基于單片機(jī)的塑料光纖燙面控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

梁志勛+羅日才+楊云峰

【摘要】 塑料光纖是光通信中重要的傳輸介質(zhì)，端面的處理優(yōu)劣直接影響到連接器和光電器件的光耦合率，進(jìn)而影響通信信號(hào)的傳輸優(yōu)劣；文中基于MSC-51單片機(jī)研究設(shè)計(jì)了塑料光纖的燙面控制系統(tǒng)，通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證了該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)塑料燙面效果的優(yōu)良性。

【關(guān)鍵詞】 塑料光纖 端面處理 控制系統(tǒng)

一、引言：

由于塑料光纖芯徑大，材料為聚合物，因此其具有制造簡(jiǎn)單、接續(xù)快捷、價(jià)格低廉、抗沖擊強(qiáng)度高和抗輻射等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用在局域網(wǎng)中的短距離通信和室內(nèi)計(jì)算機(jī)以及工業(yè)通信領(lǐng)域，是短距離通信的最佳選擇[1]。塑料光纖作為光信號(hào)的傳輸介質(zhì)，端面的處理優(yōu)劣直接影響到連接器和光電器件的光耦合率，實(shí)驗(yàn)表明[2]，光纖端面經(jīng)過(guò)處理后，無(wú)劃痕、無(wú)裂紋、無(wú)花點(diǎn)、表面粗糙度較低、光潔度較高、透過(guò)率較高的光纖端面，能夠提高光纖的傳輸性能。反正，處理效果差的光纖端面，光纖的傳光效率差，進(jìn)而影響通信信號(hào)的傳輸優(yōu)劣，因此研究設(shè)計(jì)塑料光纖快速智能處理端面的系統(tǒng)顯得尤為重要，本文采用金屬板燙面法對(duì)光纖端面處理系統(tǒng)進(jìn)行了探討和設(shè)計(jì)。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，單片機(jī)控制模塊以AT89S52單片機(jī)作為控制單元，系統(tǒng)包括前推模塊、后退氣閥模塊、顯示模塊、腳踏模塊、溫度測(cè)量、加熱器模塊。腳踏裝置負(fù)責(zé)接受人工半自動(dòng)化燙面的控制，前推氣閥將光纖推至加熱適當(dāng)溫度的金屬板，后退氣閥具有吹氣冷卻功能并將燙好的光纖推離熱金屬板。顯示模塊上顯示著燙面所設(shè)定的和當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)的各種信息。而溫度測(cè)量模塊和加熱模塊形成一個(gè)的閉環(huán)恒溫控制系統(tǒng)，將溫度恒定在設(shè)定的燙面需要的溫度值。

三、硬件設(shè)計(jì)

單片機(jī)模塊以AT89S52單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)外圍電路，外置設(shè)計(jì)RC復(fù)位電路，12Mhz晶振給單片機(jī)作為系統(tǒng)時(shí)鐘，整個(gè)單片機(jī)模塊供電+5V，并加入0.1uf和10uf退耦電容，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

燙面溫度對(duì)燙面的效果極為重要，因此加熱和測(cè)溫部分是精確控制燙面的關(guān)鍵，測(cè)溫采用熱電偶作為溫度傳感器，配合放大器，將溫度值按比例轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，單片機(jī)定時(shí)啟動(dòng)外置AD將此電壓值讀取后轉(zhuǎn)換為溫度值。溫度控制、前推氣閥、后退氣閥都采用繼電器的通斷來(lái)控制其工作，采用繼電器控制的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)于強(qiáng)電和瞬間通斷信號(hào)的隔離度好，抗干擾能力強(qiáng)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。他們的I/ O分配和初始狀態(tài)分別如表1所示。

四、軟件設(shè)計(jì)

硬件是整個(gè)系統(tǒng)的軀體，而軟件則是靈魂，當(dāng)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)好后，系統(tǒng)的主要功能是靠軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并且軟件的設(shè)計(jì)在很大程度上決定了控制系統(tǒng)的性能，控制系統(tǒng)除了滿足最基本的功能要求，編制軟件時(shí)更要符合易理解性、易維護(hù)、性實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性等要求[3]。

因此軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，利用C語(yǔ)言作為程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，使所設(shè)計(jì)的程序滿足上述要求。軟件部分的任務(wù)主要是完成參數(shù)設(shè)定、燙面端面處理等功能，具體軟件設(shè)計(jì)如圖1的流程圖，當(dāng)系統(tǒng)上電后，首先讀取EPROM存儲(chǔ)中上一次設(shè)定的參數(shù)并配置當(dāng)前系統(tǒng)。掃描按鍵是否需要修改參數(shù)，如果有按鍵按下則修改相應(yīng)的參數(shù)，并保存至EPROM；否則等待燙面指令，假如收到腳踏發(fā)來(lái)燙面指令則啟動(dòng)燙面程序，燙面程序包含了金屬板加熱、溫度測(cè)量、前推氣閥、吹氣冷卻、后退氣閥幾個(gè)這幾個(gè)步驟。其中溫度控制包含了一個(gè)恒溫閉環(huán)控制小算法，來(lái)完成金屬板的恒溫控制，保證了燙面的質(zhì)量。

五、結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)經(jīng)過(guò)測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了塑料光纖端面的自動(dòng)化處理。首先，恒溫控制得到了很好的控制，一般情況燙面的溫度控制在165攝氏度左右，可根據(jù)不同廠家生產(chǎn)的光纖和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)試調(diào)整。

其次，燙面時(shí)間得到了精確的控制，一般情況下?tīng)C面時(shí)長(zhǎng)3秒，冷卻時(shí)長(zhǎng)2秒，這些參數(shù)都需要根據(jù)不同的廠家生產(chǎn)的光纖進(jìn)行調(diào)整，但參數(shù)的控制是嚴(yán)格的。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多次的實(shí)際測(cè)試，很好的完成塑料光纖端面的自動(dòng)化處理，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的一致性。

但是，系統(tǒng)對(duì)大量數(shù)據(jù)的處理能力有限，計(jì)劃下一步的研究工作是將對(duì)大量的燙面數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析得出塑料光纖端面處理的最佳參數(shù)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] Y Koike，T Ishigure，E Nihei. High Band width graded-index polymer optical fiber [J]. Polymer， 1991， 32（10）：1737-1745

[2]王珅. 光纖端面加工質(zhì)量對(duì)其性能影響[D]. 長(zhǎng)春：長(zhǎng)春理工大學(xué)，2011

[3] 王海寧. 基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)， 2008