統(tǒng)中以某型號的燈泡作為點(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)入光探測器，光探測器將光強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為電信號輸入單片機(jī)，以線性度較好的某硒光電池作為光探測器。光探測器上輸出信號為10-7數(shù)量級的微弱電流，需要由具有高輸入阻抗，低零漂的電路放大，設(shè)計中采用放大電路將電流信號放大到0～5伏電壓信號，在電路設(shè)計中為抑制噪聲、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)接收光探測器經(jīng)處理過的信號的同時，也測試恒流穩(wěn)壓電源的電流，從而對光源進(jìn)行監(jiān)控，同時測試外部光強(qiáng)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化后也輸入單片機(jī)。單片機(jī)對光探測器輸入信號進(jìn)行計算得到光譜反射率值，利用外部光強(qiáng)信號和光源電流信號對其進(jìn)行處理和修正，然后將光源電流值、光探測器探測值及被測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)計了一個歸零控制模塊。

圖1 內(nèi)后視鏡測試臺工作原理

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計，所有部件集中于一個金屬板件上，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內(nèi)后視鏡上。被測內(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內(nèi)后視鏡反射來的光，然后將光信號處理后輸入單片機(jī)。

4 軟件編程

當(dāng)光接收器接收光信號后，轉(zhuǎn)化為電壓值進(jìn)行輸出，然后對該電壓值進(jìn)行信號的放大和濾波以及A/D轉(zhuǎn)換后，輸入單片機(jī)進(jìn)行計算，同時參考外部光強(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)備接收測試數(shù)據(jù)，即光探測器得到的電壓值進(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)行計算，得到當(dāng)前被測內(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）作為被測物進(jìn)行測試，來標(biāo)定儀器的精度。測試結(jié)果如表1所示。

表1 儀器精度標(biāo)定

由表可見，對于A板，儀器的平均絕對誤差為0.9%；對于B板，儀器的平均絕對誤差為0.8%。這表明，該測量系統(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)計制作了一種基于單片機(jī)的汽車內(nèi)后視鏡反射率測試臺。結(jié)論如下：

（1）根據(jù)國標(biāo)要求，設(shè)計了有光源、光探測器、單片機(jī)處理器組成的測試臺。

（2）利用AT89S52單片機(jī)為核心，根據(jù)光探測器數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，并考慮外部環(huán)境進(jìn)行修正，并予以顯示。

（3）測試結(jié)果證明，誤差在1%以內(nèi)，滿足國標(biāo)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]廖金焰，姚永年，揚(yáng)定國.基于單片機(jī)的光譜反射率試驗(yàn)臺[J].自動化與儀器儀表，2004.12（6）：36-38.

[2]GB 15084-94.Automobile's rearview mirror's performrance and installation requirement[M].

[3]GB15084-2006.機(jī)動車輛后視鏡的性能和安裝要求[M].

[4]許曉杰，潘秋菱，王昌銀等.汽車后視鏡反射率測量系統(tǒng)的研究[J].光電子-激光，2005.5（5）：634-636.