一种非接触式光电子摸高器的制作方法

本实用新型涉及一种摸高器，尤其涉及一种非接触光式电子摸高器，属于体育器材领域。

背景技术：

目前，市场上使用的电子摸高器比较多，大部分用的都是触摸条传感器。这种传感器采用触摸压电传感原理，当触摸到传感器时，传感器的自身电阻或电容改变，从而引起输出电压的变化，该电压通过后续处理，最终得出结果。该类传感器由于感应触摸时自身属性的改变导致相应速度较慢。另外，由于人纵跳摸高到达最高点时，不一定能达到传感器能响应的触摸力度，这样，测试值会有低于实际跳高值的可能，导致测试准确率不够高。并且，由于其测试方式为触摸击打，产品寿命会受到一定影响。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有触摸条传感器电子摸高器存在的问题，提供一种反应速度快，准确率高的非接触光式光电子摸高器。

本实用新型的非接触光式光电子摸高器，包括包括固定底座、高度可调的支撑杆及设置在支撑杆上的支撑架；在支撑架的两侧分别设置有红外激光发射器、光电传感接收器；在支撑架对应红外激光发射器的一侧安装有摸高显示器；红外激光发射器、光电传感接收器及摸高显示器通过数据线连接光电对射传感控制系统；所述光电对射传感控制系统包括单片机，红激光发射电路，光电接收电路，EEPROM存储器，复位电路，键盘，LED显示电路及电源电路组成；其中红外激光发射电路、光电传感接收电路用于检测摸高时被遮挡的光电传感器，EEPROM存储器用来存储设置参数，LED显示器显示摸高高度，键盘接收用户命令并处理，复位电路强制单片机恢复到确定的初始状态。

所述红外激光发射电路采用555方波振荡电路。

所述光电传感接收电路由光电传感器、放大电路、传感器通道选择、信号检测电路和锁相环电路组成；光电管传感器接收到的弱电流激光信号通过放大电路将光电传感器管输出的光电流信号转换为电压信号，同时对输出信号进行放大，再通过模拟开关CD4051选择信号进入锁相环电路，锁相环电路接收到的频率经信号检测电路检波，符合要求的信号输出状态发生变化，然后由单片机相应端口采集。

其中，光电传感器采用光电三极管；所述放大电路采用TL084四运算放大器，锁相环电路采用LM567完成对符合频率要求的信号的检波；传感器通道选择采用模拟开关CD4051，信号检测电路采用单片机89S52，进行信号的检测、采集、控制及结果计算处理。

EEPROM存储器用来存放一些设置的参数，比如可以根据使用的人群和使用方法设置一个固定的起始高度，这个起始高度设定好之后就可以存在X25045中，即使仪器电源关闭，设置的值也不会丢失，这样就不用每次仪器上电使用时都要设置起始高度。

复位电路采用EEPROM存储器芯片X25045带的可编程看门狗时间的复位电平的复位电路。

显示电路为用max7219专用芯片驱动五位LED组成的动态扫描电路，由AT89S51控制max7219输出相应的计算结果。

测试时，测试者在靠近光电接收器的一边跳起，用手遮挡在光电接收器前面，就可以完成测试。每次跳高测试时被遮挡的光电管数量不是一个，而是许多个，根据要求我们需要采集检测最高的被遮挡的光电管传感器位置，软件采用模块化设计方法，由主程序、传感器信号接收子程序、高度计算子程序、显示子程序、键盘扫描处理程序等模块组成。

实用新型相对现有技术具有以下优点：

1、反应速度快：当光敏三极管的PN 结受到光辐射时，形成光电流，由此产生的光生电流由基极进入发射极，从而在集电极回路中得到一个放大了相当于β倍的信号电流，具有很大的光电流放大作用，即很高的灵敏度。一般光敏三极管传感器的响应时间在5-10微妙，加上后续电路及单片机控制处理，该仪器总的响应速度可以在100毫秒以内。另外，接收测试信号采用了光电传感器，检测输出光电流大小，只要有阻挡照射光强，传感器输出随即大幅度改变，通过单片机采集确定被遮挡最高处传感器，即可计算得出摸高结果。而其它触摸式传感器都是通过触摸后，改变自身的电阻或电容来改变输出，传感器响应时间一般在30~50毫秒，远远慢于光电传感器的响应时间，后续电路处理复杂，导致整个仪器响应时间就相对慢。

2、准确率高：光电感应传感器等距离安装，只要有阻挡照射光强，相应传感器输出状态改变，不需要接触传感器，通过单片机采集确定被遮挡最高处传感器，即可得到最后结果，没有触摸式传感器对传感器触摸强度等等因素方面的要求。

3、高度可调。本实用新型的支撑架由基础杆和调整架组成，支撑杆根据设置的起始高度可以相对于基础杆上下调节。摸高器的高度可调使其具有很广的使用范围。

附图说明

图1为本实用新型光电子摸高器的外观结构图。

图2为光电对射传感控制系统的结构框图。

图3为光电对射传感控制系统的激光发射电路结构图。

图4为光电接收电路的放大电路结构图。

图5为光电接收电路的信号检测电路结构图。

图6为光电对射传感控制系统的显示电路结构图。

图7为光电对射传感控制系统的电源电路结构图。

图8 为光电对射传感控制系统的复位电路结构图。

具体实施方式

下面参照附图对本实用新型的光电子摸高器的外观结构及电路控制结构及工作原理和使用方法作进一步说明。

一、外观结构

参照图1，包括固定底座9、高度可调的支撑杆及设置在支撑杆上的支撑架11，在支撑架11的两侧分别设置有红外激光发射器1、光电传感接收器2；在支撑架对应红外激光发射器的一侧安装有摸高显示器3。 其中，高度可调的支撑杆由基础杆6和调整杆4组成，调整杆4在基础杆6的上部，且基础杆6和调整杆4通过调节螺丝5固定连接；基础杆6上设有控制开关，控制开关8通过电源线7连接红外激光发射器1、光电传感接收器2及摸高显示器3；控制开关8通过数据线连接光电对射传感控制系统10。

红外激光发射器用8个线激光器，确保每个激光的长度可调节达到8-10厘米，这样，每个激光线就可以照射8个光电接收管，64个光电接收管总共需要8个线激光器。

光电传感接收器为光电接收管，系统共有64个光电接收管，每厘米高度安装一个，可测试范围为0.64米。

光电对射传感控制系统对整个系统进行控制并计算出结果。

摸高显示牌用于显示根据传感器位置计算出的高度。

二、电对射传感控制系统及电路结构

光电对射传感控制系统包括单片机，红激光发射电路，光电接收电路，EEPROM存储器，复位电路，键盘，LED显示电路及电源电路组成（见图2）；其中红外激光发射电路、光电传感接收电路用于检测摸高时被遮挡的光电传感器，EEPROM存储器用来存储设置参数，LED显示器显示摸高高度，键盘接收用户命令并处理，复位电路强制单片机恢复到确定的初始状态。

1、红激光发射电路

可采用555产生占空比一致的方波频率电路，其电路结构如图3。

2、光电传感接收电路

由光电传感器、放大电路、传感器通道选择、信号检测电路和锁相环电路组成；光电管传感器接收到的弱电流激光信号通过放大电路将光电传感器管输出的光电流信号转换为电压信号，同时对输出信号进行放大，再通过模拟开关CD4051选择相关信号进入锁相环电路，锁相环电路接收到的频率进行检波，符合要求的信号输出状态发生变化，然后由单片机相应端口采集。

光电传感器采用光电三极管。由于该系统使用的光电传感器数量比较多，单片机的I/O口资源有限，所以每8个传感器通过模拟开关连接在一个I/O口，这样就可以通过单片机选择不同的模拟开关通道来采集不同传感器的状态。模拟开关选用CD4051，根据连接在单片机上三个控制信号A、B、C的状态，从8路输入信号中选择1路信号进行后续的检测和采集。

放大电路采用TL084四运算放大器；其电路结构见图4。每个光电接收管都配有一个这样的放大电路，在该系统中有64个接收光电管，所以有64个放大电路，由16个四运放TL084完成。

锁相环电路采用LM567，其内部压控振荡器的中心频率为，锁定带宽与C3有关。由于激光发射驱动频率为1kHz，调整相关元件使锁相环的中心频率为1kHz，这样锁相环LM567只响应该频率的信号，避免了其他频率信号及自然光的干扰。信号检测电路采用单片机89S52，其电路结构见图5。当光电管传感器接收到激光信号后，通过放大器放大后的信号通过模拟开关相应通道进入锁相环检波，如果频率为1kHz，则从8脚输出相应变化电平送单片机对应端口，单片机根据检测到的端口电平状态，计算出被遮挡的传感器高度。

3、单片机、EEPROM存储器及复位电路

采用AT89S51单片机；AT89S51有一个专用的外部引脚RESET，外部可通过此引脚输入一个正脉冲使单片机复位。

EEPROM存储器用来存放一些设置的参数，比如可以根据使用的人群和使用方法设置一个固定的起始高度，这个起始高度设定好之后就可以存在X25045中，即使仪器电源关闭，设置的值也不会丢失，这样就不用每次仪器上电使用时都要设置起始高度。

本设计采用的复位电路是EEPROM存储器芯片X25045带的可编程看门狗时间的复位电平的复位电路，保证系统可靠运行。其电路图8所示。所谓复位，就是强制单片机系统恢复到确定的初始状态，并使系统重新从初始状态开始工作。

4、显示电路

显示电路为用max7219专用芯片驱动五位LED组成的动态扫描电路，由AT89S51控制max7219输出相应的计算结果。其电路结构见图6。LED2数码管如果最终功能不使用，可以取消。

6、电源电路

为方便起见，本设计采用的是12V直流供电，由于放大电路比较多，所以用DC-DC电源模块，输入：12V；输出：+5V/-5V。电源电路如图7所示。

7、键盘

接收用户命令并处理。由于摸高器针对不同人群，所以高度不定，设置键可以根据使用的实际人群，设置摸高器的最低基准摸高器高度，这个高度值设置好之后，会存在EEPROM存储器中，即使电源关闭也不会改变。

本设计中，每次跳高测试时被遮挡的光电管数量不是一个，而是许多个，根据要求我们需要采集检测最高的被遮挡的光电管传感器位置，软件采用模块化设计方法，由主程序、传感器信号接收子程序、高度计算子程序、显示子程序、键盘扫描处理程序等模块组成。由于汇编语言程序具有较高的效率且容易精细计算程序运行的时间，而该摸高器的程序没有太复杂的计算，所以控制程序可采用汇编语言编程。

系统上电后，首先系统初始化，当传感器没有被遮挡时，所有传感器都输出高电平，这时P0口的值为十六进制数0xff，当有传感器被遮挡时，该值改变，这时，在一个缓存区按顺序存放模拟开关控制信号A/B/C的值以及该控制信号对应的P0的值，当P0值再次变为0xff时，说明一次此时结束。按照缓存的数，比较出最高位置的传感器位置就可以算出高度。

测试时，测试者在靠近光电接收这边跳起，用手遮挡在光电接收管前面，就可以完成测试。