專利名稱：光電長度測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于長度測量設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測量長度的光電
背景技術(shù)：
機電產(chǎn)品和相應(yīng)生產(chǎn)裝備的技術(shù)水平是一個國家工業(yè)基礎(chǔ)能力的重要標(biāo)志之 一。光機電一體化技術(shù)的應(yīng)用，可開發(fā)出功能更強、性能更好的新一代機電產(chǎn)品 和裝備，可提高產(chǎn)品的自動化和智能化水平，擴大使用范圍，降低能耗，縮小體 積，減輕重量，提高可靠性，使產(chǎn)品具備更好的性能價格比和更強的市場競爭力。
提高和改變傳統(tǒng)機電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、品種結(jié)構(gòu)和配套現(xiàn)狀，開發(fā)具有市 場競爭能力的智能型產(chǎn)品和高度自動化的技術(shù)裝備，促進(jìn)傳統(tǒng)機電產(chǎn)品的升級換 代，滿足國民經(jīng)濟發(fā)展對技術(shù)裝備的需要。
在機電產(chǎn)品設(shè)計中，有時需要檢測物體間的相對運動狀態(tài)，包括運動的方向 和運動的速度。若采用機械式的檢測結(jié)構(gòu)，需要兩個物體表面相接觸，會由于滾 輪磨損和滾輪的光滑引起誤差，而且這在某些場合是不允許直接接觸測量。解決 方案是采用光電器件，但使用普通的光電測量方法時，硬件的設(shè)計、單片機的運 算相對比較復(fù)雜。使用的光電導(dǎo)航芯片可以實現(xiàn)檢測運動物體的方向和速度，電 路設(shè)計簡單，單片機程序設(shè)計容易實現(xiàn)。

實用新型內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種硬件設(shè)計簡單、控制方便的光電長度測量儀技術(shù)方案，提高測量精度，且控制方便。
所述的光電長度測量儀，其特征在于包括光電傳感器，光電傳感器內(nèi)配合 設(shè)置發(fā)光二極管、凸鏡鏡頭、光電導(dǎo)航芯片，光電導(dǎo)航芯片內(nèi)設(shè)置感光眼，發(fā) 光二極管、凸鏡鏡頭與光電導(dǎo)航芯片內(nèi)的感光眼之間光路連接，光電傳感器的 信號輸出端連接設(shè)置單片機處理系統(tǒng)的信號輸入端，單片機處理系統(tǒng)的對應(yīng)接 口連接設(shè)置串行液晶顯示單元。
所述的光電長度測量儀，其特征在于所述的光電導(dǎo)航芯片連接導(dǎo)航控制器 后連接設(shè)置單片機處理系統(tǒng)。
所述的光電長度測量儀，其特征在于所述的單片機處理系統(tǒng)對應(yīng)的接口上
連接設(shè)置PC機。
所述的光電長度測量儀，其特征在于所述的光電導(dǎo)航芯片的型號為
ANDS-2051，單片機處理系統(tǒng)中單片機的型號為AT89S51。
所述的光電長度測量儀，其特征在于所述的導(dǎo)航控制器的型號為MDT80C06。 所述的光電長度測量儀，其特征在于所述光電導(dǎo)航芯片ANDS-2051的第14 腳上連接設(shè)置限流電阻R1，第9腳、ll腳之間連接設(shè)置晶振Yl，第7勝卩、8腳 之間并聯(lián)設(shè)置電容C1、 C2， l腳為串行時鐘輸入端，16腳為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出
一山順。
所述的光電長度測量儀，其特征在于所述的單片機處理系統(tǒng)中單片機 AT89S51的對應(yīng)接口上連接設(shè)置存儲模塊、看門狗、晶振Y2。
所述的光電長度測量儀，其特征在于所述的導(dǎo)航控制器MDT80C06的7腳外 接調(diào)頻電阻R2， 9腳、10腳、ll腳上分別連接設(shè)置按鍵Kl、 K2、 K3。
所述的光電長度測量儀，其特征在于所述的存儲模塊的型號為AT24C02，看 門狗的型號為DS1232。本實用新型由光電傳感器、單片機、顯示屏和電路板等組成，使用的光電 導(dǎo)航芯片可以實現(xiàn)檢測運動物體的方向和速度，電路設(shè)計簡單，單片機程序設(shè) 計容易實現(xiàn)長度測量，將光電檢測技術(shù)、嵌入式為處理系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合，與傳 統(tǒng)長度測量系統(tǒng)相比，體積小、控制方便、精度高、穩(wěn)定性高、可靠性高、總 成本低、性價比高，適用于驗布機、巻布機、定型機及線纜機械等需要測量長 度的設(shè)備上。


圖l為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實用新型的原理框圖； 圖3為本實用新型的硬件電路圖。
圖中1-發(fā)光二極管，2-被測物體，3-凸鏡鏡頭，4-感光眼，5-光電導(dǎo)航 芯片，6-導(dǎo)航控制器，7-單片機處理系統(tǒng)，8-串行液晶顯示單元，9-存儲模塊， 10-看門狗，ll-PC機，12-光電傳感器。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步的說明。
光電長度測量儀，包括光電傳感器12，光電傳感器12內(nèi)配合設(shè)置發(fā)光二極 管1、凸鏡鏡頭3、光電導(dǎo)航芯片5，光電導(dǎo)航芯片5內(nèi)設(shè)置感光眼4，發(fā)光二 極管l、凸鏡鏡頭3與光電導(dǎo)航芯片5內(nèi)的感光眼4之間光路連接，光電導(dǎo)航芯 片5的信號輸出端連接設(shè)置單片機處理系統(tǒng)7的信號輸入端，本實施例中光電 導(dǎo)航芯片5的型號為ANDS-2051，單片機處理系統(tǒng)中7單片機的型號為AT89S51。 光電傳感器5與單片機處理系統(tǒng)7之間還可連接設(shè)置導(dǎo)航控制器6，導(dǎo)航控制器 6的型號為MDT80C06。單片機處理系統(tǒng)7的對應(yīng)接口連接設(shè)置串行液晶顯示單 元8、存儲模塊9、看門狗10、晶振Y2、 PC機11，存儲模塊9的型號為AT24C02，看門狗10的型號為DS1232。
系統(tǒng)的硬件連接如圖3所示。圖中ADNS-2051是DIP16封裝,有16個引腳， 具備有片上LED驅(qū)動能力和省電模式。其中第6腳是激光LED驅(qū)動端，可驅(qū)動 HLMP-ED80激光LED,其激光的波長為639 nm。第14引腳R一BIN是激光LED的限 流電阻端，限流電阻Rl大小取決于LED的型號，本系統(tǒng)是15K歐姆。第13腳是5 V電源正端，IO、 12引腳是電源地端。第9膽P、 11腳分別為晶振輸入端OSC-IN 和晶振輸出端OSC-OUT，兩端外接18 MHz的晶振Yl。 7腳、8腳為兩個內(nèi)部參考 端，外部并聯(lián)接4. 7uf的電解電容Cl和0. luf的陶瓷電容C2。 15腳是光電導(dǎo)航 芯片掉電控制端PD，高電平時起作用。第1勝卩、16腳分別為串行時鐘輸入端和 串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端，與導(dǎo)航控制器6MDT80C06的對應(yīng)端相連接。
圖中MDT80C06是用DIP16封裝，內(nèi)建有RC振蕩電路，頻率約7MHZ,由引腳7 的外部電阻調(diào)整頻率，調(diào)頻電阻R2的阻值約180K歐姆。第8引腳PD是旋轉(zhuǎn)選 擇器，高電平時分辨率是讓PI。第13腳、14腳分別是MDT80C06的時鐘線CLK 端和數(shù)據(jù)線DATA端，連接單片機的P2. 0、 P2. 1端口 。 MDT80C06的R、 M、 L端分 別是連接設(shè)置按鍵K1、 K2、 K3，將其作為本測量儀的按鍵輸入使用。
為了增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，單片機部分有存儲模塊9、看門狗10?？撮T狗10 的芯片DS1232有兩個功能，實現(xiàn)對系統(tǒng)的電壓監(jiān)控和防止單片機死機。當(dāng)系統(tǒng) 供電電壓低與4. 5V或單片機死機時,DS1232會重啟單片機系統(tǒng)。存儲模塊9采 用非易失存儲器AT24C02，系統(tǒng)正常運行時，零點參數(shù)及運行時的重要數(shù)據(jù)均保 留在存儲模塊9中。當(dāng)系統(tǒng)重新啟動后會自動從存儲模塊9中讀出預(yù)先設(shè)定的 (或上次設(shè)定的)有關(guān)參數(shù)，實現(xiàn)了掉電數(shù)據(jù)自動保護。單片機處理系統(tǒng)7的對應(yīng) 接口連接設(shè)置串行液晶顯示單元8，串行液晶顯示單元8能夠顯示單片機計算出 的運動信息和被測物體長度。測量過程如下光電導(dǎo)航芯片5ADNS-2051它包含有影像擷取系統(tǒng)(IAS)、 數(shù)字信號處理器(DSP)、雙通道正交輸出端口。在芯片的底部有一個感光眼4， 功能如同一個小型的攝像頭，能夠不斷地對物體進(jìn)行拍照，并將前后兩次的圖 像送入DSP中進(jìn)行處理，判斷出物體移動的方向和移動的位移大小。發(fā)光二極 管1發(fā)出激光，激光經(jīng)過被測物體2的反射后經(jīng)過凸鏡鏡頭3進(jìn)行聚光然后進(jìn) 入光電傳感器5ADNS-2 051內(nèi)設(shè)置的感光眼4中，此時ADNS-2051的定位傳感 器就會開始操作，如果被測物體2處在運動狀態(tài)，會觸發(fā)傳感器的IAS，透過鏡 頭和照明系統(tǒng)來擷取極小的表面影像。這些影像經(jīng)過DSP的處理，得到移動的 方向和距離，DSP產(chǎn)生的位移值，會被轉(zhuǎn)換成雙通道正交信號。雙通道正交信號 輸入到導(dǎo)航控制器6中對應(yīng)的接口 ，導(dǎo)航控制器6 MDT80C06將雙通道正交信號 轉(zhuǎn)換成單片機能夠處理的PS/2數(shù)據(jù)格式，單片機根據(jù)接收到的PS/2數(shù)據(jù)，判 斷被測物提的移動方向和移動速度大小，被根據(jù)單片機內(nèi)已經(jīng)設(shè)置好的程序處 理數(shù)據(jù)并進(jìn)行計算，然后在傳送到串行液晶顯示單元8上顯示長度和速度。單 片機處理系統(tǒng)中7的對應(yīng)接口上連接設(shè)置PC機11，可以將單片機中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入 PC機ll中進(jìn)行處理、儲存。
軟件設(shè)置如下MDT80C06與單片機接口之間數(shù)據(jù)傳送符合PS/2協(xié)議，檢 測系統(tǒng)軟件設(shè)計的的核心部分是單片機實現(xiàn)PS/2協(xié)議。PS/2協(xié)議是雙向通信， 只需兩根線與單片機連接即可完成通信功能，兩根線分別是MDT80C06的時鐘線 和數(shù)據(jù)線。單片機即可以從MDT80C06接收運動狀態(tài)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，也可以向MDT80C06 發(fā)出控制命令，接收或發(fā)送狀態(tài)有單片機通過控制PS/2接口的時鐘信號決定。 正常情況下芯片MDT80C06發(fā)出接口的時鐘信號，單片機根據(jù)接口的時鐘信號、 數(shù)據(jù)信號變化接收數(shù)據(jù)。如果單片機想要發(fā)送控制命令到MDT80C06，它可以在 任何時候把時鐘拉低一定時間(至少100微秒)即可。ADNS-2051檢測反應(yīng)速度是由它的掃描頻率決定的，經(jīng)過編程支持800CPI 的分辨率和最高2300幀/秒的掃描速度，這樣可以測量最小1/800英寸大小的 移動距離，可以每秒進(jìn)行最高2300次采樣。PS/2接口最大的時鐘頻率是33kHz， 大多數(shù)PS/2設(shè)備工作在10—20kHz。本系統(tǒng)單片機使用24MHz的晶振，可以輕 松完成PS/2接口功能。系統(tǒng)除使用看門狗、存儲芯片增加系統(tǒng)穩(wěn)定性外，傳感 器的輸出信號為脈沖信號，其穩(wěn)定性比較好，不易受外部噪聲干擾，對測量電 路無特殊要求。系統(tǒng)測量是光學(xué)系統(tǒng)，具有壽命長、無需增加補償電路特點。
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權(quán)利要求1.光電長度測量儀，其特征在于包括光電傳感器(12)，光電傳感器(12)內(nèi)配合設(shè)置發(fā)光二極管(1)、凸鏡鏡頭(3)、光電導(dǎo)航芯片(5)，光電導(dǎo)航芯片(5)內(nèi)設(shè)置感光眼(4)，發(fā)光二極管(1)、凸鏡鏡頭(3)與光電導(dǎo)航芯片(5)內(nèi)的感光眼(4)之間光路連接，光電傳感器(12)的信號輸出端連接設(shè)置單片機處理系統(tǒng)(7)的信號輸入端，單片機處理系統(tǒng)(7)的對應(yīng)接口連接設(shè)置串行液晶顯示單元(8)。
2. 如權(quán)利要求1所述的光電長度測量儀，其特征在于所述的光電導(dǎo)航芯片(5)連接導(dǎo)航控制器(6)后連接設(shè)置單片機處理系統(tǒng)(7)。
3. 如權(quán)利要求1所述的光電長度測量儀，其特征在于所述的單片機處理系統(tǒng)(7)對應(yīng)的接口上連接設(shè)置PC機(11)。
4. 如權(quán)利要求1所述的光電長度測量儀，其特征在于所述的光電導(dǎo)航芯片(5)的型號為ANDS-2051，單片機處理系統(tǒng)中(7)單片機的型號為AT89S51 。
5. 如權(quán)利要求2所述的光電長度測量儀，其特征在于所述的導(dǎo)航控制器(6)的型號為MDT80C06。
6. 如權(quán)利要求4所述的光電長度測量儀，其特征在于所述光電導(dǎo)航芯片(5)ANDS-2051的第14腳上連接設(shè)置限流電阻Rl，第9腳、11腳之間連接設(shè)置晶振Yl，第7腳、8腳之間并聯(lián)設(shè)置電容C1、 C2， l腳為串行時鐘輸入端，16腳為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端。
7. 如權(quán)利要求4所述的光電長度測量儀，其特征在于所述的單片機處理系統(tǒng)(7)中單片機AT89S51的對應(yīng)接口上連接設(shè)置存儲模塊(9)、看門狗(10)、晶振Y2。
8. 如權(quán)利要求5所述的光電長度測量儀，其特征在于所述的導(dǎo)航控制器(6)MDT80C06的7腳外接調(diào)頻電阻R2， 9腳、10腳、11腳上分別連接設(shè)置按鍵Kl、K2、 K3。
9.如權(quán)利要求7所述的光電長度測量儀，其特征在于所述的存儲模塊(9)的型號為AT24C02，看門狗(10)的型號為DS1232。
專利摘要光電長度測量儀，屬于長度測量設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域。包括光電傳感器，光電傳感器內(nèi)設(shè)置發(fā)光二極管、凸鏡鏡頭、光電導(dǎo)航芯片，光電導(dǎo)航芯片內(nèi)設(shè)置感光眼，發(fā)光二極管、凸鏡鏡頭與光電導(dǎo)航芯片內(nèi)的感光眼之間光路連接，光電傳感器的信號輸出端連接設(shè)置單片機處理系統(tǒng)的信號輸入端，單片機處理系統(tǒng)的對應(yīng)接口連接設(shè)置串行液晶顯示單元。本實用新型由光電傳感器、單片機、顯示屏等組成，使用的光電導(dǎo)航芯片可以實現(xiàn)檢測運動物體的方向和速度，電路設(shè)計簡單，單片機程序設(shè)計容易實現(xiàn)長度測量，與傳統(tǒng)長度測量系統(tǒng)相比，體積小、控制方便、精度高、穩(wěn)定性高、可靠性高、總成本低、性價比高，適用于驗布機、卷布機、定型機及線纜機械等需要測量長度的設(shè)備上。
文檔編號G01P3/38GK201407994SQ20092011841
公開日2010年2月17日 申請日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日
發(fā)明者金偉明, 金可有, 黃航星 申請人:浙江師范大學(xué)