一种超低功耗紫外光检测装置的制作方法

本发明紫外光能测量检测技术领域，具体涉及一种采用电流转频率方式实现紫外光能检测的超低功耗紫外光度计。

背景技术：

目前在印刷行业，光固化技术是一种较为先进的新技术，光固化技术又主要以紫外线光固化（Ultra-violet）为主，简称UV固化，其余还有红外光、可见光固化等。提高紫外线光固化效率经常要使用到紫外光度计。紫外光固化印刷油墨作为UV固化材料中的一大组成部分，在包装印刷行业和印刷电路行业中得到迅速的发展和广泛的应用，已遍及胶印、凸印、凹印、网印及喷墨印刷等应刷领域。

对UV固化来说：UV能量(mJ/cm²)= UV强度(mW/cm²)*曝光时间(s)；因此对UV强度和曝光时间的精确控制，就能够精确控制UV能量。由于UV光源会随着时间衰减，为了控制固化过程的UV能量一致，需要用紫外光度计监控UV固化过程的UV能量值。

从紫外光度计的续航能力和成本角度出发，设计一种采用电流转频率方式实现紫外光能检测的超低功耗紫外光度计，可以同时对紫外光照度值和能量值进行监控。

与本发明专利最为接近的已有技术是由深圳市林上科技有限公司的刁雄辉同志于2013年申请并于2014年公开的专利“紫外能量计”，公告号为CN203587218U，其技术方案框架如图1所示：包括紫外探测器26、温度探测器27、信号放大电路1、A/D转换模块2、单片机3、存储模块4和液晶显示器28。

该紫外采集装置使用A/D转换模块，在功耗上难以降低，并且整个装置使用的电路复杂度高，且芯片成本高，使得该装置在电池供电情况下续航能力低，且性价比难以提高。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种超低功耗紫外光检测装置。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种超低功耗紫外光检测装置，包括传感器模块、电流转频率模块、主控制器模块和显示模块，所述传感器模块的输出端连接电流转频率模块的输入端，所述电流转频率模块的输出端连接主控制器模块的输入端，所述主控制器模块的输出端连接显示模块；其中，

所述电流转频率模块由模拟信号线、施密特触发器、单稳态触发器、频率信号输出线和放电回路组成；

所述模拟信号线一端连接传感器模块的输出端，另一端分别与施密特触发器和放电回路的输入端相连接；

所述施密特触发器的输出端与单稳态触发器的输入端相连接，用于将模拟信号转换为频率信号；

所述单稳态触发器的输出端连接频率信号输出线，用于传输频率信号；

所述频率信号输出线分别连接主控制器模块的输入端和放电回路的开关控制端。

进一步的，所述传感器模块由光电二极管、积分模块、补偿电阻和模拟信号线组成，所述光电二极管的输出端与积分模块的输入端相连接，用于输出模拟电压信号，所述积分模块的输出端连接模拟信号线，用于传输模拟电压信号给电流转频率模块，所述积分模块的补偿端连接补偿电阻的一端，所述补偿电阻的另一端接信号地，用于补偿积分模块放电时间。

进一步的，所述主控制器模块由频率信号输出线、复位模块、时钟模块、低功耗MCU、程序烧录口、显示位选控制线和显示段选控制线，所述频率信号输出线连接低功耗MCU的信号输入端，所述显示位选控制线和显示段选控制线分别连接低功耗MCU的信号输出端，所述复位模块、时钟模块和程序烧录口分别连接低功耗MCU的输入端。

进一步的，所述显示模块由显示位选控制线、显示段选控制线、偏压电路、位信号线、段信号线和段码液晶屏组成，所述显示位选控制线和显示段选控制线分别与偏压电路的输入端相连接，所述偏压电路的输出端通过位信号线和段信号线连接段码液晶屏，用于输出偏压控制信号给段码液晶屏。

进一步的，所述放电回路的放电端连接信号地。

本发明的有益效果是:

本发明提供了外部紫外光能量与数字量显示的数据转换链，本发明装置在功耗上有了十分明显的改善，采用400mAh电池供电，其续航能力长达2年；使用电流转频率方式来采集电流输出型传感器输出信号，相比电流转电压方式，大大减小了系统的复杂度；由于无需使用模数转换芯片，降低了装置的成本；误差小于1%，满足印刷机、曝光机等设备的要求。

附图说明

图1是已有技术的结构示意框图；

图2是本发明的结构示意框图 ；

图3是图2中传感器模块5的结构示意框图；

图4是图2中电流转频率模块6的结构示意框图；

图5是图2中主控制器模块7的结构示意框图；

图6是图2中显示模块8的结构示意框图。

图中标号说明：1、信号放大电路，2、A/D转换模块，3、单片机，4、存储模块，5、传感器模块，6、电流转频率模块，7、主控制器模块，8、显示模块，9、光电二极管，10、积分模块，11、补偿电阻，12、模拟信号线，13、施密特触发器，14、单稳态触发器，15、频率信号输出线，16、放电回路，17、时钟模块，18、低功耗MCU，19、程序烧录口，20、显示位选控制线，21、显示段选控制线，22、偏压电路，23、位信号线，24、段信号线，25、段码液晶屏，26、紫外探测器，27、温度探测器，28、液晶显示器，29、复位模块。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

如图2和图4所示，一种超低功耗紫外光检测装置，包括传感器模块5、电流转频率模块6、主控制器模块7和显示模块8，所述传感器模块5的输出端连接电流转频率模块6的输入端，所述电流转频率模块6的输出端连接主控制器模块7的输入端，所述主控制器模块7的输出端连接显示模块8；其中，

所述电流转频率模块6由模拟信号线12、施密特触发器13、单稳态触发器14、频率信号输出线15和放电回路16组成；

所述模拟信号线12一端连接传感器模块5的输出端，另一端分别与施密特触发器13和放电回路16的输入端相连接；

所述施密特触发器13的输出端与单稳态触发器14的输入端相连接，用于将模拟信号转换为频率信号；

所述单稳态触发器14的输出端连接频率信号输出线15，用于传输频率信号；

所述频率信号输出线15分别连接主控制器模块7的输入端和放电回路16的开关控制端。

如图3所示，所述传感器模块5由光电二极管9、积分模块10、补偿电阻11和模拟信号线12组成，所述光电二极管9的输出端与积分模块10的输入端相连接，用于输出模拟电压信号，所述积分模块10的输出端连接模拟信号线12，用于传输模拟电压信号给电流转频率模块6，所述积分模块10的补偿端连接补偿电阻11的一端，所述补偿电阻11的另一端接信号地，用于补偿积分模块10放电时间。

如图5所示，所述主控制器模块7由频率信号输出线15、复位模块29、时钟模块17、低功耗MCU18、程序烧录口19、显示位选控制线20和显示段选控制线21，所述频率信号输出线15连接低功耗MCU18的信号输入端，所述显示位选控制线20和显示段选控制线21分别连接低功耗MCU18的信号输出端，所述复位模块29、时钟模块17和程序烧录口19分别连接低功耗MCU18的输入端。

如图6所示，所述显示模块8由显示位选控制线20、显示段选控制线21、偏压电路22、位信号线23、段信号线24和段码液晶屏25组成，所述显示位选控制线20和显示段选控制线21分别与偏压电路22的输入端相连接，所述偏压电路22的输出端通过位信号线23和段信号线24连接段码液晶屏25，在本实施例中，用于输出1/3偏压控制信号给段码液晶屏25。

所述放电回路16的放电端连接信号地。

在本实施例中：

光电二极管9采用HSUVV-T10GD；

施密特触发器13采用HCF4093；

单稳态触发器14采用CD4047；

放电回路16采用HEF4007；

低功耗MCU采用MSP430G2553；

段码液晶屏采用GDC04520R。

本发明工作过程及原理

本发明中光电二极管9接收到紫外光后输出与光强成正比的电流，通过积分模块10将电流转换为持续上升的电压信号，电压信号达到阈值后施密特触发器13输出反转，触发单稳态触发器14输出固定时长的高电平触发放电回路16，放完电后启动下一次采集，补偿电阻11用于补偿放电时间中的紫外光能量损失。

模拟电压信号的上升至施密特触发器13的阈值的时间与电流大小成正比关系，可以得到施密特触发器13两次信号反转的时间与光电二极管9的电流大小成正比。具体分析如下：

由光电二极管9的特性可得：

（1），

由积分电路特性可得：

（2），

综合式（1）和式（2）得出：

，

其中，P为紫外光强，C为积分模块电容值，t为两次脉冲间隔时间，E为紫外光能量，k为光电二极管9灵敏度，低功耗MCU18通过测量两次脉冲间隔时间可以得到紫外光强，通过测量脉冲次数可以得到紫外光能量，然后利用1/4duty、1/3bias方式驱动段码液晶屏25显示。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。