基于紅外線光電開關(guān)的測(cè)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，各個(gè)領(lǐng)域?qū)y(cè)速系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越多，同時(shí)也對(duì)測(cè)速精度的要求日益苛刻。文中提出一種基于紅外線光電開關(guān)的測(cè)速系統(tǒng)，采用NI6251高速數(shù)據(jù)采集卡以及LabVIEW軟件設(shè)計(jì)代替了傳統(tǒng)的基于單片機(jī)或FPGA等自行設(shè)計(jì)的硬件電路所組成的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，提高了測(cè)速系統(tǒng)的可靠性和測(cè)量精度。文中介紹了整個(gè)測(cè)速系統(tǒng)的工作原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了系統(tǒng)的誤差分析?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果證明，該方法能夠?qū)⒏咚僦本€運(yùn)動(dòng)物體的測(cè)試誤差保證在0.0015%以內(nèi)。

　　1 測(cè)速系統(tǒng)工作原理

　　紅外光電開關(guān)測(cè)速是通過(guò)2 個(gè)光電開關(guān)之間的距離s 以及測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體通過(guò)2 個(gè)光電開關(guān)的時(shí)間間隔t 然后做除法而得到其平均速度的測(cè)速方法。

　　當(dāng)無(wú)運(yùn)動(dòng)物體遮擋光電開關(guān)時(shí)，光電開關(guān)的接收端輸出高電平信號(hào)，當(dāng)有物體經(jīng)過(guò)遮擋時(shí)，光電開關(guān)的接收端輸出低電平信號(hào)。即當(dāng)高速物體經(jīng)過(guò)一對(duì)光電開關(guān)時(shí)會(huì)先后形成2 個(gè)高電平到低電平的脈沖信號(hào)。通過(guò)計(jì)時(shí)周期的方式測(cè)出這2 個(gè)下降沿之間的計(jì)數(shù)周期個(gè)數(shù)n，計(jì)時(shí)原理如圖1 所示。

　　圖1 計(jì)時(shí)原理圖

　　根據(jù)計(jì)時(shí)原理可得到計(jì)時(shí)時(shí)間t：

　　運(yùn)動(dòng)物體在s 上的平均速度：

　　2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　通過(guò)對(duì)測(cè)速原理的分析可知，s 可以由刻度尺直接測(cè)量得出，因此測(cè)速系統(tǒng)主要由計(jì)時(shí)電路和軟件除法運(yùn)算單元構(gòu)成。計(jì)數(shù)器在第1 個(gè)脈沖信號(hào)的下降沿開始計(jì)時(shí)，在第2 個(gè)脈沖信號(hào)的下降沿停止計(jì)時(shí)，而后將得到的計(jì)時(shí)時(shí)間傳送給上位機(jī)軟件進(jìn)行處理得到測(cè)量值。

　　2.1 計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì)

　　計(jì)時(shí)電路是基于NI6251 內(nèi)部時(shí)鐘計(jì)數(shù)器來(lái)設(shè)計(jì)的， 相比較一般51 單片機(jī)12MHz 的晶振和FPGA的50MHz 的晶振，NI6251 所提的80MHz 晶振計(jì)數(shù)精度更高，測(cè)速時(shí)2 個(gè)光電開關(guān)所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)時(shí)間間隔會(huì)被更準(zhǔn)確地記錄。計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì)如圖2 所示。

　　圖2 計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì)圖