基于紅外線光電開關的測速系統設計與應用

隨著現代科技的不斷進步，各個領域對測速系統的應用越來越多，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的測速系統，采用NI6251高速數據采集卡以及LabVIEW軟件設計代替了傳統的基于單片機或FPGA等自行設計的硬件電路所組成的數據采集分析系統，提高了測速系統的可靠性和測量精度。文中介紹了整個測速系統的工作原理、結構設計和軟件設計，并進行了系統的誤差分析。現場試驗結果證明，該方法能夠將高速直線運動物體的測試誤差保證在0.0015%以內。

　　1 測速系統工作原理

　　紅外光電開關測速是通過2 個光電開關之間的距離s 以及測量運動物體通過2 個光電開關的時間間隔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時，光電開關的接收端輸出高電平信號，當有物體經過遮擋時，光電開關的接收端輸出低電平信號。即當高速物體經過一對光電開關時會先后形成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周期個數n，計時原理如圖1 所示。

　　圖1 計時原理圖

　　根據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，因此測速系統主要由計時電路和軟件除法運算單元構成。計數器在第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 內部時鐘計數器來設計的， 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 晶振計數精度更高，測速時2 個光電開關所產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