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智能红外测速系统的设计

作者:许 刚 王 成 苏 力2008.07.17阅读 5353

1  引言

  在工程实践中高精度和非接触转速测量往往给测量提出了高的要求。过去常用测速机、脉冲发生器、模拟变换器等测速方法,由于易受到外界因素的影响,所以测量精度及测量场合的限制难以满足测量要求。本文介绍红外广电传感器的工作原理,并在此基础上采用单片机进行计数测量www.cechina.cn,微机显示。这就为我们远程监测与监控提供了必要的手段。

 2  红外光电传感器的工作原理

2.1 传感器组成

  该传感器由两对完全相同的红外发射装置、红外接收与处理装置。红外发射装置以一定频率f发射红外光。红外接收和处理电路将该频率的红外光转换成电信号并进行处理,输出信号经逻辑电路后转换成逻辑电平。来控制计数器。

  以汽车测速为例,传感器工作原理如图1所示。其逻辑功能是:当没有遮断该传感器时,两对红外接收与处理装置将接收到频率为f的红外光进行处理。输出a、b高电平,y为低电平,计数器不能打开,反之,计数器开始工作;当汽车继续行驶遮断第二个红外传感器后,计数器开始工作,反之亦然。计数器的计数值的汽车通过该传感器两探头的时间。该传感器的逻辑表达式为:其真值表如附表所示。

 

智能红外测速系统的设计如图

 图1  红外光电传感器组成

智能红外测速系统的设计如图

 

   为了防止汽车经过传感器两红外探头之间出现误动作,汽车的车长大于两传感器探头的安装距离s。设汽车行驶速度v(m/s),计数器计数值为n,单片机主振频率为f0(hz),则汽车行驶速度为:v= f0/n×s(m/s)由上式可知已知f0、s、n即可求出v。

2.2 测速的外围电路的设计

 

智能红外测速系统的设计如图

图2  外围电路的设计

  如图2所示,红外光电传感器输出控制信号来控制门电路来实现对计数器的控制。要实现对运动物体的测速我们只要对计数器脉冲实现测量显示即可。

 

智能红外测速系统的设计如图

图3  红外发射的驱动电路

  如图3所示,为红外发射装置的驱动电路,为降低太阳光、车灯等干扰源的影响控制工程网版权所有,红外发光二极管采用脉冲直流驱动。555定时器构成多谐振荡器CONTROL ENGINEERING China版权所有,提供频率和占空比一定的矩形波,驱动红外二极管vd。r为二极管限流电阻。电路简单可靠。接收部分采用专用接收集成电路,其工作中心频率与发射部分红外光频率相同。

 3  单片机的计时及与计算机的通讯

  通过红外传感器及外围电路我们知道,v= f0/n×s可知只要求得n就可求得速度v。这里t=n/f0。单片机主要完成计算车辆在两红外传感器之间行驶时间以及与计算机的通信。行驶时间的计算方案如下:把红外光电传感器输出的y信号直接送至单片机的中断口,利用中断子程序对计数器进行起停操作,当汽车通过第一个红外发射装置时,启动计数。通过第二个红外发射装置时,停止计数。根据单片机机器周期t和计数器所得脉冲数n得到汽车的行驶时间t=nt,其计数示意图如图4所示。

  单片机和计算机之间采用串行通讯,通过串口,将处理电路信号通过单片机送入计算机,在计算机中利用软件编制应用程序用虚拟示波器实时显示,在有汽车穿过红外传感器瞬间,计算机上显示 0v到5v的跳变。测试时,由计算机发出指令、调试、启动测试、接收单片机数据、计算、显示、打印、还可以随时终止测试。

 

智能红外测速系统的设计如图

图4  计数示意图

 

4  软件设计

 根据设计要求,编写控制和计算软件,软件系统框图5所示。

 

智能红外测速系统的设计如图

图5  软件系统框

4.1 开发环境

 本系统采用ni公司的windows/cvi软件开发了应用程序,cvi作为开发环境有以下优点:

 (1)cvi的编程技术主要采用事件驱动方式与回调函数方式,编程方法简单易学。

 (2)cvi运用“所见即所得”的可视化交互技术k使人机界面的实现直观简捷。

 (3)cvi对每一个函数都提供一个函数面板,用户可以在函数面板上交互式输入函数的各个参数,提高了工程设计的效率与可靠性。

4.2 模块设计

  本系统的软件各模块具有如下功能:

 (1)通讯模块:用于计算机与单片机串行通讯www.cechina.cn,计算机向单片机发送各种指令,接收单片机的数据;

 (2)调试模块:用于测试前的系统调试,通过软件设计模拟示波器的显示,使系统调试容易操作;

 (3)测试模块:用于根据输入的距离和时间实时计算出速度;

 (4)显示打印模块:用于显示测量结果,并根据用户需求打印测量参数和测量结果。

 

5  结束语

  本文采用红外光电传感器结合当前的单片机技术和计算机技术设计出了一种比较实用的汽车测速系统。其特点如下:可实现非接触测量;电路简单控制工程网版权所有,用单片机代替电路设计其可降低成本;通过与计算机的串行通讯可实现远程测试

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