紅外傳感器在速度測(cè)量中的應(yīng)用

當(dāng)紅外線接收管被正面遮擋時(shí)，周圍障礙物體反射由紅外線發(fā)射管發(fā)出的紅外線。此時(shí)微弱的信號(hào)會(huì)隨著紅外線接收管內(nèi)部自動(dòng)增益控制調(diào)節(jié)到最大而產(chǎn)生方波波形，對(duì)紅外線接收管造成干擾。干擾使采集到的信號(hào)復(fù)雜，需要采用濾波手段將雜波干擾濾除。經(jīng)過分析和示波器觀察，雜波的頻率大于1 kHz。在紅外線接收管輸出端接入有源濾波電路，能夠?qū)⒏哂? kHz的雜波濾掉。由此輸出的波形為紅外線接收管導(dǎo)通和未導(dǎo)通兩種狀態(tài)下的信號(hào)，未摻雜干擾，較容易區(qū)分，可以根據(jù)特點(diǎn)編寫算法，判斷是否有物體從紅外線對(duì)射管中間通過。

3 紅外線測(cè)速傳感器軟件設(shè)計(jì)
控制軟件需要保證紅外線對(duì)射管一對(duì)一工作，且對(duì)信號(hào)采集處理，對(duì)采集的信號(hào)編寫算法程序，完成對(duì)物體是否遮擋紅外線對(duì)射管的判定，即分辨紅外線接收管是否被導(dǎo)通。通過單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器計(jì)取脈沖個(gè)數(shù)，可以將物體遮擋某個(gè)紅外線接收管的時(shí)間記錄下來。程序流程如圖5(a)所示，需要不斷判定第一個(gè)紅外線接收管的輸出狀態(tài)，當(dāng)確定有物體遮擋時(shí)，將開始標(biāo)志位置為1，單片機(jī)開始讀取其他接收管狀態(tài)，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，下一對(duì)紅外線對(duì)射管的接收管被遮擋停止計(jì)時(shí)。紅外線發(fā)射管按順序依次發(fā)射紅外線，處理單元依次讀取紅外線接收管狀態(tài)，可以防止鳥或人無意遮擋引起的誤判現(xiàn)象。判斷有物體遮擋的程序思想為判斷1 ms內(nèi)，是否有物體遮擋，若沒有物體遮擋，紅外線接收管輸出的脈沖波形保持不變；若有物體遮擋，紅外線接收管輸出高電平持續(xù)1 ms以上。紅外線接收管輸出狀態(tài)是否為高電平，可以判斷是否有物體遮擋。當(dāng)按順序掃描的前一對(duì)紅外線對(duì)管被判定遮擋時(shí)，開始掃描下一對(duì)管子的脈沖個(gè)數(shù)，同時(shí)開啟定時(shí)器。延時(shí)50 μs，判定接收管接收到的是否為脈沖，判定是否為脈沖則需要判定引腳是否為低電平，如果引腳為低電平，計(jì)數(shù)值清零。計(jì)數(shù)值并不是計(jì)數(shù)器的值，而是計(jì)算延時(shí)50μs的次數(shù)是否達(dá)到28。

當(dāng)判斷相應(yīng)的接收管被遮擋時(shí)，相應(yīng)的紅外線對(duì)管序號(hào)累加。程序流程如圖5(b)所示。

4 整體結(jié)構(gòu)
紅外線對(duì)射管構(gòu)成一對(duì)紅外傳感器收發(fā)子單元。若干對(duì)紅外傳感器收發(fā)子單元構(gòu)成完整的紅外線測(cè)速傳感器，其紅外線對(duì)射管分離距離和紅外傳感器收發(fā)子單元間距可以調(diào)整。如圖6所示，Ⅳ需要大于2，分離距離超過5 m。在兩對(duì)紅外線對(duì)射管之間測(cè)量物體經(jīng)過的時(shí)間T，間距設(shè)置為L(zhǎng)，可以得到后一對(duì)紅外線對(duì)射管的即時(shí)速度V：

5 結(jié)束語
紅外線對(duì)射管方法，能夠動(dòng)態(tài)地反應(yīng)物體運(yùn)動(dòng)經(jīng)過紅外對(duì)管時(shí)的即時(shí)速度和階段加速度。紅外線在速度測(cè)量中的應(yīng)用，可以作為其他設(shè)備或者系統(tǒng)的技術(shù)支持，為后續(xù)的設(shè)備校準(zhǔn)和分析提供數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。CD4051等模擬開關(guān)芯片可以作為增加測(cè)量點(diǎn)數(shù)量的編碼、譯碼器，控制紅外線接收管一對(duì)一工作，得到精確采樣點(diǎn)的速度和階段的加速度的信息。完整的速度測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括傳感器、處理單元以及人機(jī)交互單元，適合于小型企業(yè)和研究所。紅外線對(duì)射管工藝上，不需要嚴(yán)格的管子對(duì)射標(biāo)準(zhǔn)，紅外線對(duì)射管間距加工略有偏差不影響測(cè)量精度和紅外線對(duì)射管導(dǎo)通。