1 测控仪器设计 第1~3次课.ppt

1.1测量小车车速的方案 方案选型 受车模机械结构的限制，必须采用体积小、重量轻的速度传感器。就目前常用的有三种方案可供选择： ◎霍尔传感器配合稀土磁钢 ◎光电传感器 ◎光电编码器 1.1.1霍尔传感器配合稀土磁钢 在主后轮驱动齿轮处，通过打孔，将几块很小的稀土磁钢镶在里面，然后 将霍尔元件安装在附近，通过检测磁场变化，可以得到电脉冲信号，获取后轮 转动速度。 优势：获取信息准确，体积小，而且不增加后轮负载。 劣势：齿轮处靠近主驱动电机，容易受磁场干扰；对齿轮打孔，容易损坏齿轮。 1.1.2光电传感器 在主驱动齿轮表面附上黑白间隔的彩带，将反射型光电传感器安装在齿轮附近，当黑白彩带交替通过时，产生一系列电脉冲，由此获取转动角度。也可以对齿轮打孔，采用直射型光电传感器，通过间断接受到的红外光，产生电脉冲信号，获取转动角度。 优势：体积小，不增加后轮负载，反射型方案对原有器件不需要再加工。 劣势：精度受到光电管体积的限制。 1.1.3光电编码器 另外购买光电编码器安装在主驱动齿轮上，通过齿轮传过来的转动信息，获取后轮转角。 优势：获取信息准确，精度高，搭建容易。 劣势：增加后轮负载；光电编码器体积较大，导致车重增加。 1.1.4三种方案的比较 比较以上3 种方案，考虑到系统的可靠性，首先排除霍尔元件方案，因为主后轮传动齿轮为塑料质地，打孔比较危险。同理排除光电传感器的直射型方案。之后，通过对市场的调查，发现很难购买到体积足够小的光电编码器，而且考虑到车重的任何增加都有可能影响到车速，因此放弃光电编码器方案。最终，我们决定采用反射型光电传感器方案。至于精度问题，由于比赛对速度参数的精度要求不是很高，因此暂时不必多考虑。 1.2 传感器设计及安装 反射型光电传感器检测速度的原理和检测赛道黑白线时的原理是一样的，不同的是这里只要采用连续工作方式就可以了。在最近的测试电路中，收发管选用的是ITR9909 / ITR20001-T24，另外发射管的限流电阻为360 欧姆，接受管的分压电阻为 100 千欧，这样选择电阻的好处是发射管电流适中，接受管信号可以不经比较器直接输入 S12 单片机的引脚。 1.2 传感器设计及安装(2) 为了得到和赛车速度一致的脉冲信号，在主驱动齿轮上粘贴了如下图所示的纸质圆盘： 1.2 传感器设计及安装(3) 当圆盘随着齿轮转动时，光电管接收到的反射光强弱交替变化，由此可以得到一系列高低电脉冲。设置 S12 的ECT 模块，同时捕捉光电管输出的电脉冲的上升沿和下降沿。通过累计一定时间内的脉冲数，或者记录相邻脉冲的间隔时间，可以得到和速度等价的参数值。 1.2 传感器设计及安装(4) 假设轮胎一圈周长为l cm。设条纹盘共有e 个黑白边缘，即轮胎转动一圈将引起e 个脉冲数累积。假设对脉冲数累积的时间为t，在这段时间内 共获取了n 个脉冲数累积。则赛车速度为： v= ln/et(cm/s) 黑白间隔的条纹数越多，同等速度下单位时间内所能检测到脉冲数也越多，因而速度检测的分辨率也更高。另一方面，条纹增多后，相邻脉冲间的持续时间会变短，脉冲检测的可靠性会因相邻脉冲的干扰而受到影响，权衡速度检测分辨率和可靠性两方面，根据实验检测的效果，我们采用 16 等分的圆盘。 1.2 传感器设计及安装(5) 1.3硬件电路设计 速度传感器模块电路图 1.4软件设计  1.4.1ECT 模块代码初始化设置 我们采用PT1 口作为脉冲信号输入。首先通过设置寄存器TIOS，设置PT1针脚为输入；然后设置TCTL4 寄存器，选择既获取上升沿又获取下降沿。之后，设置ICOVW_NOVW，保护脉冲累加器的数据。通过ICPAR，对脉冲累加器进行使能，使其开始工作。设置此寄存器之后，脉冲累加器开始计数。之后通过读取PACN1 这个寄存器，获取当前的脉冲累加值。例程如下 TIOS = 0x00; TCTL4 = 0 ICOVW_NOVW1