基于干簧管的測(cè)速系統(tǒng)

方路線

(武漢工程大學(xué)，湖北 武漢 430000)

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基于干簧管的測(cè)速系統(tǒng)

方路線

(武漢工程大學(xué)，湖北 武漢 430000)

裝置在預(yù)定軌道兩端距離S固定的兩組干簧管對(duì)物體分別通過(guò)傳感器時(shí)所引起的磁場(chǎng)變化的物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并由信號(hào)傳輸電路將其傳輸給單片機(jī)。單片機(jī)記錄物體通過(guò)兩組干簧管所用的時(shí)間T，用V=S/T計(jì)算出平均速率，當(dāng)S足夠短時(shí)即可將平均速率V看做是物體通過(guò)該段位移的瞬時(shí)速率。顯示出該速率，當(dāng)超過(guò)設(shè)定速度時(shí)蜂鳴器即可進(jìn)行預(yù)警。通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，本裝置測(cè)速精度較高，符合低速高精度的測(cè)量，并且價(jià)廉物美，易于推廣。

干簧管；測(cè)速；單片機(jī)； 預(yù)警

當(dāng)今社會(huì)，速度與我們的生活息息相關(guān)。例如，在生活中我們?nèi)菀字儡囁賹?duì)我們的重要性，近年車禍頻繁發(fā)生，這與超速是不無(wú)關(guān)系的。而傳統(tǒng)的測(cè)速裝置適用范圍有限，如對(duì)小區(qū)內(nèi)部的測(cè)速就不能達(dá)到要求，且成本很高，而小區(qū)內(nèi)部也是事故的高發(fā)區(qū)。面對(duì)這種情況我們開(kāi)發(fā)出本款基于干簧管的測(cè)速系統(tǒng)，它適用范圍廣能夠應(yīng)用多場(chǎng)合的測(cè)速裝置，公路或者小區(qū)內(nèi)部等公共場(chǎng)合均可應(yīng)用[1-4]。另一方面，有在物理實(shí)驗(yàn)室做過(guò)速度或者加速度測(cè)量實(shí)驗(yàn)的同學(xué)知道，物理實(shí)驗(yàn)室以光電門(mén)作為傳感器，這種裝置在試驗(yàn)中會(huì)帶來(lái)諸多不便，速度不能直接讀出,光電門(mén)對(duì)不準(zhǔn)、難對(duì)準(zhǔn)等現(xiàn)象常發(fā)生，給我們學(xué)習(xí)帶來(lái)不便。本裝置能夠成功解決這個(gè)困難,直接讀出速度的大小，并且只需要距離固定，無(wú)需對(duì)準(zhǔn)操作等繁瑣的工作，可以帶來(lái)方便[5-9]。通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，本裝置測(cè)速精度較高，符合低速高精度的測(cè)量,并且價(jià)廉物美，易于推廣。系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 基于干簧管的測(cè)速系統(tǒng)

1 原 理

在預(yù)定軌道兩端距離S處固定A、B兩組干簧管傳感器，在沒(méi)有帶磁體的物體經(jīng)過(guò)時(shí)，兩組干簧管處于斷開(kāi)狀態(tài)即不輸出信號(hào)。當(dāng)帶磁體的小車或物體經(jīng)過(guò)其中一組干簧管時(shí)，該組干簧管輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，通過(guò)傳輸電路傳輸給單片機(jī)，此時(shí)單片機(jī)開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)小車或者物體經(jīng)過(guò)另外一組干簧管時(shí)同樣輸出一個(gè)脈沖并傳輸給單片機(jī)，此時(shí)單片機(jī)結(jié)束計(jì)時(shí)。由此單片機(jī)計(jì)出通過(guò)的時(shí)間T，而由V=S/T計(jì)算出平均速率(當(dāng)S足夠短時(shí)V即可看做是瞬時(shí)速率)。通過(guò)液晶顯示器顯示速率，當(dāng)超過(guò)預(yù)設(shè)的速率時(shí)蜂鳴器進(jìn)行預(yù)警[10-11]。系統(tǒng)工作流程圖如下圖2所示。

圖2 系統(tǒng)工作流程圖

系統(tǒng)利用干簧管作為傳感器，在小車或物體上面固定磁體，在帶磁體物體經(jīng)過(guò)時(shí)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，從而由單片機(jī)計(jì)出通過(guò)兩組固定距離S的干簧管的時(shí)間T，繼而運(yùn)算出速率并顯示與預(yù)警。系統(tǒng)工作方式簡(jiǎn)單，可行性高，單片機(jī)計(jì)算精度高。

2 測(cè)試及參數(shù)說(shuō)明

2.1 用遙控小汽車進(jìn)行模擬測(cè)試

為便于測(cè)試，可用遙控小汽車進(jìn)行模擬測(cè)試。在距離為S的軌道兩端的底層導(dǎo)軌中鋪設(shè)兩組干簧管，并且在遙控小汽車的底盤(pán)上安裝一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的磁體，這樣的細(xì)長(zhǎng)磁體能使干簧管瞬間導(dǎo)通。當(dāng)小汽車通過(guò)第一組干簧管時(shí)使之導(dǎo)通產(chǎn)生一個(gè)脈沖從而使單片機(jī)進(jìn)入中斷，此時(shí)系統(tǒng)開(kāi)始計(jì)時(shí)；當(dāng)小汽車經(jīng)過(guò)另一組干簧管時(shí)同樣使單片機(jī)進(jìn)入中斷，而使單片機(jī)結(jié)束計(jì)時(shí)。由此計(jì)出時(shí)間T，由V=S/T求出瞬時(shí)速率。由于小車有一定摩擦運(yùn)行中必然有誤差，在此我們不斷縮小S的距離，進(jìn)行多次測(cè)試盡量使V接近瞬時(shí)速率。部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示.

表1 小車模型測(cè)定值對(duì)應(yīng)表

通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表1可知，小車以一定速度運(yùn)行時(shí)當(dāng)距離不斷縮短，速度越穩(wěn)定；當(dāng)縮短到一定距離后速度趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2 安裝在氣墊導(dǎo)軌上測(cè)試

氣墊導(dǎo)軌由于摩擦小，移動(dòng)物體更容易有穩(wěn)定的速度，從而測(cè)試出本系統(tǒng)的性能。由于導(dǎo)軌下方有氣體不能鋪設(shè)干簧管，本次測(cè)試將細(xì)長(zhǎng)磁體固定安裝在物體的上表面，而干簧管固定懸掛在小物體的上方，調(diào)節(jié)使物體在軌道上滑行時(shí)能夠迅速對(duì)干簧管進(jìn)行感應(yīng)?；瑝K用彈簧彈出，當(dāng)固定彈簧的壓縮量時(shí)滑塊近似勻速運(yùn)動(dòng)。其他測(cè)速原理同上。部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表2同樣可以得到以上小車測(cè)試的結(jié)論，并且單片機(jī)系統(tǒng)在計(jì)時(shí)時(shí)采用5 ms計(jì)數(shù)一次，可以看出只要S在允許的精度范圍內(nèi)提高時(shí)，速度的精度也可以隨之提高，這點(diǎn)只需稍微更改程序的顯示范圍即可。

3 單片機(jī)主程序代碼

單片機(jī)作為本系統(tǒng)的主要控制和運(yùn)算部件，程序設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)的重點(diǎn)，通過(guò)多次調(diào)試與修改，本程序得以順利執(zhí)行。部分程序代碼如下:

#include

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

display1();

sbit P20=P2^0;//閃光燈

sbit P22=P2^2;//設(shè)置低電平參考點(diǎn)

sbit rw=P2^5;

sbit rs=P2^6;

sbit lcden=P2^7;

sbit P15=P1^5;//蜂鳴器方波輸出口

int i,k,st,mst,fmqsg;

double speed_1;

long speed;

float v;//設(shè)定報(bào)警速度大小

uint num=0,d,f11,f12,f13,f14,f15,

f21,f22,f23,f24,

f31,f32,f33,

f41,f42,

f51,f52;

uchar table1

="Average speed is";

//**************顯示延時(shí)子程序

void delay1(uint x)

{

uint a,b;

for(a=x;a>0;a--)

for(b=10;b>0;b--)；

}

//*****輸出地址與輸出子程序

void write_com(uchar com)

{

P0=com;

rs=0;

rw=0;

lcden=0；

delay1(10);

lcden=1;

delay1(10);

lcden=0;

}

void write_date(uchar date)

{

P0=date;

rs=1;

lcden=0;

delay1(10);

lcden=1;

delay1(10);

lcden=0;

}

void write_date1(uint date)

{

P0=date;

rs=1;

lcden=0;

delay1(10);

lcden=1;

delay1(10);

lcden=0;

}

//**********初始化子程序

void init()

{

write_com(0x38);

delay1(10);

write_com(0x0c);

delay1(10);

write_com(0x06);

delay1(10);

write_com(0x01);

delay1(20)；

}

//*****************//

//******************主程序開(kāi)始

void main()

{

EX0=1;

EX1=1;

IT0=1;

IT1=1;

TMOD=0x01;

TH0=0xEc;

TL0=0x78;

ET0=1;

EA=1;

P22=0;

while(1)

{

init();

write_com(0x80);

delay1(10);

for(d=0;d<17;d++)

{

write_date(table1[d]);

delay1(10);

}

write_com(0xc0);

delay1(10);

write_date(':');

delay1(10);

write_date(' ');

delay1(10);

write_date(' ');

delay1(10);

write_date(' ');

delay1(10);

display1();//顯示

if(speed>v)

{

P15=1;

delay1(10);

P15=0;

delay1(10);

while(1);

}

}

}

//*******************主程序結(jié)束

//*****************外部中斷0

void ext1()interrupt 0

{

TR0=1;

for (fmqsg=100;fmqsg>0;fmqsg--)

{P15=1;

delay1(10);

P15=0;

delay1(10);

}

for (fmqsg=2;fmqsg>0;fmqsg--)

{P20=1;

delay1(800);

P20=0;

delay1(800)；

}

}

//********************計(jì)數(shù)器中斷

void timer0()interrupt 1

{

TH0=0xEc;

TL0=0x78;

i++;

if(i==200)

{

i=0;

k++;//秒計(jì)數(shù)

}

}

//*********************外部中斷1

void ext2()interrupt 2

{

TR0=0;

st=k; //秒計(jì)數(shù)

mst=i*50;//毫秒計(jì)數(shù)

for (fmqsg=100;fmqsg>0;fmqsg--)

{P15=1;

delay1(10);

P15=0;

delay1(10);

}

for (fmqsg=2;fmqsg>0;fmqsg--) //閃光

{P20=1;

delay1(800);

P20=0;

delay1(800);

}

}

由于篇幅限制，以上程序代碼只是部分內(nèi)容。其數(shù)值上的設(shè)定，例如預(yù)警速度等的大小可依據(jù)實(shí)際需求更改。程序流程圖如圖3所示。

圖3 程序流程圖

4 結(jié) 論

系統(tǒng)創(chuàng)新性的利用干簧管來(lái)進(jìn)行測(cè)速。測(cè)速穩(wěn)定、高效、精度高，受溫度，天氣變化的影響小，應(yīng)用范圍廣泛，不僅能夠?qū)奋囕v測(cè)速而且可以應(yīng)用在小區(qū)等公共場(chǎng)合內(nèi)；它可以替代傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室測(cè)速體系中的光電門(mén)，克服了光電門(mén)對(duì)不準(zhǔn)、難對(duì)準(zhǔn)等現(xiàn)象，它還能夠直接讀出速度的大小，給我們學(xué)習(xí)帶來(lái)了極大的方便。裝置用51單片機(jī)作為處理器，干簧管作為傳感器，1602作為顯示器，普通的蜂鳴器來(lái)進(jìn)行預(yù)警，價(jià)格成本相比傳統(tǒng)的測(cè)速裝置明顯降低，并且安全、無(wú)污染，符合現(xiàn)代社會(huì)的需求，值得廣泛的推廣。

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Velocity Measurement System Based on Tongue Tub

FANG Lu-xian

(Wuhan Institute Technology,Hubei Wuhan 430000)

This device is installed in a predetermined orbit at both ends of two groups of reed.The physical signal of the magnetic field induced by the sensor is converted to electrical signal.The signal transmission circuit transmits the signal to the single chip microcomputer.The recorded object through two groups of reed with the time ‘T’,the average rate is calculated by V=S/T,and the average rate V can be regarded as the instantaneous rate of the displacement of the object through the‘S’.The average is rate.It shows that the rate,when more than the set speed,it can run a buzzer alarm.Through it is repeated experiments,the speed measuring device with high precision,in line with the speed and high precision measurement,and cheap,easy to promote.

tongue tub；measurement；MCU；early warning

2016-04-01

1007-2934(2016)05-0033-05

O 4-33

A DOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.005.009