一种自适应减光计及其减光测量方法与流程

本发明涉及数字信号处理领域，具体是一种自适应减光计及其减光测量方法。

背景技术：

烟雾报警器灵敏度测量时，依据就是报警器报警时的烟雾浓度；而烟雾浓度的测量就是对当前的烟雾浓度对光的衰减量来确定的，即测量减光率确定烟雾浓度，从而确定烟雾报警器的灵敏度。

当前在进行减光率测量的设备中，都会有一个发光源和一个接收源，用接收源接收来自发光源的光强度，根据接收的光强度的变化量来计算相应的减光率，但是发光源的温度特性会很大程度上影响发光源的发出的光的有效性。

在欧标里，烟雾浓度的精度是x.xxxdb/m，国标的减光率的精度要求是xx.xx％/m，至少做到1/10000的分辨精度才能达到标准的精度要求，考虑到测量的准确性，通常要做到分辨精度的2倍，即1/20000。

在通用器件里，ad的精度是10位，供电为5v；那么ad的分辨率是5mv。通过相关滤波算法后，可以做到1mv的分辨率。

接收源的输出经过放大模块放大后输出光强度信号，要达到标准的精度要求，需要多级放大级联后才能达到要求，放大模块方框图如图1所示，跨导放大级输出的v1幅度在200mv左右，后面2级再各放大10倍，就会达到要求。前置放大级放大10倍后的输出v2在2v左右，后级放大采用窗口放大，即只对前级输出的1.6v-2v的这400mv进行放大，如此有烟雾时的微量变化就会充分体现出来，这个窗口的范围会随着前置放大器的输出变化而变化，所以，现有的一些烟箱在光敏计里设置了一个手动旋钮电位器来调节这个窗口，以适应不同的变化范围。正因为引入了手动调节，所以对使用带来了不便，在做产品的高低温测试时，需要反复手动调节电位器，而调节范围的设计会导致出现输出的变化幅度超过调节幅度而失调。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种自适应减光计及其减光测量方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种自适应减光计，包括发光源、接收源、微控制单元mcu和放大模块；

所述接收源，用于接收所述发光源发出的光，并将接收到的光强度信号转化为电信号；

所述放大模块，用于接收所述电信号，并将电信号放大后输出到微控制单元mcu的数模转换模块da；放大模块还接收所述数模转换模块da输出的模拟电压，并根据所述数模转换模块da输出的模拟电压调节放大模块所能采样到的电信号强度；

所述微控制单元mcu，用于接收所述放大模块输出的信号，根据接收到的信号的变化量来计算相应的减光率，并根据计算结果调节微控制单元mcu中的数模转换模块da输出的模拟电压，使得放大模块的输出始终处于线性工作区，不会出现饱和或者截止。

作为本发明进一步的方案，所述放大模块包括依次连接的跨导放大模块、前置放大模块以及后级放大模块。

作为本发明进一步的方案，所述后级放大模块采用窗口比较器电路。

作为本发明进一步的方案，所述后级放大模块包括运放u1a和运放u1b，运放u1a同相端连接微控制单元mcu中数模转换模块da输出端da_out，运放u1a反相端分别连接运放u1a输出端和电阻r3，电阻r3另一端分别连接电阻r2和运放u1b反相端，运放u1b同相端通过电阻r1连接前置放大模块的输出端in_put，运放u1b输出端分别连接电阻r2另一端和电阻r4，电阻r4另一端为后级放大模块的输出端。

作为本发明进一步的方案，所述发光源的驱动采用恒流驱动。

进一步的，本发明提供一种自适应减光测量方法，包括如下步骤：(1)接收源接收发光源发出的光；(2)接收源将接收到的光强度信号转化为电信号；(3)所述电信号发送到微控制单元mcu，微控制单元mcu根据接收的电信号的变化量来计算相应的减光率；(4)微控制单元mcu根据计算得到的减光率，调节微控制单元mcu中数模转换模块da输出的模拟电压。

尤其的，所述步骤(3)所述的电信号还能够经过放大后发送到微控制单元mcu，微控制单元mcu根据接收的放大后的信号的变化量来计算相应的减光率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明减光计所有的工作状态都由微控制单元mcu自行判断并根据判断结果去调节数模转换模块da输出的模拟电压，完全可以做到低至0度乃至－10度到高至60度范围内的自适应放大输出，完全符合国标乃至欧标的测试要求；同时，基于自适应光敏计的特性，可以对后续的测试做到全自动化，这对于专门的测试机构来说有很大的测试便利。

附图说明

图1为现有技术的电路原理框图。

图2为本发明自适应减光计的工作原理框图。

图3为本发明中后级放大模块的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种自适应减光计，包括发光源、接收源、微控制单元mcu和放大模块；

所述接收源，用于接收所述发光源发出的光，并将接收到的光强度信号转化为电信号；

所述放大模块，用于接收所述电信号，并将电信号放大后输出到微控制单元mcu的数模转换模块da；放大模块还接收所述数模转换模块da输出的模拟电压，并根据所述数模转换模块da输出的模拟电压调节放大模块所能采样到的电信号强度；

所述微控制单元mcu，用于接收所述放大模块输出的信号，根据接收到的信号的变化量来计算相应的减光率，并根据计算结果调节微控制单元mcu中的数模转换模块da输出的模拟电压，使得放大模块的输出始终处于线性工作区，不会出现饱和或者截止。

作为本发明的一个具体实施例，所述放大模块可以采用依次连接的跨导放大模块、前置放大模块以及后级放大模块组成。

更进一步的，所述后级放大模块采用窗口比较器电路。

请参阅图3，所述后级放大模块包括运放u1a和运放u1b，运放u1a同相端连接微控制单元mcu中数模转换模块da输出端da_out，运放u1a反相端分别连接运放u1a输出端和电阻r3，电阻r3另一端分别连接电阻r2和运放u1b反相端，运放u1b同相端通过电阻r1连接前置放大模块的输出端in_put，运放u1b输出端分别连接电阻r2另一端和电阻r4，电阻r4另一端为后级放大模块的输出端。

由于微控制单元mcu的数模转换模块da输出带载小，所以用运放u1a形成射随，增强带载，in_put是前置放大模块的输出端，也是后级放大模块的信号输入端。在光敏计的设计中，需要测量in_put的微小的变化量，前置放大模块的输出就是接近满幅度了，但还不能满足测量需求，因为此时的可测变化量才1/5000(以满幅度输出为限制)，而减光率测量中，国标的单位是xx.xx％，欧标的单位是db/m，国标的单位中可以直接看出精度至少也是1/10000，见背景技术部分所述。

为了达到背景技术中所述的至少1/20000的分辨精度，所以本发明采用窗口放大电路对in_put进一步放大。

请参阅图3，在窗口放大器电路中，放大的范围就是in_put与da_out之间的幅度；当in_put接近da_out时out_put就会接近地电平，此时可以令微控制单元mcu输出的da_out进一步下降，以抬升out_put，继续测量in_put的微小变化。

进一步的，本发明提供一种自适应减光测量方法，包括如下步骤：(1)接收源接收发光源发出的光；(2)接收源将接收到的光强度信号转化为电信号；(3)所述电信号发送到微控制单元mcu，微控制单元mcu根据接收的电信号的变化量来计算相应的减光率；(4)微控制单元mcu根据计算得到的减光率，调节微控制单元mcu中数模转换模块da输出的模拟电压。

上述自适应减光测量方法，进一步的实施例可以对步骤(3)进行优化，将步骤(3)所述的电信号经过放大后再发送到微控制单元mcu，微控制单元mcu根据接收的放大后的信号的变化量来计算相应的减光率。

综上所述，本发明减光计所有的工作状态都由微控制单元mcu自行判断并根据判断结果去调节数模转换模块da输出的模拟电压，完全可以做到低至0度乃至－10度到高至60度范围内的自适应放大输出，完全符合国标乃至欧标的测试要求。

基于自适应光敏计的特性，可以对后续的测试做到全自动化，这对于专门的测试机构来说有很大的测试便利。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。