王勇++王梨英

摘要：電動小車的速度表和里程表都是機械的，不直觀與方便，人機交互性差，該文采用光電傳感器，設(shè)計一款電動小車測速系統(tǒng)，傳感器將不同車速轉(zhuǎn)變成不同頻率的脈沖信號，利用LabVIEW進行控制與計算并實時顯示里程和速度，在速度超過閾值時可自動向用戶報警，實現(xiàn)對電動車的速度監(jiān)控。該項目引入虛擬儀器，進行速度監(jiān)控，成本低，經(jīng)過測試，運行性能良好，可靠性高，線性度和穩(wěn)定性好，能夠滿足市場需求，具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：電動小車；光電傳感器；虛擬儀器；速度監(jiān)控

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）30-0242-02

Design of Speed Monitoring System Based on Photoelectric Sensor

WANG Yong1，WANG Li-ying2

（1.Hunan Railway Professional Technology College， Zhuzhou 412001，China； 2.CRRC Zhuzhou Electric Locomotive Co.， Ltd.，Zhuzhou 42001， China）

Abstract：Electric car speedometer and odometer are mechanical， not intuitive and convenient， poor human-computer interaction， this paper adopts photoelectric sensor， design an electric car speed sensor system， the different speeds into different frequency pulse signal， control and calculate and display the mileage and speed in real time using LabVIEW， can automatically alarm to users the speed exceeds the threshold， to achieve speed control for electric vehicles. The project introduces virtual instrument to speed monitoring， low cost， tested， good operation performance， high reliability， good linearity and stability， can meet the market demand， and has broad application prospects.

Key words：Electric trolley； photoelectric sensor； virtual instrument； speed monitoring

近年來，隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，對城市交通的需求也不斷增加，同時居民對出行的要求也日益提高。由于駕駛?cè)顺俪d行駛，致使制動反應(yīng)變慢，使交通事故不斷發(fā)生。

基于此，采用高精度的傳感器，設(shè)計速度監(jiān)控系統(tǒng)十分必要。

該文采用槽型光電傳感器來測量小車的速度，利用LabVIEW軟件能進行一定的調(diào)控速度和反饋調(diào)節(jié)并顯示速度的變化和路程。槽型光電傳感器由發(fā)射器和接收器組成，當(dāng)有物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之間阻斷光線時，形成開關(guān)信號，將數(shù)據(jù)采集卡與計算機連接，將硬件系統(tǒng)中的信號輸出端口接入數(shù)據(jù)采集卡，通過數(shù)據(jù)采集卡的轉(zhuǎn)換以后計算機能識別這些信號，從而來將這些數(shù)據(jù)通過LabVIEW軟件進行系統(tǒng)化的分析，并將它們顯示出來。通過系統(tǒng)的輸出模塊，實現(xiàn)了對小車的速度的測量、顯示和報警控制。

1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計

以LabVIEW為核心，利用槽型光電傳感器電路作為信號的輸入模塊。按照設(shè)計基本要求，該系統(tǒng)主要包括了速度監(jiān)控界面、數(shù)字信號的采集和PWM的信號輸出三部分，其中速度監(jiān)控界面由多個控件和函數(shù)組成，用于虛擬調(diào)控速度和顯示速度；將傳感器的脈沖信號通過數(shù)據(jù)采集卡利用其與計算連接，由LabVIEW完成對該信號的處理，將速度得以顯示和分析。系統(tǒng)具體設(shè)計框圖如圖1所示

2 系統(tǒng)硬件整體設(shè)計

系統(tǒng)硬件整體設(shè)計中電機小車是成品小車，無需在電路中進行設(shè)計，數(shù)據(jù)采集卡采用NI公司生產(chǎn)的USB-6001，集成模塊，由集成模塊輸出PWM信號驅(qū)動小車的驅(qū)動電路。主要設(shè)計傳感器模塊。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、變換電路和輔助電源四部分組成，其示意圖如圖2所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

對應(yīng)硬件系統(tǒng)的相應(yīng)功能，在進行軟件設(shè)計時，將其分為了人機操作界面、速度信號測量、PWM信號輸出三個部分。首先，把電路設(shè)計為槽型光電傳感器檢測電機小車齒輪運動，再發(fā)送信號通過數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換至LabVIEW，由LabVIEW處理識別，從而顯示調(diào)節(jié)小車的速度。其框架與功能示意圖如圖3所示。

3.1人機操作設(shè)計

人機操作界面用于在計算機中將速度實時顯示，并通過控件在程序運行時，當(dāng)電機小車接收到輸出信號時調(diào)節(jié)速度的快慢，并且在操作界面可以進行數(shù)據(jù)采集等相關(guān)操作。操作界面前面板及程序框圖如圖4至圖5所示。

如上圖所示，當(dāng)程序運行時，采集到的數(shù)據(jù)信號等相應(yīng)參數(shù)會在此面板上進行實時現(xiàn)實，并且通過操作按鍵可以改變設(shè)置的數(shù)值。

3.2 PWM信號輸出

PWM信號輸出分為兩個部分，PWM信號產(chǎn)生和PWM信號輸出，PWM信號輸出是作為調(diào)節(jié)速度來輸出一個信號給電機小車。當(dāng)運行程序后，在程序目錄下自動調(diào)用子VI的PWM信號產(chǎn)生程序，PWM信號產(chǎn)生的程序框圖如圖6所示。

4 系統(tǒng)測試與結(jié)論

數(shù)據(jù)采集卡的USB接口以及電機小車的電源接口均接入計算機的USB接口上。當(dāng)軟件中的程序運行時，采集卡將接收到的傳感器輸出的信號輸入到計算機中后，程序?qū)M行速度測量，同時通過轉(zhuǎn)化我們也將其以數(shù)字的形式顯示在波形圖下方，并且在測量速度的同時里程也將跟隨速度同時測量并隨時間和速度的變化里程逐漸增加。測量結(jié)果如圖7所示。

上圖所示結(jié)果為以設(shè)置0.5s計算一次速度信號時的速度和所得里程，若將計算時間變短或者延長，那么所測量出的結(jié)果也會隨之變化。此外，可以通過設(shè)定不同的速度值，根據(jù)不同的車速值，輸出結(jié)果和PWM輸出也會隨之發(fā)生變化，測試過程中由于電機小車與傳感器之間間隔有一定距離，以及數(shù)字信號采集計算周期等因素的影響，測試結(jié)果有一定的誤差，但總體設(shè)計達到要求。

參考文獻：

[1] 余莎麗，劉小龍，周健民.基于模糊PID與算法控制智能小車速度[J].自動化與儀器儀表，2016（2）：76-77.

[2] 王博，康德，鄭智波.探析單片機的智能小車速度控制[J].中國新通訊，2017（2）：158.

[3] 施云貴.孫玉杰，姜維利.基于P89C51RD2實現(xiàn)的機器人小車速度控制[J].計量技術(shù)，2005（9）：29-30.

[4] 李雄，基于卡爾曼濾波的軌道小車速度估算方法[J].微處理機，2017（1）：57-59.

[5] 李檸，張殿富.基于單片機的智能小車速度控制設(shè)計[J].科技視界，2012（28）：454-455.

[6] 張磊，謝明舜，夏美霞.基于S7_300的氣動系統(tǒng)速度監(jiān)測設(shè)計研究[J].液壓氣動與密封，2017（6）：82-84.

[7] 耿博望，祁霞，俞俊翰.基于PLC電機速度監(jiān)測的程序設(shè)計[J].電氣自動化，2016，38（1）：82-83.endprint