基于干簧管的测速系统
2016-11-17方路线
方路线
(武汉工程大学，湖北 武汉 430000)
基于干簧管的测速系统
方路线
(武汉工程大学，湖北 武汉 430000)
装置在预定轨道两端距离S固定的两组干簧管对物体分别通过传感器时所引起的磁场变化的物理信号转换为电信号并由信号传输电路将其传输给单片机。单片机记录物体通过两组干簧管所用的时间T，用V=S/T计算出平均速率，当S足够短时即可将平均速率V看做是物体通过该段位移的瞬时速率。显示出该速率，当超过设定速度时蜂鸣器即可进行预警。通过反复实验，本装置测速精度较高，符合低速高精度的测量，并且价廉物美，易于推广。
干簧管；测速；单片机； 预警
当今社会，速度与我们的生活息息相关。例如，在生活中我们容易知道车速对我们的重要性，近年车祸频繁发生，这与超速是不无关系的。而传统的测速装置适用范围有限，如对小区内部的测速就不能达到要求，且成本很高，而小区内部也是事故的高发区。面对这种情况我们开发出本款基于干簧管的测速系统，它适用范围广能够应用多场合的测速装置，公路或者小区内部等公共场合均可应用[1-4]。另一方面，有在物理实验室做过速度或者加速度测量实验的同学知道，物理实验室以光电门作为传感器，这种装置在试验中会带来诸多不便，速度不能直接读出,光电门对不准、难对准等现象常发生，给我们学习带来不便。本装置能够成功解决这个困难,直接读出速度的大小，并且只需要距离固定，无需对准操作等繁琐的工作，可以带来方便[5-9]。通过反复实验，本装置测速精度较高，符合低速高精度的测量,并且价廉物美，易于推广。系统如图1所示。
图1 基于干簧管的测速系统
1 原 理
在预定轨道两端距离S处固定A、B两组干簧管传感器，在没有带磁体的物体经过时，两组干簧管处于断开状态即不输出信号。当带磁体的小车或物体经过其中一组干簧管时，该组干簧管输出一个脉冲信号，通过传输电路传输给单片机，此时单片机开始计时，当小车或者物体经过另外一组干簧管时同样输出一个脉冲并传输给单片机，此时单片机结束计时。由此单片机计出通过的时间T，而由V=S/T计算出平均速率(当S足够短时V即可看做是瞬时速率)。通过液晶显示器显示速率，当超过预设的速率时蜂鸣器进行预警[10-11]。系统工作流程图如下图2所示。
图2 系统工作流程图
系统利用干簧管作为传感器，在小车或物体上面固定磁体，在带磁体物体经过时产生脉冲信号，从而由单片机计出通过两组固定距离S的干簧管的时间T，继而运算出速率并显示与预警。系统工作方式简单，可行性高，单片机计算精度高。
2 测试及参数说明
2.1 用遥控小汽车进行模拟测试
为便于测试，可用遥控小汽车进行模拟测试。在距离为S的轨道两端的底层导轨中铺设两组干簧管，并且在遥控小汽车的底盘上安装一个细长的磁体，这样的细长磁体能使干簧管瞬间导通。当小汽车通过第一组干簧管时使之导通产生一个脉冲从而使单片机进入中断，此时系统开始计时；当小汽车经过另一组干簧管时同样使单片机进入中断，而使单片机结束计时。由此计出时间T，由V=S/T求出瞬时速率。由于小车有一定摩擦运行中必然有误差，在此我们不断缩小S的距离，进行多次测试尽量使V接近瞬时速率。部分实验数据如表1所示.
表1 小车模型测定值对应表
通过实验数据表1可知，小车以一定速度运行时当距离不断缩短，速度越稳定；当缩短到一定距离后速度趋于稳定状态。
2.2 安装在气垫导轨上测试
气垫导轨由于摩擦小，移动物体更容易有稳定的速度，从而测试出本系统的性能。由于导轨下方有气体不能铺设干簧管，本次测试将细长磁体固定安装在物体的上表面，而干簧管固定悬挂在小物体的上方，调节使物体在轨道上滑行时能够迅速对干簧管进行感应。滑块用弹簧弹出，当固定弹簧的压缩量时滑块近似匀速运动。其他测速原理同上。部分实验数据如表2所示。
表2 实验数据
通过实验数据表2同样可以得到以上小车测试的结论，并且单片机系统在计时时采用5 ms计数一次，可以看出只要S在允许的精度范围内提高时，速度的精度也可以随之提高，这点只需稍微更改程序的显示范围即可。
3 单片机主程序代码
单片机作为本系统的主要控制和运算部件，程序设计是本系统的重点，通过多次调试与修改，本程序得以顺利执行。部分程序代码如下:
#include
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
display1();
sbit P20=P2^0;//闪光灯
sbit P22=P2^2;//设置低电平参考点
sbit rw=P2^5;
sbit rs=P2^6;
sbit lcden=P2^7;
sbit P15=P1^5;//蜂鸣器方波输出口
int i,k,st,mst,fmqsg;
double speed_1;
long speed;
float v;//设定报警速度大小
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";
//**************显示延时子程序
void delay1(uint x)
{
uint a,b;
for(a=x;a>0;a--)
for(b=10;b>0;b--)；
}
//*****输出地址与输出子程序
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)；
}
//*****************//
//******************主程序开始
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();//显示
if(speed>v)
{
P15=1;
delay1(10);
P15=0;
delay1(10);
while(1);
}
}
}
//*******************主程序结束
//*****************外部中断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)；
}
}
//********************计数器中断
void timer0()interrupt 1
{
TH0=0xEc;
TL0=0x78;
i++;
if(i==200)
{
i=0;
k++;//秒计数
}
}
//*********************外部中断1
void ext2()interrupt 2
{
TR0=0;
st=k; //秒计数
mst=i*50;//毫秒计数
for (fmqsg=100;fmqsg>0;fmqsg--)
{P15=1;
delay1(10);
P15=0;
delay1(10);
}
for (fmqsg=2;fmqsg>0;fmqsg--) //闪光
{P20=1;
delay1(800);
P20=0;
delay1(800);
}
}
由于篇幅限制，以上程序代码只是部分内容。其数值上的设定，例如预警速度等的大小可依据实际需求更改。程序流程图如图3所示。
图3 程序流程图
4 结 论
系统创新性的利用干簧管来进行测速。测速稳定、高效、精度高，受温度，天气变化的影响小，应用范围广泛，不仅能够对公路车辆测速而且可以应用在小区等公共场合内；它可以替代传统的实验室测速体系中的光电门，克服了光电门对不准、难对准等现象，它还能够直接读出速度的大小，给我们学习带来了极大的方便。装置用51单片机作为处理器，干簧管作为传感器，1602作为显示器，普通的蜂鸣器来进行预警，价格成本相比传统的测速装置明显降低，并且安全、无污染，符合现代社会的需求，值得广泛的推广。
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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
