專利名稱：低功耗高精度智能測速儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種精度高、功耗低的智能速度測量裝置，可直接應(yīng)用于子彈出膛速度測量，飛輪轉(zhuǎn)速測量和其它需要精確測速的工業(yè)控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，常見的智能測速儀是由MCS-51單片機(jī)、紅外發(fā)射裝置、紅外接收裝置、鍵盤、顯示器等構(gòu)成。當(dāng)被測物體首尾通過紅外收發(fā)裝置時(shí)產(chǎn)生的兩個(gè)電信號，記錄兩個(gè)電信號的產(chǎn)生時(shí)間，進(jìn)而用軟件計(jì)算出時(shí)間差和被測物體的通過速度并進(jìn)行輸出顯示。但是 MCS-51單片機(jī)只具有8位數(shù)據(jù)總線且內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)簡單，不具備捕獲/比較功能的定時(shí)器， 只能采用軟件計(jì)算和查詢方式進(jìn)行測量，使得運(yùn)算速度和精度較低，而且還需要較多的外圍電路配合，不利于設(shè)備的小型化和低功耗設(shè)計(jì)。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有的智能測速儀測量精度較低、功耗高的不足，滿足較高的速度測量的要求精度高、使用方便、測量快速、便攜、低功耗。本實(shí)用新型提供一種低功耗高精度的智能測速儀。該測速儀采用MSP430F149單片機(jī)的TIMER_B捕獲方式測速，時(shí)間采集是基于硬件時(shí)間復(fù)制，精度大大高于軟件查詢測量，可以實(shí)現(xiàn)較高精度的速度測量，同時(shí)設(shè)備為手持式、紐扣電池供電，具有功耗低、體積小、抗干擾等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，低功耗高精度智能測速儀主要由功能設(shè)置選擇模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模塊和CPU處理模塊構(gòu)成。功能設(shè)置選擇模塊由鍵盤輸入電路構(gòu)成，采用查詢方式掃描，用以設(shè)置測速儀的工作狀態(tài)、報(bào)警速度、顯示狀態(tài)等功能。數(shù)據(jù)采集模塊由體積小、功耗低的紅外對管傳感器構(gòu)成，紐扣電池供電，其電路由電阻、三極管和紅外對管組成。當(dāng)紅外發(fā)射管有足夠的電流通過時(shí)就會產(chǎn)生紅外光使紅外接收管導(dǎo)通，利用系統(tǒng)控制信號打開或關(guān)閉發(fā)射電路以使其保持較低的功耗。當(dāng)關(guān)閉電源時(shí)，紅外接收管處于斷開狀態(tài)，輸出信號為低。在測量狀態(tài)，當(dāng)有被測物通過紅外對管時(shí)，輸出信號會產(chǎn)生瞬間高脈沖，利用此脈沖作為MSP430F149單片機(jī)的捕獲定時(shí)器的捕獲輸入源，可將計(jì)數(shù)器時(shí)間復(fù)制到捕獲寄存器中，完成數(shù)據(jù)的采集。顯示模塊由LM6021A液晶顯示器和發(fā)光二極管構(gòu)成，液晶顯示器分為四行顯示，顯示捕獲時(shí)間、被測物的速度等信息，如被測物速度超出設(shè)定的報(bào)警值則發(fā)光二極管閃爍。本實(shí)用新型的CPU處理模塊特征為MSP430F149 單片機(jī)，該單片機(jī)具有捕獲定時(shí)器TIMER_B，工作配置在16位連續(xù)方式下，當(dāng)被測物通過兩個(gè)紅外對管時(shí)會產(chǎn)生捕獲事件，計(jì)數(shù)器的值被復(fù)制到相應(yīng)的捕獲寄存器中，讀出相應(yīng)的捕獲寄存器值，運(yùn)算得出兩次捕獲事件之間的時(shí)間間隔和速度，將該速度與設(shè)定的報(bào)警值比較并輸出顯示。CPU處理模塊是本實(shí)用新型的核心部件，與其它3個(gè)模塊均有連接由鍵盤控制的功能設(shè)置選擇信息和由紅外對管傳感器探測到的物體通過脈沖信號經(jīng)端口輸入 MSP430F149單片機(jī)，經(jīng)過MSP430F149單片機(jī)的捕獲、計(jì)算和比較后將計(jì)算的結(jié)果數(shù)據(jù)通過端口輸出至LM6021A液晶顯示器和發(fā)光二極管顯示。[0005]本實(shí)用新型的有益效果是采用MSP430F149單片機(jī)作為處理器，其電池的使用壽命可以比基于一般CPU的系統(tǒng)延長3 5倍，可實(shí)現(xiàn)紐扣電池供電，且MSP430F149單片機(jī)內(nèi)部集成有多個(gè)功能模塊，簡化了外圍電路的設(shè)計(jì)，尤其是其具有捕獲/比較寄存器的定時(shí)器，在測速上可實(shí)現(xiàn)快捷和高精度并且可以實(shí)現(xiàn)更多功能的擴(kuò)展，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了高精度、低功耗的手持式設(shè)計(jì)，并可根據(jù)用戶的需求設(shè)定報(bào)警速度和顯示項(xiàng)目等功能。


以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。圖1是本實(shí)用新型的工作原理示意圖。圖2是紅外對管傳感器原理圖。圖3是本實(shí)用新型的電路板圖。
具體實(shí)施方式
在圖1中，本實(shí)用新型包括功能設(shè)置選擇模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模塊、CPU處理模塊。由功能設(shè)置選擇模塊提供的功能設(shè)置選擇信息和由數(shù)據(jù)采集模塊探測到的物體通過脈沖信號經(jīng)端口輸入CPU處理模塊，經(jīng)過CPU處理模塊的捕獲、計(jì)算和比較后將計(jì)算的結(jié)果數(shù)據(jù)通過端口輸出至顯示模塊顯示。在圖2中，紅外對管傳感器的單點(diǎn)測量電路由電阻R1、R2和R3、兩個(gè)三極管T1、T2 和一對紅外對管組成。利用系統(tǒng)控制信號打開或關(guān)閉發(fā)射電路以使其保持較低的功耗。在紅外發(fā)射管電路處接一個(gè)電阻Rl主要是用來保護(hù)紅外發(fā)射管，Rl的阻值必須適當(dāng)，為300 歐姆，Rl太大無法驅(qū)動紅外對管，太小起不到保護(hù)作用流過紅外對管的電流過大易被燒壞。 在紅外接收管電路處采用R2為2千歐姆的大阻值電阻進(jìn)行連接主要是為了使三極管Τ2工作在飽和區(qū)。因此當(dāng)關(guān)閉電源時(shí)，由于紅外接收管處于斷開狀態(tài)，Τ2基極電壓為高，Τ2處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出信號為低。當(dāng)需要進(jìn)行測量時(shí)，置控制信號為高電平，這時(shí)三極管Tl導(dǎo)通，電流通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外光，紅外接收管接收到紅外光則導(dǎo)通，這時(shí)Τ2基極電壓為低，三極管截止，輸出信號電平為高。當(dāng)被測物瞬間擋住A點(diǎn)紅外光，紅外接收管瞬間導(dǎo)通，在Τ2基極產(chǎn)生高脈沖，輸出信號則產(chǎn)生低脈沖，此脈沖信號作為MSP430F149單片機(jī)的捕獲定時(shí)器的捕獲輸入源可將計(jì)數(shù)器的值復(fù)制到捕獲寄存器中。采用了工作原理相同的兩對紅外管A和B，可將被測物經(jīng)過Α、Β兩點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生的脈沖信號送入的MSP430F149單片機(jī)的捕獲定時(shí)器。圖3所示為本實(shí)用新型的電路板圖，各個(gè)器件引腳連接的具體方法為鍵盤與MSP430F149單片機(jī)的連接MSP430F149單片機(jī)的Pl. 0接C0L0，Pl. 1接 COLl用于輸出鍵盤列掃描碼，Pl. 4接R0W0,P1. 5接ROffLPl. 6接R0W2，P1. 7接R0W3，用于鍵盤行掃描的輸入。紅外對管傳感器與MSP430F149單片機(jī)的連接MSP430F149單片機(jī)的PI. 2\TA1和 PI. 3\TA2引腳與兩個(gè)紅外對管的輸入信號相連。LM6021A液晶顯示器和發(fā)光二極管與MSP430F149單片機(jī)的連接LM6021A液晶顯示器電源和地與MSP430F149單片機(jī)共有，LM6021A液晶顯示器的/RST-NMI接MSP430F149 單片機(jī)的/RST供系統(tǒng)復(fù)位備用。MSP430F149單片機(jī)的P6 口與LM6021A液晶顯示器的控制信號連接，具體為P6. 3/A3接CS2提供液晶顯示器的片選信號，P6. 2接AO作為液晶顯示器低位地址線，P6. 1接R/W提供液晶顯示器讀寫信號，P6. 0接E為液晶顯示器使能端。 MSP430F149單片機(jī)的P4 口與液晶顯示器數(shù)據(jù)相連，提供液晶顯示器與控制字的字符點(diǎn)陣信息，具體為P4 口接DO D7。P2. 5提供液晶顯示器背光源開光信號，目前系統(tǒng)沒有啟動背光。MSP430F149單片機(jī)的P2 口作為通用I/O 口分配給發(fā)光二極管控制，具體為P2. 3接 LEDl用與發(fā)光二極管Dl控制信號的輸出。P2. 4接LED2用于發(fā)光二極管D2控制信號輸出ο 本實(shí)用新型的電源、晶振連接使用兩節(jié)1. 5V紐扣電池作為電源，MSP430F149的 XIN和M)UT與3 時(shí)鐘晶振連接。
權(quán)利要求1. 一種低功耗高精度智能測速儀，它包括功能設(shè)置選擇模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模塊、CPU處理模塊，其特征是功能設(shè)置選擇模塊為鍵盤，數(shù)據(jù)采集模塊為紅外對管傳感器， 顯示模塊為LM6021A液晶顯示器和發(fā)光二極管，CPU處理模塊為MSP430F149單片機(jī)，CPU處理模塊與其它3個(gè)模塊均連接。
專利摘要一種低功耗高精度智能測速儀，它包括功能設(shè)置選擇模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模塊、CPU處理模塊，其特征是功能設(shè)置選擇模塊為鍵盤，數(shù)據(jù)采集模塊為紅外對管傳感器，顯示模塊為LM6021A液晶顯示器和發(fā)光二極管，CPU處理模塊為MSP430F149單片機(jī)，CPU處理模塊與其它3個(gè)模塊均連接，可實(shí)現(xiàn)高精度、低功耗的手持式設(shè)計(jì)，并可根據(jù)用戶的需求設(shè)定報(bào)警速度和顯示項(xiàng)目等功能，應(yīng)用于子彈出膛速度測量，飛輪轉(zhuǎn)速測量和其它需要精確測速的工業(yè)控制領(lǐng)域。
文檔編號G01P3/68GK202066867SQ20112013906
公開日2011年12月7日 申請日期2011年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月5日
發(fā)明者金華, 金晉 申請人:中國人民公安大學(xué)