专利名称：有轨直线运动物体测速系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及运动测速领域，具体涉及一种基于反射式光电传感器的有轨直线运动
物体测速系统。
背景技术：
速度的测量在人们的生产生活中由来已久，在很多情况下人们需要获得物体的移 动速度以便对其进行评价和修正。
对于有导轨的直线移动平台速度的测量，通常采用的方式有
(1)直接测量法，在导轨沿线铺设光电开关；
(2)间接测量法，通过齿带加光电码盘的方式。 但是这些方式都存在着缺陷，如果轨道很长的时候，基于上述技术方案则铺设光 电开关或者光盘检测的装置的距离长，导致检测的成本过高。而且为了实现全程检测，还需 要沿着轨道布置长线缆，导致检测的成本进一步提高，不利于对平台整个移动全程的速度 检测。
发明内容
本发明针对上有现有技术的缺点，提供一种安装简单、部署灵活、实施成本低、适 用范围广、检测精确度高、适合全程测速的有轨直线运动物体测速系统。 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种有轨直线运动物体测速 系统，它包括光电传感单元、预处理单元、数据通信单元和中央处理单元，所述光电传感单 元包括固定于运动物体上的反射式光电传感器和等距分布于轨道上的反射条，所述反射式 光电传感器与预处理单元相连，所述反射式光电传感器在移动至与所述反射条相对应的位 置时发出感应信号至预处理单元，所述预处理单元通过获取反射式光电传感器发出相邻感 应信号的响应时间间隔、并通过数据通信单元将所述响应时间间隔传送给中央处理单元， 所述中央处理单元接收所述响应时间间隔并根据在所述响应时间间隔内反射式光电传感 器的移动距离得到运动物体的运动速度。
作为本发明测速系统的进一步改进 所述响应时间间隔为所述反射式光电传感器通过单个反射条的时间，所述移动距
离为单个反射条的长度；或者，所述响应时间间隔为所述反射式光电传感器离开前一个反
射条到移动至下一个反射条的时间，所述移动距离为相邻两个反射条之间的距离； 所述数据通信单元由无线数据发送单元和无线数据接收单元组成，所述无线数据
发送单元与预处理单元相连，所述无线数据接收单元与中央处理单元相连； 所述无线数据发送单元为蓝牙发送模块，所述无线数据接收单元为蓝牙接收模
块； 所述预处理单元与一存储单元相连，所述存储单元以数组形式存储所述响应时间 间隔，所述预处理单元在向中央处理单元传送所述响应时间间隔时对响应时间间隔进行连续编号，所述中央处理单元根据接收的响应时间间隔及其编号信息计算出运动物体的运动 速度； 所述中央处理单元与一显示单元相连，所述中央处理单元通过所述显示单元输出 运动物体的运动速度。 本发明具有下述优点本发明通过预处理单元获取反射式光电传感器经过等距分 布于轨道上的反射条发出感应信号的响应时间间隔，并通过发送时间间隔的给远端中央处 理单元的方式来计算运动物体的运动速度，光电传感单元安装简单、实施成本低、适用范围 广、预处理单元可以更加快速高效地处理感应信号。将反射条长度作为单位长度计算速度 时，应对不同的检测精度需求，可以灵活部署反射条。此外，数据通信单元由无线数据发送 单元和无线数据接收单元组成，因此预处理单元和中央处理单元之间的通信不受布线的约 束，数据发送方便、有利于运动物体的全程测速。
图1为本发明实施例的有轨直线运动物体测速系统的框架结构示意图； 图2为本发明实施例的有轨直线运动物体测速系统的结构示意图； 图3为本发明实施例中光电传感单元的结构示意图； 图4为本发明实施例中反射式光电传感器的电路原理示意图； 图5为本发明实施例中预处理单元的的电路原理示意图； 图6为本发明实施例中蓝牙发送模块的电路原理示意图； 图7为本发明实施例中预处理单元的中断计时流程示意图； 图8为本发明实施例中预处理单元数据传输流程示意图； 图9为本发明实施例中显示单元输出的速度曲线示意图。
具体实施例方式
如图1、图2和图3所示，本发明实施例的有轨直线运动物体测速系统包括光电传 感单元1、预处理单元2、数据通信单元3和中央处理单元4，光电传感单元1包括固定于运 动物体上的反射式光电传感器11和等距分布于轨道上的反射条12，反射式光电传感器11 与预处理单元2相连，反射式光电传感器11在移动至与反射条12相对应的位置时发出感 应信号至预处理单元2，预处理单元2获取反射式光电传感器11发出相邻感应信号的响应 时间间隔、并通过数据通信单元3将响应时间间隔传送给中央处理单元4，中央处理单元4 接收响应时间间隔并根据在响应时间间隔内反射式光电传感器11的移动距离得到运动物 体的运动速度。在本实施例中，响应时间间隔为反射式光电传感器11通过单个反射条12 的时间，移动距离为单个反射条12的长度。 预处理单元2与存储单元6相连，存储单元6以数组形式存储预处理单元2待输出 的数据，预处理单元2传送响应时间间隔时对响应时间间隔进行连续编号，中央处理单元4 根据接收的响应时间间隔及其编号信息计算出运动物体的运动速度。中央处理单元4与显 示单元5相连，显示单元5实时输出中央处理单元4计算的速度数据。数据通信单元3为 无线数据通信单元，数据通信单元3由无线数据发送单元31和无线数据接收单元32组成， 无线数据发送单元31与预处理单元2相连，无线数据接收单元32与中央处理单元4相连，在本实施例中，无线数据发送单元31为蓝牙发送模块，无线数据接收单元32为蓝牙接收模 块。 为了便于对运动物体测量，本实施例中反射式光电传感器11、信号调理电路、预处 理单元2、存储单元6、无线数据发送单元31以及电源单元作为信号发射模块被集成到一块 电路板上。本实施例中中央处理单元4采用主机9，主机9独立于信号发射模块之外单独放 置，显示单元5为显示器，无线数据接收单元32与中央处理单元4相连，中央处理单元4和 显示单元5相连。 如图4所示，本实施例中反射式光电传感器11采用ST188芯片，ST188芯片的发 光二极管发出光线，当反射式光电传感器11与反射条12相对的时候，ST188芯片发出的光 线被反射条12反射至ST188芯片的光敏感元件上，ST188芯片立即响应一个输出信号。本 实施例中，为了实现反射式光电传感器11和预处理单元2的信号匹配，在反射式光电传感 器11和预处理单元2之间设有信号调理电路。信号调理电路主要由R16、三极管Q6和一 个反相器组成，三极管Q6的集电极直接连接至预处理单元2的INTO端口、通过反相器连接 至预处理单元2的INT1端口，本实施例中中断触发采用边沿触发，中央处理单元4用于计 算运动物体运动速度的响应时间间隔，该响应时间间隔为反射式光电传感器11通过单个 反射条12所花费的时间，中央处理单元4用于计算运动物体运动速度的移动距离，该移动 距离为单个反射条12的长度，当反射式光电传感器11开始与反射条12相对时，三极管Q6 的集电极向预处理单元2的INTO输出触发信号；当反射式光电传感器11离开该反射条12 时，三极管Q6的集电极向预处理单元2的INT1输出触发信号。 如图5所示，预处理单元2采用AT89S52单片机实现，AT89S52单片机的P3. 2、P3. 3 端口分别作为INT0、INT1的信号输入端口，P3.0、P3. l端口作为无线数据发送单元31的数 据传输端口。 如图6所示，本实施例中无线数据发送单元31为蓝牙发送模块，预处理单元2的 P3. 0、P3. 1端口与蓝牙控制器S2的12、 13端口相连，单片机将计时数值通过P3. 0、P3. 1发 送给蓝牙控制器S2，然后由蓝牙控制器S2发送给远端的无线数据接收单元32，无线数据接 收单元32为蓝牙适配器，主机9通过蓝牙适配器获取预处理单元2的计时时间间隔。
如图7、图8所示，当预处理单元2的INTO输入触发信号后触发INTO中断，预处理 单元2启动计时，并开启外部中断1，开启接收INT1的中断信号，本次中断结束。开启接收 INT1的中断信号后，当INT1输入触发信号后触发INT1中断，则预处理单元2结束计时，读 取计时结果并置位中断数据标志，然后重新给计数器赋初值并禁止外部中断l，之后本次中 断结束，该计时时间即为反射式光电传感器11通过单个反射条12的时间。本实施例中，预 处理单元2通过一个中断数据标志来标明中断输出数据的可读状态，当计时结束以后通过 置位中断数据标志标明计时的时间处于可读状况。本实施例中存储单元6以数组形式存储 预处理单元2待输出的数据。预处理单元2查询读取中断数据标志，当存在可用的计时数 据时，则将计时数据存入存储单元6的数组中，然后再清除中断数据标志，当存储单元6中 数组存在数据时，则通过蓝牙控制器S2将数据编号发送给中央处理单元4，中央处理单元4 则根据输入的数据及其编号计算出运动物体的速度，并通过显示单元5实时显示。
在如图2所示的本发明有轨直线运动物体测速系统的一种应用实施例中，中央处 理单元4采用主机9实现，主机9中使用labview程序，在labview程序中设置反射条12的长度后，中央处理单元4根据输入的响应时间间隔及其编号信息、labview程序中设置的 反射条12的长度计算出运动物体的运动速度，绘制成如图9所示速度曲线图表并通过显示 单元5输出。 在另一个实施例中，响应时间间隔为反射式光电传感器11离开前一个反射条12 移动至接近下一个反射条12所花费的时间，移动距离为相邻两个反射条12之间的距离。当 反射式光电传感器11离开一个反射条12时，三极管Q6的集电极向预处理单元2的INT1 输出触发信号，预处理单元2开始计时；当反射式光电传感器11移动至与下一个反射条12 相对位置时，三极管Q6的集电极向预处理单元2的INTO输出触发信号，预处理单元2结束 计时，以上实现方式仅需要在中断服务程序中做相应的修改即可实现。然后预处理单元2 通过数据通信单元3将计时得到的响应时间间隔发送至中央处理单元4，中央处理单元4根 据所述响应时间间隔以及两个相邻反射条12之间的距离得到运动物体的运动速度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施 例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干变化、改进和润饰，例如响应时间 间隔为反射式光电传感器11经过连续多个反射条12或者多个反射条之间空档的时间，或 者采用计数器记录多次相邻感应信号的计时时间，又或者将预处理单元2的电平边沿触发 改为电平触发等等，这些变化、改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
一种有轨直线运动物体测速系统，其特征在于它包括光电传感单元(1)、预处理单元(2)、数据通信单元(3)和中央处理单元(4)，所述光电传感单元(1)包括固定于运动物体上的反射式光电传感器(11)和等距分布于轨道上的反射条(12)，所述反射式光电传感器(11)与预处理单元(2)相连，所述反射式光电传感器(11)在移动至与所述反射条(12)相对应的位置时发出感应信号至预处理单元(2)，所述预处理单元(2)通过获取反射式光电传感器(11)发出相邻感应信号的响应时间间隔、并通过数据通信单元(3)将所述响应时间间隔传送给中央处理单元(4)，所述中央处理单元(4)接收所述响应时间间隔并根据在所述响应时间间隔内反射式光电传感器(11)的移动距离得到运动物体的运动速度。
2. 根据权利要求1所述的有轨直线运动物体测速系统，其特征在于所述响应时间间 隔为所述反射式光电传感器(11)通过单个反射条(12)的时间，所述移动距离为单个反射 条(12)的长度。
3. 根据权利要求1所述的有轨直线运动物体测速系统，其特征在于所述响应时间间 隔为所述反射式光电传感器(11)离开前一个反射条(12)到移动至下一个反射条(12)的 时间，所述移动距离为相邻两个反射条(12)之间的距离。
4. 根据权利要求1或2或3所述的有轨直线运动物体测速系统，其特征在于所述数据 通信单元(3)由无线数据发送单元(31)和无线数据接收单元(32)组成，所述无线数据发 送单元(31)与预处理单元(2)相连，所述无线数据接收单元(32)与中央处理单元(4)相 连。
5. 根据权利要求4所述的有轨直线运动物体测速系统，其特征在于所述无线数据发 送单元(31)为蓝牙发送模块，所述无线数据接收单元(32)为蓝牙接收模块。
6. 根据权利要求1或2或3所述的有轨直线运动物体测速系统，其特征在于所述预 处理单元(2)与一存储单元(6)相连，所述存储单元(6)以数组形式存储所述响应时间间 隔，所述预处理单元(2)在向中央处理单元(4)传送所述响应时间间隔时对响应时间间隔 进行连续编号，所述中央处理单元(4)根据接收的响应时间间隔及其编号信息计算出运动 物体的运动速度。
7. 根据权利要求5所述的有轨直线运动物体测速系统，其特征在于所述预处理单元 (2)与一存储单元(6)相连，所述存储单元(6)以数组形式存储所述响应时间间隔，所述预 处理单元(2)在向中央处理单元(4)传送所述响应时间间隔对响应时间间隔进行连续编 号，所述中央处理单元(4)根据接收的响应时间间隔及其编号信息计算出运动物体的运动 速度。
8. 根据权利要求1或2或3所述的有轨直线运动物体测速系统，其特征在于所述中 央处理单元(4)与一显示单元(5)相连，所述中央处理单元(4)通过所述显示单元(5)输 出运动物体的运动速度。
9. 根据权利要求7所述的有轨直线运动物体测速系统，其特征在于所述中央处理单 元(4)与一显示单元(5)相连，所述中央处理单元(4)通过所述显示单元(5)输出运动物 体的运动速度。
全文摘要
本发明公开了一种有轨直线运动物体测速系统，它包括光电传感单元、预处理单元、数据通信单元和中央处理单元，光电传感单元包括固定于运动物体上的反射式光电传感器和等距分布于轨道上的反射条，反射式光电传感器与预处理单元相连、且在移动至与反射条相对的位置时发出感应信号至预处理单元，预处理单元通过获取反射式光电传感器发出相邻感应信号的响应时间间隔、并通过数据通信单元将响应时间间隔传送给中央处理单元，中央处理单元接收响应时间间隔并根据在所述响应时间间隔内反射式光电传感器的移动距离计算运动物体的运动速度。本发明具有快速高效、部署灵活、结构简单、安装简易、成本低、全程测速方便的优点。
文档编号G01P3/68GK101750513SQ201010022110
公开日2010年6月23日 申请日期2010年1月21日 优先权日2010年1月21日
发明者刘小虎, 吴峻, 赵宏涛, 陆珊珊 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学