專利名稱：電子卷尺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及測量設(shè)備領(lǐng)域，尤其是長度測量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在測量空間距離的長短時(shí)，都用傳統(tǒng)的卷尺測量，通過尺子上的刻度得到長度數(shù)值。如果測量的長度超過尺子的長度，就需要經(jīng)過多次測量，把每次測量的結(jié)果進(jìn)行累加，得到測量結(jié)果。這種測量是靠視覺判斷進(jìn)行，對(duì)多次測量的累計(jì)計(jì)算是靠人工進(jìn)行的，這些操作很容易造成誤差，大大地影響測量精度，準(zhǔn)確度只能達(dá)到1mm。在測量較長距離時(shí)，一人操作很難完成，往往需要兩個(gè)人配合，增加了勞動(dòng)量，為了提高測量精度和減輕勞動(dòng)量，必須對(duì)傳統(tǒng)的卷尺進(jìn)行改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的為提供一種測量精度高，使用方便的電子卷尺。
實(shí)現(xiàn)該目的的技術(shù)方案為具有一個(gè)殼體，在殼體中裝有卷縮的尺子，在殼體上開有尺子進(jìn)出口，殼體上還裝有控制按鈕，在尺子的長度方向平行地打有多排小孔，小孔均勻分布，孔徑為0.1-100mm，孔距為0.1-100mm，排與排之間即寬度方向上小孔位置均勻地錯(cuò)開，在尺子的正反兩側(cè)分別裝有發(fā)光管和光接收管，發(fā)光管和光接收管與光電轉(zhuǎn)換電路連接。光電轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)連接，單片機(jī)還分別與上電復(fù)位電路、鍵盤開關(guān)電路、檢測電路和顯示電路連接。
電子卷尺工作時(shí)，尺子在發(fā)光管和光接收管之間移動(dòng)，光線或者穿過尺子上的小孔或者被尺子遮擋，間斷的光信號(hào)傳遞到單片機(jī)，被單片機(jī)記錄。當(dāng)尺子拉開時(shí)，光線每通過一個(gè)小孔，單片機(jī)記錄一次，并進(jìn)行加法運(yùn)算，累加的結(jié)果就等于尺子拉出的長度；當(dāng)尺子縮短時(shí)，光線每通過一個(gè)小孔，單片機(jī)記錄一次，并進(jìn)行減法運(yùn)算，累減的結(jié)果就等于尺子縮進(jìn)的長度。這樣，測量時(shí)有三種選擇方式，只需操作一下按鈕，改變單片機(jī)的控制程序，就能改變測量方式。
三種測量方式為1、只測量拉開距離；2、只測量收縮距離；
3、拉開收縮都測量，兩者差的絕對(duì)值就是實(shí)際測量結(jié)果。
如果測量的長度不超過尺子的長度，用第一種測量方式比較方便，只要將尺子拉開到合適的長度即可，然后按下卷尺上的確定按鈕，測量的長度值就固定地顯示在液晶顯示器上，此時(shí)卷尺的拉開或縮進(jìn)，是不影響測量的，直到再次按下確定按鈕。
如果測量的長度超過尺子的長度，就要通過多次測量。電子卷尺只測量拉開的距離，只要將尺子按住在測量的一點(diǎn)上，然后將殼體拉開，測量所拉開的距離，固定卷尺，讓尺子自動(dòng)收縮，其收縮的距離不進(jìn)行累加，然后再拉開，測量所拉開的距離……，直到測量完畢，卷尺全部收回。由于不需要重新對(duì)齊，這種方法測量更簡單。而且用這種方式，無論多長距離，整個(gè)測量結(jié)果不需要任何計(jì)算，不用按下任何按鈕。
本實(shí)用新型的測量精度主要決定于尺子上小孔的孔距和小孔的排數(shù)。如在10mm的長度上有5個(gè)小孔，孔間距為2mm，如果只有一排孔的話，那么測量的精度就是2mm。圖4中，在尺子的寬度方向，有4排小孔，每排有2個(gè)檢測裝置，共有8個(gè)檢測裝置。所以，測量的精度為2mm/(4×2)＝0.25mm，這樣的精度，比普通的鋼卷尺要高。由于在尺子上打孔，有一定的技術(shù)難度，孔的直徑不能太小，所以要增加精度，可以考慮增加檢測裝置的數(shù)量，如每排有8個(gè)檢測裝置，共有32個(gè)檢測裝置，則其測量的精度為2mm/(4×8)＝0.0625mm。實(shí)際上，對(duì)電子卷尺而言，太高的精度是沒有用的。
本實(shí)用新型具有以下特點(diǎn)(1)測量精度高，普通鋼卷尺測量精度為1mm，電子卷尺的基本測量精度為0.25mm，是普通鋼卷尺的4倍，根據(jù)不同的需要電子卷尺的精度可以達(dá)到更高。
(2)尺子長度比較短，實(shí)際長度可控制在普通人雙手伸開的距離，即1-2米之間，因此一人操作即可輕松完成測量任務(wù)，而且還節(jié)省了原材料，降低了成本。
(3)可靠性高，電子卷尺測量時(shí)對(duì)中間過程的距離是不敏感的，如果有部分尺孔被堵，只要每次測量的起始標(biāo)記和最終標(biāo)記清晰或每排上4個(gè)孔中至少有一個(gè)孔是清晰的，就不會(huì)影響尺子的測量。


圖一為本實(shí)用新型電子卷尺測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖圖二為單片機(jī)P89V51RD2管腳圖圖三為上電復(fù)位電路圖圖四為鍵盤開關(guān)線路圖圖五為檢測電路圖圖六為檢測裝置設(shè)置位置示意圖圖七為單片機(jī)與VLCM320240接口電路圖具體實(shí)施方式
圖1顯示了在尺子1上打有四排均勻分布的小孔口，在尺子的一側(cè)裝有發(fā)光二級(jí)管，光線通過小孔射到處于尺子另一側(cè)的光敏三級(jí)管子上，隨著尺子的移動(dòng)光線逐個(gè)穿過小孔，造成明亮交替，光敏三管將光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)，與單片機(jī)連接。
單片機(jī)選P89V51RD2，是一款80C51微控器，包含有64KBFlash和1024字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM，圖2顯示了管腳圖。
圖3顯示了上電復(fù)位電路，初始上電后，端口管腳可能是任何一種狀態(tài)，直到振蕩器穩(wěn)定起振和內(nèi)部復(fù)位邏輯將所有管腳微弱拉高，器件通電后RST管腳上的高電平除了要保持有效上電復(fù)位所需的2個(gè)機(jī)器周期外，還要保持一段時(shí)間，以便振蕩器能穩(wěn)定起振。復(fù)位后P89V51RD2將進(jìn)入SoftICE模式，或嘗試自動(dòng)執(zhí)行ISP引導(dǎo)裝載程序，如果該自動(dòng)執(zhí)行操作在400ms后仍未成功，器件就開始執(zhí)行用戶代碼。
圖4顯示了含有8個(gè)按鍵的鍵盤線路，8個(gè)按鍵經(jīng)上拉電阻拉高后分別接到CPU的P1口8條條I/O線上(P1.0-P1.7)。在無鍵按下的情況下，P1.0-P1.7線上輸入均為高電平。當(dāng)有鍵按下時(shí)，與按鍵相連的I/O線將得到低電平輸入，其他按鍵的輸入線上仍維持高電平輸入。由圖可知，P1口的8條I/O線經(jīng)過與門后，將信號(hào)傳到INTO引腳(P3.2)上。這樣，每當(dāng)有鍵按下時(shí)，INTO引腳上將有一個(gè)下降沿產(chǎn)生，申請(qǐng)中斷。在中斷服務(wù)程序中，首先延時(shí)20ms左右，等待按鍵抖動(dòng)過去后再對(duì)各鍵進(jìn)行查詢，找到所按鍵，并轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理程序中去。
圖5顯示了檢測電路構(gòu)成情況，當(dāng)發(fā)光二級(jí)管通過卷尺上的孔照到光敏三級(jí)管時(shí)，使光敏三級(jí)管通過的電流加大，使施密特觸發(fā)器CD4093輸出為高電平。當(dāng)卷尺移動(dòng)使通光孔遮住時(shí)，CD4093便輸出低電平。卷尺不斷移動(dòng)，CD4093便輸出脈沖序列。測出脈沖個(gè)數(shù)，便可知道卷尺移動(dòng)經(jīng)過的孔數(shù)，從而計(jì)算出距離。為了減少干擾，將光敏三級(jí)管整個(gè)包起來，頭部只露出一個(gè)小小的通光孔。同樣，將發(fā)光二級(jí)管整個(gè)包起來，頭部只露出一個(gè)小小的通光孔。只有當(dāng)將發(fā)光二級(jí)管的通光孔和光敏三級(jí)管的通光孔完全重合，光敏三級(jí)管通過的電流才會(huì)加大，CD4093才會(huì)輸出一個(gè)上升沿。這樣，可以保證每刻只有一個(gè)上升沿。8個(gè)施密特觸發(fā)器輸出接到單片機(jī)P2口的P2.0-P2.7腳。
圖6顯示了檢測裝置設(shè)置位置情況，圖中說明孔徑1mm，孔距2mm，豎線1～8捌條線，相臨兩線之間相距0.25mm。橫線有A、B、C、D四條線，每線間隔大約為20mm/(4+1)＝4mm。(尺子厚度大約為20mm)。正常情況下，尺子無論是由右往左移動(dòng)，還是由左向右移動(dòng)，其測量最小分辨長度都能達(dá)到0.25mm。一共有8個(gè)檢測裝置，由于只有4排孔，則每排孔有2個(gè)檢測裝置。
表1檢測裝置的設(shè)置

表1說明由于體積原因，如果全部放在一起，間隔0.25mm，則很難放置，也容易互相產(chǎn)生干擾。因此，我采用分別排列。做法是每豎線橫向距離加6.00mm。結(jié)果是任意兩個(gè)檢測裝置間距大于6mm。由于卷尺的橫向孔距是均勻排列，并且6.00mm是橫向孔距2.00mm的整數(shù)倍，所以在考慮問題時(shí)可以把橫向距離6.00mm完全忽略。這樣，可以有效地減少干擾，降低成本。
其測量方法是這樣的1、檢測PA0-PA7的值。它們不可能都為0，也不可能都為1。檢測結(jié)果保存。
2、檢測PA0-PA7的值。與上次檢測結(jié)果比較。如果有任一位由0變化到1，則保存此次檢測結(jié)果；相同忽略；如果只有一位由1變化到0，覆蓋上次數(shù)值，繼續(xù)檢測。
3、當(dāng)然，在實(shí)際測量過程中，很有可能PA0-PA7不只一個(gè)為1。所以，要去除多余的1。由于在任一刻只有一個(gè)有上升沿(即由0變化到1)，所以采用上升沿計(jì)算法。只有上升沿那個(gè)是1，其他所有的1都為0。從第2次檢測結(jié)果起，只有1位數(shù)值為1。
4、按上面方法，繼續(xù)檢測。
5、如果每位1的變化順序是PA0，PA1，PA2，PA3，PA4，PA5，PA6，PA7，則判斷尺子是由右向左移動(dòng)；如果每位1的變化順序是PA4，PA3，PA2，PA1，PA0，PA7，PA6，PA5，則判斷尺子是由左向右移動(dòng)；如果都不是，則報(bào)警。
6、如果是尺子是由左向右移動(dòng)，將PA0和PA4、PA1和PA3、PA5和PA7互換。互換后，從第2次測量結(jié)果開始算起，將起始點(diǎn)定位到PA0；計(jì)算在起始點(diǎn)之前已經(jīng)移動(dòng)過的距離。計(jì)算方法為如果第2次測量結(jié)果為PA7＝1，則加0.50mm；PA6＝1，加0.75mm……(見表2)7、由于部分孔有可能堵塞，因此要將堵塞孔排除在外將PA0-PA7視做一列，計(jì)算此列經(jīng)過的次數(shù)。計(jì)算方法為在上一個(gè)循環(huán)之后，只要PA0，PA1，PA2，PA3，PA4，PA5，PA6，PA7中有1位為1，就視做經(jīng)過的次數(shù)加1，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。
8、如果在測量結(jié)束時(shí)，如PA1值為1，則最終結(jié)果加0.25mm……(見表2)說明如果位于起始點(diǎn)的孔和位于終止點(diǎn)的孔沒有堵塞，并且每一列沒有同時(shí)堵塞，則不影響其最終結(jié)果。
表2差值

圖7顯示了顯示電路的情況，單片機(jī)與VLCM320240的接口電路，VLCM320240是一款具有可視化編程圖形界面，采用串行控制，內(nèi)含GB2312簡體中文字庫及64KB自造圖庫的液晶圖形顯示模塊。該模塊采用臺(tái)灣EDT公司的藍(lán)膜負(fù)顯EW32F10BCW具有320×240的點(diǎn)陣分辨率和CCFT背光源。在具體使用時(shí)，可通過上位機(jī)的用戶命令來控制VLCM320240的顯示漢字或ASCII字符顯示命令中的參數(shù)為所顯示漢字的兩個(gè)字節(jié)國標(biāo)碼或ASCII字符代碼。P89V51RD2的RXD端與VLCM320240 RS232通訊口的BUSY端相連，而將單片機(jī)TXD端與模塊RX端相連，為保證波特率的準(zhǔn)確性，應(yīng)將P89V51RD2的晶振選取為11.0592MHz。
本實(shí)施例具有下列特點(diǎn)1、有多種規(guī)格，如適合左手人使用的尺子出口在左面，適合右手人使用的尺子出口在右面。
2、量中，即可以測量兩點(diǎn)的內(nèi)徑，也可以測量兩點(diǎn)的外徑。只要選擇不同的測量方式，電子卷尺會(huì)自動(dòng)加減尺子本身的厚度的。
3、子卷尺可以保存測量的歷史記錄，可以顯示測量的時(shí)間及測量的距離。可以上下翻頁查詢。
4、校正誤差在出廠時(shí)，其尺子本身的誤差是可以忽略的，但由于各種原因可能會(huì)有些微小偏差。這時(shí)，可以進(jìn)入電子卷尺本身具有的校正功能測量標(biāo)準(zhǔn)1米的距離，如果顯示不是1米，可按一下”“校正”鍵，這時(shí)，電子卷尺會(huì)更新校正系數(shù)。默認(rèn)情況下，校正系數(shù)為1。電子卷尺會(huì)自動(dòng)乘以這個(gè)校正系數(shù)的，來達(dá)到校正誤差的功能。
5、單位換算電子卷尺可以顯示多種單位，如寸、尺、米、英寸、英尺、市尺、丈、厘米、分米、毫米、碼、微米等。甚至，2米，10米等。
6、尺子可以任意更換。
權(quán)利要求1.電子卷尺，具有機(jī)械結(jié)構(gòu)部分，包括殼體，在殼體中裝有卷縮的尺子，在殼體上開有尺子進(jìn)出口，殼體上還裝有控制按鈕，其特征為在尺子的長度方向平行地開有多排小孔，小孔均勻分布，排與排之間即寬度方向上小孔位置均勻地錯(cuò)開，在尺子的正反兩側(cè)分別裝有發(fā)光管和光接收管，發(fā)光管和光接收管通過光電轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)連接，單片機(jī)還分別與上電復(fù)位電路，鍵盤開關(guān)電路，檢測電路和顯示電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子卷尺，其特征為所述小孔的孔徑為0.1-100mm，孔距為0.1-100mm。
專利摘要本實(shí)用新型為電子卷尺，涉及長度測量領(lǐng)域，目前使用的傳統(tǒng)卷尺通過尺子上的刻度得到長度值，這種測量是靠視覺判斷進(jìn)行，很容易造成操作誤差，且精度不高，本實(shí)用新型在傳統(tǒng)的卷尺上采用多排均勻分布的小孔代替刻度，并采用光電轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)連接的技術(shù)方案，并將測量結(jié)果顯示在液晶顯示器上，測量結(jié)果具有精度高，可靠性高的特點(diǎn)，另外尺子長度比較短，一人操作即可完成測量任務(wù)。
文檔編號(hào)G01B3/10GK2727687SQ20042009308
公開日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2004年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月7日
發(fā)明者謝廣鈺, 周敏 申請(qǐng)人:謝廣鈺