基于单片机和光敏二极管的矿井小车测速及报警系统

发布时间：2022-10-29 10:45:02 浏览数：次

[摘要]本文介绍了利用半导体激光二极管(红外波段的)、光敏二极管以及单片机检测矿井弯道处有无小车通过,并检测出小车的速度,在弯道的另一端向工作人员进行声光报警,速度的实时显示。

[关键词]半导体激光二极管光敏二极管脉冲宽度检测

一、解决方案

1.如图一为此系统的结构,主要由n对红外发射、接收二极管、信号放大器、T触发器、单片机。

图一2.工作原理

多谐振荡器以一定频率的信号驱动半导体激光二极管,半导体激光二极管发出的光跨越轨道照射到红外接收二极管。在轨道沿路安装适当数目的红外发射、接收二极管,它们输出的结果经过放大器放大再通过“或门”最后送到T触发器,T触发器的输出信号输入单片机的INT1口,用于进行脉冲检测,单片机对信号处理后通过驱动电路驱动声光报警器和显示器件工作。

具体的工作过程如下:每对传感器的间距是已知的,且必须大于车身长,当小车通过轨道必定会遮挡光线,接收管收不到红外管,控制它的输出电路输出高电平,由于每对元件的输出都接入或门中,所以无论是哪一对元件输出高电平都会触发T触发器的输出翻转(低电平时保持,因此车身长不会影响结果),这样当有小车经过时, T触发器就连续输出实时脉冲,输送到单片机中的INT1端口,高电平时开始计时,低电平时停止计时,通过记录TH1,TL1的值可以知道脉冲的持续时间了,继而就可知小车速度了。由于每隔两对元件测量脉冲宽度一次,因此可以近似的得到实时的车速并显示出来。如图二为脉宽检测示意图。

图二

为了提高抗干扰能力,连续计算三个脉冲的宽度并求平均速度,通过比较电路与给定值比较,速度高于给定的值才驱动声光报警器报警。

三、检测与转换电路(硬件部分)

如图四为其中一对传感器的检测电路,当红外接收管接收不到信号时输出高电平。

再把N对传感器的输出经过放大器接入或门中,如图四所示。

然后把Q端输入单片机的INT1端,最后把P1.0、P1.1送到驱动电路。

四、软件处理及信息处理

如下为脉冲宽度处理程序:

ORG 0000H

MAIN: MOV SP,#60H;设堆栈指针

MOV 30H,#00H;存储空间清零

MOV 31H,#00H

MOV TMOD,#90H;T1定时,方式1,GATE=1

MOV TL1,#00H;置TL1计数初值

MOV TH1,#00H;置TH1计数初值

LOOP: JB P3.3,LOOP;等待/INT1变低

SETB TR1;为启动T1做好准备

LOOP1: JNB P3.3,LOOP1;等待正脉冲到,并开始计数

LOOP2: JB P3.3,LOOP2;等负边沿,并停止计数

CLR TR1;停止计时

MOV 30H,TL1;记录值

MOV 31H,TH1

ACALL COUNT;调用计算子程序(见流程图)

ACALL DISPLAY;调用显示子程序(略)

SJMP MAIN;返回主程序,以便检测下一个脉冲其中还有一个比较程序,将小车的平均值与给定值对比,大于则向工人发出警报信号,说明有小车,当平均值小于给定值则不报警这样避免行人通过时导致的误报警。

五、结论和存在问题

利用半导体激光二极管(红外波段的)、光敏二极管以及单片机检测矿井弯道处有无小车通过,并检测出小车的速度,在弯道的另一端向工作人员进行声光报警,速度的实时显示。有效的防止了危险事故的发生,对矿井的安全生产、运输及工作人员的人身安全有重要的意义。

但系统也有不完善的地方,如;第一,光敏元件一直处于工作状态,同时上拉电阻也会消耗一定的能量,不能做到非常节能。只能人为的设置系统的开通与关断。第二,此系统只能相隔两个元件产生一个脉冲,而且相邻元件的间距必须大于车身长度,因此不能得到小车的准确的实时车速,当有几节小车连在一起时很难满足测量条件,因此只能增大元件间距,这样准确度就降低了。

当然,此系统稍作改进还可以用于高速公路检测车辆的速度,一旦超速,便驱动摄像机拍摄车牌,这也是不错的应用。

参考文献:

[1]何宏等.单片机原理与接口技术.北京:国防工业出版社.

[2]张毅刚等.单片机原理与应用设计.黑龙江:哈尔滨工业大学出版社,2008.

[3]松井邦(日本).传感器应用技巧.北京:科学出版社.

[4]童敏明等.检测与转换技术.江苏徐州:中国矿业大学出版社.

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