基于红外线光电开关的测速系统设计与应用

随着现代科技的不断进步，各个领域对测速系统的应用越来越多，同时也对测速精度的要求日益苛刻。文中提出一种基于红外线光电开关的测速系统，采用NI6251高速数据采集卡以及LabVIEW软件设计代替了传统的基于单片机或FPGA等自行设计的硬件电路所组成的数据采集分析系统，提高了测速系统的可靠性和测量精度。文中介绍了整个测速系统的工作原理、结构设计和软件设计，并进行了系统的误差分析。现场试验结果证明，该方法能够将高速直线运动物体的测试误差保证在0.0015%以内。

　　1 测速系统工作原理

　　红外光电开关测速是通过2 个光电开关之间的距离s 以及测量运动物体通过2 个光电开关的时间间隔t 然后做除法而得到其平均速度的测速方法。

　　当无运动物体遮挡光电开关时，光电开关的接收端输出高电平信号，当有物体经过遮挡时，光电开关的接收端输出低电平信号。即当高速物体经过一对光电开关时会先后形成2 个高电平到低电平的脉冲信号。通过计时周期的方式测出这2 个下降沿之间的计数周期个数n，计时原理如图1 所示。

　　图1 计时原理图

　　根据计时原理可得到计时时间t：

　　运动物体在s 上的平均速度：

　　2 系统设计

　　通过对测速原理的分析可知，s 可以由刻度尺直接测量得出，因此测速系统主要由计时电路和软件除法运算单元构成。计数器在第1 个脉冲信号的下降沿开始计时，在第2 个脉冲信号的下降沿停止计时，而后将得到的计时时间传送给上位机软件进行处理得到测量值。

　　2.1 计时电路设计

　　计时电路是基于NI6251 内部时钟计数器来设计的， 相比较一般51 单片机12MHz 的晶振和FPGA的50MHz 的晶振，NI6251 所提的80MHz 晶振计数精度更高，测速时2 个光电开关所产生的脉冲信号时间间隔会被更准确地记录。计时电路设计如图2 所示。

　　图2 计时电路设计图