专利名称：光电长度测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于长度测量设备的技术领域，具体涉及一种测量长度的光电
背景技术：
机电产品和相应生产装备的技术水平是一个国家工业基础能力的重要标志之 一。光机电一体化技术的应用，可开发出功能更强、性能更好的新一代机电产品 和装备，可提高产品的自动化和智能化水平，扩大使用范围，降低能耗，缩小体 积，减轻重量，提高可靠性，使产品具备更好的性能价格比和更强的市场竞争力。
提高和改变传统机电产品的性能、质量、品种结构和配套现状，开发具有市 场竞争能力的智能型产品和高度自动化的技术装备，促进传统机电产品的升级换 代，满足国民经济发展对技术装备的需要。
在机电产品设计中，有时需要检测物体间的相对运动状态，包括运动的方向 和运动的速度。若采用机械式的检测结构，需要两个物体表面相接触，会由于滚 轮磨损和滚轮的光滑引起误差，而且这在某些场合是不允许直接接触测量。解决 方案是采用光电器件，但使用普通的光电测量方法时，硬件的设计、单片机的运 算相对比较复杂。使用的光电导航芯片可以实现检测运动物体的方向和速度，电 路设计简单，单片机程序设计容易实现。
实用新型内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种硬件设计简单、控制方便的光电长度测量仪技术方案，提高测量精度，且控制方便。
所述的光电长度测量仪，其特征在于包括光电传感器，光电传感器内配合 设置发光二极管、凸镜镜头、光电导航芯片，光电导航芯片内设置感光眼，发 光二极管、凸镜镜头与光电导航芯片内的感光眼之间光路连接，光电传感器的 信号输出端连接设置单片机处理系统的信号输入端，单片机处理系统的对应接 口连接设置串行液晶显示单元。
所述的光电长度测量仪，其特征在于所述的光电导航芯片连接导航控制器 后连接设置单片机处理系统。
所述的光电长度测量仪，其特征在于所述的单片机处理系统对应的接口上
连接设置PC机。
所述的光电长度测量仪，其特征在于所述的光电导航芯片的型号为
ANDS-2051，单片机处理系统中单片机的型号为AT89S51。
所述的光电长度测量仪，其特征在于所述的导航控制器的型号为MDT80C06。 所述的光电长度测量仪，其特征在于所述光电导航芯片ANDS-2051的第14 脚上连接设置限流电阻R1，第9脚、ll脚之间连接设置晶振Yl，第7胜卩、8脚 之间并联设置电容C1、 C2， l脚为串行时钟输入端，16脚为串行数据输入/输出
一山顺。
所述的光电长度测量仪，其特征在于所述的单片机处理系统中单片机 AT89S51的对应接口上连接设置存储模块、看门狗、晶振Y2。
所述的光电长度测量仪，其特征在于所述的导航控制器MDT80C06的7脚外 接调频电阻R2， 9脚、10脚、ll脚上分别连接设置按键Kl、 K2、 K3。
所述的光电长度测量仪，其特征在于所述的存储模块的型号为AT24C02，看 门狗的型号为DS1232。本实用新型由光电传感器、单片机、显示屏和电路板等组成，使用的光电 导航芯片可以实现检测运动物体的方向和速度，电路设计简单，单片机程序设 计容易实现长度测量，将光电检测技术、嵌入式为处理系统技术相结合，与传 统长度测量系统相比，体积小、控制方便、精度高、稳定性高、可靠性高、总 成本低、性价比高，适用于验布机、巻布机、定型机及线缆机械等需要测量长 度的设备上。
图l为本实用新型的结构示意图； 图2为本实用新型的原理框图； 图3为本实用新型的硬件电路图。
图中1-发光二极管，2-被测物体，3-凸镜镜头，4-感光眼，5-光电导航 芯片，6-导航控制器，7-单片机处理系统，8-串行液晶显示单元，9-存储模块， 10-看门狗，ll-PC机，12-光电传感器。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步的说明。
光电长度测量仪，包括光电传感器12，光电传感器12内配合设置发光二极 管1、凸镜镜头3、光电导航芯片5，光电导航芯片5内设置感光眼4，发光二 极管l、凸镜镜头3与光电导航芯片5内的感光眼4之间光路连接，光电导航芯 片5的信号输出端连接设置单片机处理系统7的信号输入端，本实施例中光电 导航芯片5的型号为ANDS-2051，单片机处理系统中7单片机的型号为AT89S51。 光电传感器5与单片机处理系统7之间还可连接设置导航控制器6，导航控制器 6的型号为MDT80C06。单片机处理系统7的对应接口连接设置串行液晶显示单 元8、存储模块9、看门狗10、晶振Y2、 PC机11，存储模块9的型号为AT24C02，看门狗10的型号为DS1232。
系统的硬件连接如图3所示。图中ADNS-2051是DIP16封装,有16个引脚， 具备有片上LED驱动能力和省电模式。其中第6脚是激光LED驱动端，可驱动 HLMP-ED80激光LED,其激光的波长为639 nm。第14引脚R一BIN是激光LED的限 流电阻端，限流电阻Rl大小取决于LED的型号，本系统是15K欧姆。第13脚是5 V电源正端，IO、 12引脚是电源地端。第9胆P、 11脚分别为晶振输入端OSC-IN 和晶振输出端OSC-OUT，两端外接18 MHz的晶振Yl。 7脚、8脚为两个内部参考 端，外部并联接4. 7uf的电解电容Cl和0. luf的陶瓷电容C2。 15脚是光电导航 芯片掉电控制端PD，高电平时起作用。第1胜卩、16脚分别为串行时钟输入端和 串行数据输入/输出端，与导航控制器6MDT80C06的对应端相连接。
图中MDT80C06是用DIP16封装，内建有RC振荡电路，频率约7MHZ,由引脚7 的外部电阻调整频率，调频电阻R2的阻值约180K欧姆。第8引脚PD是旋转选 择器，高电平时分辨率是讓PI。第13脚、14脚分别是MDT80C06的时钟线CLK 端和数据线DATA端，连接单片机的P2. 0、 P2. 1端口 。 MDT80C06的R、 M、 L端分 别是连接设置按键K1、 K2、 K3，将其作为本测量仪的按键输入使用。
为了增加系统的稳定性，单片机部分有存储模块9、看门狗10。看门狗10 的芯片DS1232有两个功能，实现对系统的电压监控和防止单片机死机。当系统 供电电压低与4. 5V或单片机死机时,DS1232会重启单片机系统。存储模块9采 用非易失存储器AT24C02，系统正常运行时，零点参数及运行时的重要数据均保 留在存储模块9中。当系统重新启动后会自动从存储模块9中读出预先设定的 (或上次设定的)有关参数，实现了掉电数据自动保护。单片机处理系统7的对应 接口连接设置串行液晶显示单元8，串行液晶显示单元8能够显示单片机计算出 的运动信息和被测物体长度。测量过程如下光电导航芯片5ADNS-2051它包含有影像撷取系统(IAS)、 数字信号处理器(DSP)、双通道正交输出端口。在芯片的底部有一个感光眼4， 功能如同一个小型的摄像头，能够不断地对物体进行拍照，并将前后两次的图 像送入DSP中进行处理，判断出物体移动的方向和移动的位移大小。发光二极 管1发出激光，激光经过被测物体2的反射后经过凸镜镜头3进行聚光然后进 入光电传感器5ADNS-2 051内设置的感光眼4中，此时ADNS-2051的定位传感 器就会开始操作，如果被测物体2处在运动状态，会触发传感器的IAS，透过镜 头和照明系统来撷取极小的表面影像。这些影像经过DSP的处理，得到移动的 方向和距离，DSP产生的位移值，会被转换成双通道正交信号。双通道正交信号 输入到导航控制器6中对应的接口 ，导航控制器6 MDT80C06将双通道正交信号 转换成单片机能够处理的PS/2数据格式，单片机根据接收到的PS/2数据，判 断被测物提的移动方向和移动速度大小，被根据单片机内已经设置好的程序处 理数据并进行计算，然后在传送到串行液晶显示单元8上显示长度和速度。单 片机处理系统中7的对应接口上连接设置PC机11，可以将单片机中的数据导入 PC机ll中进行处理、储存。
软件设置如下MDT80C06与单片机接口之间数据传送符合PS/2协议，检 测系统软件设计的的核心部分是单片机实现PS/2协议。PS/2协议是双向通信， 只需两根线与单片机连接即可完成通信功能，两根线分别是MDT80C06的时钟线 和数据线。单片机即可以从MDT80C06接收运动状态数据数据，也可以向MDT80C06 发出控制命令，接收或发送状态有单片机通过控制PS/2接口的时钟信号决定。 正常情况下芯片MDT80C06发出接口的时钟信号，单片机根据接口的时钟信号、 数据信号变化接收数据。如果单片机想要发送控制命令到MDT80C06，它可以在 任何时候把时钟拉低一定时间(至少100微秒)即可。ADNS-2051检测反应速度是由它的扫描频率决定的，经过编程支持800CPI 的分辨率和最高2300帧/秒的扫描速度，这样可以测量最小1/800英寸大小的 移动距离，可以每秒进行最高2300次采样。PS/2接口最大的时钟频率是33kHz， 大多数PS/2设备工作在10—20kHz。本系统单片机使用24MHz的晶振，可以轻 松完成PS/2接口功能。系统除使用看门狗、存储芯片增加系统稳定性外，传感 器的输出信号为脉冲信号，其稳定性比较好，不易受外部噪声干扰，对测量电 路无特殊要求。系统测量是光学系统，具有寿命长、无需增加补偿电路特点。
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权利要求1.光电长度测量仪，其特征在于包括光电传感器(12)，光电传感器(12)内配合设置发光二极管(1)、凸镜镜头(3)、光电导航芯片(5)，光电导航芯片(5)内设置感光眼(4)，发光二极管(1)、凸镜镜头(3)与光电导航芯片(5)内的感光眼(4)之间光路连接，光电传感器(12)的信号输出端连接设置单片机处理系统(7)的信号输入端，单片机处理系统(7)的对应接口连接设置串行液晶显示单元(8)。
2. 如权利要求1所述的光电长度测量仪，其特征在于所述的光电导航芯片(5)连接导航控制器(6)后连接设置单片机处理系统(7)。
3. 如权利要求1所述的光电长度测量仪，其特征在于所述的单片机处理系统(7)对应的接口上连接设置PC机(11)。
4. 如权利要求1所述的光电长度测量仪，其特征在于所述的光电导航芯片(5)的型号为ANDS-2051，单片机处理系统中(7)单片机的型号为AT89S51 。
5. 如权利要求2所述的光电长度测量仪，其特征在于所述的导航控制器(6)的型号为MDT80C06。
6. 如权利要求4所述的光电长度测量仪，其特征在于所述光电导航芯片(5)ANDS-2051的第14脚上连接设置限流电阻Rl，第9脚、11脚之间连接设置晶振Yl，第7脚、8脚之间并联设置电容C1、 C2， l脚为串行时钟输入端，16脚为串行数据输入/输出端。
7. 如权利要求4所述的光电长度测量仪，其特征在于所述的单片机处理系统(7)中单片机AT89S51的对应接口上连接设置存储模块(9)、看门狗(10)、晶振Y2。
8. 如权利要求5所述的光电长度测量仪，其特征在于所述的导航控制器(6)MDT80C06的7脚外接调频电阻R2， 9脚、10脚、11脚上分别连接设置按键Kl、K2、 K3。
9.如权利要求7所述的光电长度测量仪，其特征在于所述的存储模块(9)的型号为AT24C02，看门狗(10)的型号为DS1232。
专利摘要光电长度测量仪，属于长度测量设备的技术领域。包括光电传感器，光电传感器内设置发光二极管、凸镜镜头、光电导航芯片，光电导航芯片内设置感光眼，发光二极管、凸镜镜头与光电导航芯片内的感光眼之间光路连接，光电传感器的信号输出端连接设置单片机处理系统的信号输入端，单片机处理系统的对应接口连接设置串行液晶显示单元。本实用新型由光电传感器、单片机、显示屏等组成，使用的光电导航芯片可以实现检测运动物体的方向和速度，电路设计简单，单片机程序设计容易实现长度测量，与传统长度测量系统相比，体积小、控制方便、精度高、稳定性高、可靠性高、总成本低、性价比高，适用于验布机、卷布机、定型机及线缆机械等需要测量长度的设备上。
文档编号G01P3/38GK201407994SQ20092011841
公开日2010年2月17日 申请日期2009年4月23日 优先权日2009年4月23日
发明者金伟明, 金可有, 黄航星 申请人:浙江师范大学