基于紅外線光電開關(guān)的測速系統(tǒng)設計與應用

隨著現(xiàn)代科技的不斷進步，各個領(lǐng)域?qū)y速系統(tǒng)的應用越來越多，同時也對測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)的測速系統(tǒng)，采用NI6251高速數(shù)據(jù)采集卡以及LabVIEW軟件設計代替了傳統(tǒng)的基于單片機或FPGA等自行設計的硬件電路所組成的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，提高了測速系統(tǒng)的可靠性和測量精度。文中介紹了整個測速系統(tǒng)的工作原理、結(jié)構(gòu)設計和軟件設計，并進行了系統(tǒng)的誤差分析。現(xiàn)場試驗結(jié)果證明，該方法能夠?qū)⒏咚僦本€運動物體的測試誤差保證在0.0015%以內(nèi)。

　　1 測速系統(tǒng)工作原理

　　紅外光電開關(guān)測速是通過2 個光電開關(guān)之間的距離s 以及測量運動物體通過2 個光電開關(guān)的時間間隔t 然后做除法而得到其平均速度的測速方法。

　　當無運動物體遮擋光電開關(guān)時，光電開關(guān)的接收端輸出高電平信號，當有物體經(jīng)過遮擋時，光電開關(guān)的接收端輸出低電平信號。即當高速物體經(jīng)過一對光電開關(guān)時會先后形成2 個高電平到低電平的脈沖信號。通過計時周期的方式測出這2 個下降沿之間的計數(shù)周期個數(shù)n，計時原理如圖1 所示。

　　圖1 計時原理圖

　　根據(jù)計時原理可得到計時時間t：

　　運動物體在s 上的平均速度：

　　2 系統(tǒng)設計

　　通過對測速原理的分析可知，s 可以由刻度尺直接測量得出，因此測速系統(tǒng)主要由計時電路和軟件除法運算單元構(gòu)成。計數(shù)器在第1 個脈沖信號的下降沿開始計時，在第2 個脈沖信號的下降沿停止計時，而后將得到的計時時間傳送給上位機軟件進行處理得到測量值。

　　2.1 計時電路設計

　　計時電路是基于NI6251 內(nèi)部時鐘計數(shù)器來設計的， 相比較一般51 單片機12MHz 的晶振和FPGA的50MHz 的晶振，NI6251 所提的80MHz 晶振計數(shù)精度更高，測速時2 個光電開關(guān)所產(chǎn)生的脈沖信號時間間隔會被更準確地記錄。計時電路設計如圖2 所示。

　　圖2 計時電路設計圖