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正文內(nèi)容

基于光電傳感器的奔跑速度檢測系統(tǒng)設(shè)計-文庫吧資料

2024-09-04 14:57本頁面
  

【正文】 /EA 端保持高電平時,此間內(nèi)部程序存儲器。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 ( 20) PSEN:外部程序存儲器的選通信號。另外,該引腳被略微拉高。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。因此它可用作對外部輸出的 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 13 頁 脈沖或用于定時目的。在 FLASH 編程期間,此引腳用于輸入編 程脈沖。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時,要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ( 8) P3 口管腳備選功能: ( 9) RXD(串行輸入口) ( 10) TXD(串行輸出口) ( 11) /INT0(外部中斷 0) ( 12) /INT1(外部中斷 1) ( 13) T0(記時器 0 外部輸入) ( 14) T1(記時器 1 外部輸入) ( 15) /WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) ( 16) /RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通) ( 17) P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。作為輸入,由于外部下拉為低電平, P3 口將輸出電流( ILL)這是由于上拉的緣故。 ( 6) P3 口: P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口,可接收輸出 4 個 TTL門電流。在給出地址 “1”時,它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢,當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時, P2 口輸出其特 殊功能寄存器的內(nèi)容。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 ( 5) P2 口: P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口, P2 口緩沖器可接收,輸出 4 個 TTL 門電流,當(dāng) P2 口被寫 “1”時,其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高,且作為輸入。 P1 口管腳寫入 1 后,被內(nèi)部上拉為高,可用作輸入, P1 口被外部下拉為低電平時,將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FIASH 編程時, P0 口作為原碼輸入口,當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗時, P0 輸出原碼,此時 P0 外部必須被拉高。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時,被定義為高阻輸入。 AT89C51 單片機的功能: 主要特性: ( 1) 與 MCS51 兼容 ( 2) 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 ( 3) 壽命: 1000 寫 /擦循環(huán) ( 4) 數(shù)據(jù)保留時間: 10 年 ( 5) 全靜態(tài)工作: 0Hz24Hz ( 6) 三級程序存儲器鎖定 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 11 頁 ( 7) 128*8 位內(nèi)部 RAM ( 8) 32 可編程 I/O 線 ( 9) 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 ( 10) 5 個中斷源 ( 11) 可編程串行通道 ( 12) 低功耗的閑置和掉電模式 ( 13) 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 管腳說明 [10](圖 ): 圖 AT89C51 管腳分布 ( 1) VCC:供電電壓, ( 2) GND:接地。 圖 AT89C51 芯片 它有 40 個管腳,分成兩排,每一排各有 20 個腳,其中左下角標(biāo)有箭頭的為第 1 腳,然后按逆時針方向依次為第 2 腳、第 3 腳 、 第 40 腳。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中, ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器,為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 單片機 AT89C51 介紹 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器( FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓,高性能 CMOS8 位微處理器,俗稱單片機。計數(shù)值暫存于單片機寄存器內(nèi),為后續(xù)處理提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)。 INT0 和 INT1 均設(shè)置下降沿觸發(fā)。因此,將光敏電阻接入電路中,就可使電路中的電流在光照前后有很大變化,根據(jù)光照變化量進(jìn)而引 起光敏電阻阻值變化,最終使輸出電壓發(fā)生變化,促使單片機作出相應(yīng)的動作 。圖 中光電器件為光敏電阻,光敏電阻是一種均質(zhì)半導(dǎo)體光電器件,也稱光電管,其是用光電導(dǎo)效應(yīng)制成的。 PM12 光電傳感器 PM12 光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。當(dāng)檢測物通過時擋住了光,并把光部分反射回來,收光器就收到光信號,輸出一個開關(guān)信號。 擴散反射型光電開關(guān) 它的檢測頭里也裝有一個發(fā)光器和一個收光器,但前方?jīng)]有反光板。 反光板型光電開關(guān) 把發(fā)光器和收光器裝入同一個裝置內(nèi),在它的前方裝一塊反光板,利 用反射原理完成光電控制作用的稱為反光板反射式 (或反射鏡反射式 )光電開關(guān)。它的檢測距離可達(dá)幾米乃至幾十米。 對射型光電傳感器 若把發(fā)光器和收光器分離開,就可使檢測距離加大。輸出一個開關(guān)控制信號,切斷或接通負(fù)載電流,從而完成 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 8頁 一次控制動作。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見光,在無阻情況下光接收器能收到光。 激光 激光與普通光線相比具有能量高度集中,方向性好,頻率單純、相干性好等優(yōu)點,是很理想的光源。廣泛地用于計算機、儀器儀表和自動控制設(shè)備中。在其后面是檢測電路,它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。 測 量 頭光 學(xué)系 統(tǒng)光 電元 件電 子 測量 電 路光源被 測 量 量光 信 號電 參 量信 號可 用信 號 圖 光電傳感器結(jié)構(gòu)圖 光電傳感器一般由三部分構(gòu)成,它 們分為:發(fā)送器、接收器和檢測電路 [8],發(fā)送器對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束,發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源,發(fā)光二極管 (LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光電傳感器一般由光源 , 光學(xué)通路和光電元件三部分組成 。 除金屬外,多數(shù)絕緣體和半導(dǎo)體都有光電效應(yīng),半導(dǎo)體尤為顯著。當(dāng)光照在半導(dǎo)體上是,若電子的能量大與半導(dǎo)體禁帶的能級寬度,則電子從價帶躍遷到導(dǎo)帶,形成電子,同時,價帶留下相應(yīng)的空穴。 當(dāng)受到光照射時,吸收電子能量,其電阻率降低的導(dǎo)電現(xiàn)象稱為光導(dǎo)效應(yīng)。由于不同材料具有不同的逸出功,因 此對每一種陰極材料,入射光都有一個確定的頻率限,當(dāng)入射光的頻率低于此頻率限時,不論光強多大,都不會產(chǎn)生光電子發(fā)射,此頻率限稱為 “紅限 ”。根據(jù)能量守恒定律: AHMV ?? ?221 ( ) 式中, M 為電子質(zhì)量 , v 為電子逸出的初速度 , A 微電子所做的功。 光照在照在光電材料上,材料表面的電子吸收的能量,若電子吸收的能量足夠大是,電子會克服束縛脫離材料表面而進(jìn)入外界空間,從而改變光電子材料的導(dǎo)電性,這種現(xiàn)象成為外光電效應(yīng) 根據(jù)愛因斯坦的光電子效應(yīng),光子是運動著的粒子流,每種光子的能量為 hv,由此可見不同頻率的光子具有不同的能量,光波頻 率越高,光子能量越大。 方案選擇: 選用方案一是因為方案二在控制方式上難以實現(xiàn)復(fù)雜的控制過程, 而且在其計數(shù)顯示部分就需要幾個芯片,還需要采用 CD4543 驅(qū)動 LED 的配接電路,而方案一的基于AT89C51 單片機 電路簡單,其軟硬件實現(xiàn)起來較為容易,而且 可實現(xiàn)多種功能。采用對射型光電傳感器,將紅外發(fā)光管與光電接收管相對安放,每當(dāng)物體通過一次,紅外光就被遮擋一次,光電接收管的輸出電壓就發(fā)生一次變化,這個變化的信號通過放大處理后形成計數(shù)脈沖,通過光電隔離耦合并行輸入 AT89C51,通過軟件控制計算并用 LED 加以顯示,便可實現(xiàn)對奔跑物體速度的測量。間接測量法是測量目標(biāo)的移動距離和時間,通過計算得到速度量,如光電測速、光柵測速、磁柵測速和圖像測速等,用于測量奔跑物體的速度。直接測量法是通過某種測量原理或效應(yīng)直接獲得速度量,如多普勒測速儀、空間濾波測速等。將值 n 傳送處理中心,已知單片機的機器周期為 T,可通過編程 [5]計算出奔跑物體在定距離 S 內(nèi)的平均速度 V,為 V=S/nT 其中 S 為兩個對射型光電管之間的距離 。 光電傳感器 信號調(diào)理 電路 單片機 顯示 奔跑物體 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 4頁 2 奔跑速度檢測 系統(tǒng)原理 本系 統(tǒng)中,兩對光電對射管布置在奔跑物體通過的路徑上 ,當(dāng)奔 跑物體經(jīng)過光電管Q1, Q2 時,則擋住了光線,光電管 Q1, Q2 產(chǎn)生一個上升或下降沿,以光電管 Q1 的上升 沿或下降沿作為單片機計數(shù)器的啟動脈沖,啟動計時器開始計時,光電管 Q2 的上升沿或下降沿作為單片機計數(shù)器的停止脈沖,計數(shù)器停止計時 (本設(shè)計為高電平觸發(fā)) 。 圖 速度檢測 系統(tǒng)方框圖 本系統(tǒng)的硬件主要由光電傳感器、信號處理電路、單片機 AT89C5 LED 顯示等組成。這部分主要是對測得的結(jié)果通過 4 位 LED 數(shù)碼管顯示給用戶 。此部分是本設(shè)計的重點和難點。 單片機數(shù)據(jù)處理 [4]。 本課題設(shè)計的主要內(nèi)容 本設(shè)計主要內(nèi)容由以下三大部分組成: 信號的采集。隨著社會機械工業(yè)發(fā)展的趨勢,對速度檢測要求的精度越來越高, 很多方面,奔跑速度的精確檢測 , 關(guān)系到一系列系統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計,所以這就需要設(shè)計一套奔跑速度檢測系統(tǒng)。 目前,速度檢測系統(tǒng)已經(jīng)在汽車行業(yè)得到廣泛應(yīng)用,預(yù)計今后的智能控制系統(tǒng)會朝著更可靠、性能更穩(wěn)定、更高端的 方向發(fā)展。汽車智能速度控制器的安裝十分巧妙,除了機械手的鋼絲位置固定在油門踩板上以外,機械手和控制儀可以隱蔽安裝而且做到不打洞安裝。設(shè)置控制儀的限制值,可以用程序設(shè) 定也可以用 IC 卡設(shè); 可以只設(shè)定一個值,也可以根據(jù)不同的路況,有多個檔位供設(shè)定;還可以接受信號切換設(shè)定(即接受道路速度無線信號切換或電子地圖信號切換) 。當(dāng)你想繼續(xù)加速時,由于油門位置被限制, 你無法踩動,使汽車速度被控制汽車由于慣性速度保持在臨界值??梢酝ㄟ^微電腦控制儀來事先設(shè)定速度,比如在高架上 , 先設(shè)定最高速度為 60 公里。 在 2020 年上海大眾智能設(shè)備有限公司也推出一種汽車智能速度檢測系統(tǒng),管理者可以用事先設(shè)定的方法強制約束汽車只能在規(guī)定的速度范圍內(nèi)行駛。目前見到的許多關(guān)于汽車車速與控制類文獻(xiàn)中,以研究無刷直流電機較多,采用光電式傳感器電機的重要元件。 在 20 世紀(jì) 60 年代,汽車上僅有機油壓力傳感器、油量傳感器和水溫傳感器,它們與儀表或指示燈連接。 速度測量目前主要運用在汽車行業(yè),如今的汽車 工業(yè)正是朝著智能化,數(shù)字化發(fā)展,人們享受速度所帶來的高效率同時,卻要面對安全的巨大陰影,甚至有些人對汽車產(chǎn)生恐懼,在高速行駛的汽車上,什么事情都有可能發(fā)生。其中應(yīng)用最廣的是光電式,光電式測系統(tǒng)具有低慣性、低噪聲、高分辨率和高精度的優(yōu)點.加之激光 [2]光源、光柵、光學(xué)碼盤、 CCD 器件、光導(dǎo)纖維等的相繼出現(xiàn)和成功應(yīng)用,使得光電傳感器在檢測和控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。計數(shù)測速法又可分為機械式定時計數(shù)法和電子式定時計數(shù)法。通過對平均 速度和瞬時速度的測定,可以了解物體的運動狀態(tài)和運動規(guī)律。 速度是物理學(xué)中的一個重要的概念。 The LED 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 III 頁 目 錄
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