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[導(dǎo)讀]摘要:首先介紹了光幕測(cè)量高度的原理,給出了高度測(cè)量光幕的一種實(shí)現(xiàn)方法,分析了由該方法設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和主要性能。從而徹底解決了相鄰?fù)烽g的干擾,提高了測(cè)量精度。 關(guān)鍵詞:?jiǎn)纹瑱C(jī);測(cè)量光幕;分級(jí) 1 引言 光

摘要:首先介紹了光幕測(cè)量高度的原理,給出了高度測(cè)量光幕的一種實(shí)現(xiàn)方法,分析了由該方法設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和主要性能。從而徹底解決了相鄰?fù)烽g的干擾,提高了測(cè)量精度。 關(guān)鍵詞:?jiǎn)纹瑱C(jī);測(cè)量光幕;分級(jí) 1 引言 光幕是電子測(cè)量系統(tǒng)中應(yīng)用比較多的一種設(shè)備。利用光幕可以測(cè)量恒速傳送帶上的物體高度、長(zhǎng)度或?qū)挾鹊纫幌盗袛?shù)據(jù),以便為后面的電子系統(tǒng)提供相應(yīng)的參數(shù)。本文給出了一種利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)物體高度測(cè)量的光幕測(cè)量方法。 2 光幕測(cè)量物體高度的基本原理 圖1所示是一個(gè)用普通光幕測(cè)量物體高度的測(cè)試原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖中,光幕的一邊等間距安裝有多個(gè)紅外發(fā)射管,另一邊相應(yīng)的有相同數(shù)量同樣排列的紅外接收管,每一個(gè)紅外發(fā)射管都對(duì)應(yīng)有一個(gè)相應(yīng)的紅外接收管,且安裝在同一條直線上。當(dāng)同一條直線上的紅外發(fā)射管、紅外接收管之間沒(méi)有障礙物時(shí),紅外發(fā)射管發(fā)出的調(diào)制信號(hào)(光信號(hào))能順利到達(dá)紅外接收管。紅外接收管接收到調(diào)制信號(hào)后,相應(yīng)的電路輸出低電平,而在有障礙物的情況下,紅外發(fā)射管發(fā)出的調(diào)制信號(hào)(光信號(hào))不能順利到達(dá)紅外接收管,這時(shí)該紅外接收管接收不到調(diào)制信號(hào),相應(yīng)的電路輸出為高電平。當(dāng)光幕中沒(méi)有物體通過(guò)時(shí),所有紅外發(fā)射管發(fā)出的調(diào)制信號(hào)(光信號(hào))都能順利到達(dá)另一側(cè)的相應(yīng)紅外接收管,從而使內(nèi)部電路全部輸出低電平。這樣,通過(guò)對(duì)內(nèi)部電路狀態(tài)進(jìn)行分析就可以得出物體的高度信息。由于上下相鄰光路可能會(huì)相互干擾,因此,選取的紅外發(fā)光管的發(fā)射角度要小于15%26;#176;,此外,考慮到光幕要有一定的寬度,因而還應(yīng)對(duì)紅外發(fā)射管發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。但在實(shí)際制作中,上下兩路總存在干擾,很難提高測(cè)量精度。為了徹底從根本上解決相鄰兩路的干擾問(wèn)題,本文給出了一種用C51單片機(jī)及相關(guān)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)高度測(cè)量的方法。


3 高度測(cè)量光幕系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程 高度測(cè)量光幕的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。器件的紅外發(fā)射和接收通路數(shù)目理論上最大可有215個(gè),考慮到實(shí)際光幕的高度和上下通路之間的間距,一般不會(huì)超過(guò)64個(gè)。為方便介紹,本文以通路數(shù)16為例,且按安裝的高度從高到低依次標(biāo)為1路、2路、3路。……16路。發(fā)射和接收部分的多路選擇開(kāi)關(guān)選用常見(jiàn)的多路選擇器(如7LS15系列)。發(fā)送端的多路選擇器的A0~A3接單片機(jī)的P1.0~P1.3,接收端的多路選擇器的A0~A3接單片機(jī)的P1.4~P1.7,并入串出模塊和串入并出模塊選用8位移位寄存器(如74lLS165和74HC595)。并入串出模塊的裝載信號(hào)Ld=P1.4%26;#183;WR? 串入并出模塊的數(shù)據(jù)讀出信號(hào) E =P1.5%26;#183;RD。移位控制信號(hào)端接TE同步信號(hào)。RAM用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù),可將其接在單片機(jī)的P0和P2口上。其容量的大小視處理的數(shù)據(jù)量的多少而定。本文選擇1kB。同步信號(hào)TE和移位時(shí)鐘CP可用單片機(jī)的定時(shí)器產(chǎn)生,也可用CP時(shí)鐘8分頻來(lái)作為T(mén)E信號(hào)。對(duì)串入并出模塊的讀和對(duì)并入串出模塊的寫(xiě)均可通過(guò)中斷方式來(lái)完成。同時(shí)?用單片機(jī)的串口可將處理后的高度數(shù)據(jù)送出。直線掃描模式下,器件的工作流程如下:首先單片機(jī)在TE的下降沿到來(lái)后,向串入并出模塊寫(xiě)入要發(fā)送的數(shù)據(jù)?如01H,并同時(shí)向發(fā)送端和接收端送出相同的通路選擇信號(hào)?即第一路地址信號(hào)。而當(dāng)TE的上升沿到來(lái)時(shí),在移位時(shí)鐘的控制下?數(shù)據(jù)01H開(kāi)始經(jīng)多路開(kāi)關(guān)被送到第1路的紅外發(fā)射電路,再經(jīng)調(diào)制后以光信號(hào)形式發(fā)出,與此同時(shí)?紅外接收電路在TE上升沿到來(lái)時(shí)開(kāi)始啟動(dòng)接收。由于發(fā)送和接收的多路開(kāi)關(guān)選擇信號(hào)相同,因此,實(shí)際上只有與發(fā)射端相對(duì)應(yīng)的一路(即第一路)才被接收。經(jīng)解調(diào)后的數(shù)據(jù)一般可在移位時(shí)鐘的作用下被移入串入并出模塊,并在TE下降沿到來(lái)時(shí)接收完畢,同時(shí)觸發(fā)單片機(jī)的中斷處理程序,使數(shù)據(jù)被單片機(jī)讀走。單片機(jī)再對(duì)發(fā)出的數(shù)據(jù)和接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,若不同?注:這里只有在該通路中有物體阻擋時(shí),才接收不到發(fā)送信號(hào),致使發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)不同),則表明該路有物體通過(guò)。若相同則表示該通路中沒(méi)有物體阻擋或者是物體高度比該路紅外發(fā)射管安裝高度要低。接著掃描第2路,同時(shí)單片機(jī)在TE下降沿到來(lái)后,送出第二路的選擇地址,并送出要發(fā)送的數(shù)據(jù)(本文用02H?也可不同)。同樣,在TE上升沿到來(lái)時(shí)開(kāi)始移出,并通過(guò)第二路發(fā)送和接收通道,再經(jīng)調(diào)制后以光信號(hào)形式發(fā)出。與此同時(shí),TE的上升沿啟動(dòng)第二路接收。接收完畢后,單片機(jī)進(jìn)行相關(guān)的處理。接著是第三路、第四路、……第十五路、第十六路,從而完成一次從第一路到第十六路的掃描。若要求以100次/s的速度進(jìn)行掃描,則TE的頻率應(yīng)當(dāng)是1.6kHz,而移位時(shí)鐘CP的頻率應(yīng)當(dāng)是12.8kHz。發(fā)送和接收的時(shí)序如圖3所示。圖中,RN是接收到的串行數(shù)據(jù),TN是發(fā)送端移出的數(shù)據(jù)。圖中略去了調(diào)制解調(diào)部分的波形。 圖2 在直線掃描模式下,單片機(jī)每次向發(fā)送端和接收端發(fā)送相同的通路選擇信號(hào),即第一路發(fā)第一路收、第二路發(fā)第二路收、…第十五路發(fā)第十五路收、第十六路發(fā)第十六路收。而在交叉掃描模式下,單片機(jī)每次向發(fā)送端和接收端發(fā)送不同的通路選擇信號(hào)。即第一路發(fā)第二路收、第二路發(fā)第一路收、……第十五路發(fā)第十六路收、第十六路發(fā)第十五路收。相比之下,交叉掃描模式對(duì)物體的高度測(cè)量更為精確,且在檢測(cè)區(qū)域中心1/3處的檢測(cè)精度最高。最小檢測(cè)高度可縮至直線掃描模式下的2/3。 4 高度檢測(cè)的分析模式 光幕檢測(cè)模式可以有多種設(shè)置,從以上的光幕工作過(guò)程可以看出,可以用首尾光線阻擋模式和首尾光線透射模式。在首尾光線阻擋模式下,當(dāng)物體進(jìn)入光幕區(qū)域時(shí),光線被阻擋,單片機(jī)將識(shí)別被阻擋的首束光線的編號(hào)。然后依次由下向上計(jì)算被阻光線的總數(shù),直到最后被阻擋的光線為止,最后累加得出數(shù)據(jù)物體的被測(cè)方向尺寸。而在首尾光線投射模式,當(dāng)物體進(jìn)入光幕區(qū)域時(shí),單片機(jī)將控制識(shí)別透射光線,并由首束透射光線計(jì)算,再依次累加數(shù)值直到最后透射光線為止,最后計(jì)算透射光線的總數(shù),得出物體被測(cè)方向的尺寸。


5 高度測(cè)量光幕器件的性能和結(jié)果 制作光幕時(shí),要注意選用高亮度紅外發(fā)射二極管和高靈敏度紅外接收管。為了防止紅外接收管飽和,可外加濾光片,以使其工作在微導(dǎo)通狀態(tài)。在直線掃描模式下,當(dāng)光軸間距為2.5cm、光幕寬為5m時(shí),最大分辨率可達(dá)2.5cm,在帶速(物體運(yùn)動(dòng)速度)為5m/s時(shí),掃描間距為1cm。實(shí)際上,本方法也適用于制作高精度測(cè)量光幕,以用于水果、包裹等分級(jí)處理設(shè)備中。

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