光电式传感器测速实验优化

光电接近开关是光电式传感器中的一种，它利用被检测物体对光束的遮挡或反射检测物体的有无。被检测物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。工业中用于检测机械臂的运动次数等。

1.实验目的

①了解光电开关的分类和选型，并设计光电开关传感器。

②学习单片机硬件及编程技术，设计光电开关测速装置。

③利用所设计的装置进行列车地面测速实验。

2.实验内容

安装两对光电对射开关，二者距离s固定。车轮通过时，依次遮挡两对光电开关之间的时间差为t，由此计算出速度v，即实现列车地面测速功能。要求：

①测量装置安装在地面，列车通过时检测其速度并显示，同时通过串口输出到上位机。

②测速精度为1 km/h，测速范围为5～250 km/h。

③自行完成电路设计与器件选型，并充分考虑设备现场的安装及维护。

④完成电路板焊接与程序调试。

⑤实物演示设计结果，完成设计实验报告。

3.实验基本原理

1）光电开关

光电开关是一种利用感光元件对变化的入射光加以接收，并进行光电转换、放大和控制，从而获得最终的控制输出开关信号的器件。

光电开关一般由发送器、接收器和检测电路三部分组成。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般源于半导体光源、发光二极管、激光二极管及红外发射二极管等。光束不间断地发射，也可改变脉冲宽度。接收器可由光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器前有透镜和光圈等光学元件，其后的检测电路能滤除干扰，保留有效信号。

根据检测方式的不同，光电开关可以分为：漫反射式光电开关、镜面反射式光电开关、对射式光电开关、槽式光电开关、光纤式光电开关等。光电开关实物如图11.43所示。(www.xing528.com)

图11.43　光电开关实物图

对射式光电开关包含在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器。当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。光电开关内部电路如图11.44所示。

图11.44　光电开关内部原理图

2）测速装置

在轨道上安装距离s固定的两对光电对射开关，当列车通过时其车轮先后遮挡两对光电开关。若先后遮挡的时间间隔为t，则可计算出火车通过的速度v，如图11.45所示。

图11.45　列车地面测速装置原理图

测速装置主要由发光器件、光电接收器件和单片机系统组成。其中发光器件可选择发光二极管或激光二极管，光电接收器件可选择光电二极管或光电三极管，单片机系统可选择常用的51单片机系统，如图11.46所示。

图11.46　列车地面测速装置系统组成

4.实验报告要求

①设计过程：解决的主要问题。

②设计方案：电路原理图及分析。

③实验报告：调试及实验情况描述、实验结果及分析。