基于光电传感的机械传送带线速度测量

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中图分类号：TH824 文献标识码 ：B doi：10.3969/j.issn.1672-4305.2013.03.007Linear velocity measurement for mechanicalconveyor belt based on photoelectric sensingHE Pei-tong，LIU Ming(Colege of Precision Instrument and Optoelectronics Engineering，Tianjin University，Tianjin300072，China)Abstract：In this paper，we introduced a method of linear velocity measurement based on photoelec-trie sensing technology for mechanical conveyor belt.It can realize contactless and real-time measure-ment of the linear velocity of conveyor belt by use of the photoelectric sensor and can also display it af-ter processing by MCU.The system has the advantage of simple structure，good stability，high aecura-cy and can satisfy the requirement of measuring the linear velocity of mechanical conveyor beh。

Key words：linear velocity measurement；optoelectronic sensor；MCU在工程实践中，机械传送带具有广泛的应用，而传送带的线速度往往是监测及控制其运动的重要指标之-。对于皮带轮与传送带摩擦传动的机构，由于松紧程度变化等原因，会出现打滑等现象，因此在- 些需要准确测量传送带实际线速度的诚，不能用测量皮带轮的转速来间接推算，所以实时线速度的测量具有十分重要的意义。在实际测量中，往往采用接触式测量，这种测量方法简单，但容易改变传动装置的工作状态，且测量精度不高。本测量系统采用了反射式光电传感器测量，该光电式测速系统具有非接触、响应快、性能可靠、准确度高等优点，在检测和控制等领域具有-定的应用价值。

l 系统工作原理及测量结构机械传送带的线速度测量系统是利用非接触测量方式，由反射式光电传感器产生脉冲信号，而后将产生的脉冲信号送入单片机的定时/计数端，单片机完成脉冲计数并计算出线速度后通过数码管进行显示，其原理框图如图 1所示。

图 1 系统原理图利用计数脉冲测量传送带的线速度实际是测量脉冲频率，脉冲测速最典型的方法有以下两种：(1)M法(测频率法)测量单位时间内的脉冲数并换算成频率。在测量时间内存在脉冲计数误差，所以脉冲数多时相对误差较校因此，可以看 出 M 法适用 于测量高频脉冲。

何沛彤，等：基于光电传感的机械传送带线速度测量 23(2)T法(测周期法)测量两个脉冲之间的时间换算成周期，从而得到频率。在测量过程中，采样时间存在误差，所以脉冲时间间隔大时相对误差较校因此，可以看出 T法适用于测量低频脉冲。

本系统应用 M法测量，在皮带边缘等间隔粘贴方形反光亮片，在转轮旁安装光电传感器正对皮带。

皮带轮带动传动带运动，当亮片随着皮带运动到传感器对面时，传感器发出的红外光可以通过亮片反射，使接收传感器接收到光信号，若亮片离开传感器对面，则传感器发出的光不能被其接收。所以，随着亮片的移动，传感器间断性地接收到光信号，光信号被转换为高低电平的脉冲电信号送人单片机。通过单片机计数和处理，即可测出传送带的实际线速度，再由数码管显示。反射式光电传感测量方法如图2所示[2-5]。

反 射 贴 片图2 反射式光电传感器测量方法2 硬件设计2.1 测量电路本系统所使用的光电传感器由光发射二极管和光接收器三极管组成。发光二极管发出光信号，若其前方为白色或镜面，光敏三极管就能接收到-个反射的光信号从而导通，否则，二极管发出的光被吸收，光敏三极管接收不到光信号而截止。在传送带线速度测量机构中，所粘贴的亮片随着皮带移动时，三极管会周期性导通，进而产生脉冲信号，反射式传感器电路原理如图3所示。 。

2.2 单片机采集显示电路传感器输出的脉冲信号送入单片机计数器 1D外部输入口P3.4，单片机对脉冲信号进行计数及处理，计算出测量的线速度，再控制数码管进行实时显示 。

数码管采用动态驱动方式，各位数码管的相同字段的引脚相连，接至单片机的 P0端 口，同时增加位选通控制电路，由 P2.0～P2.3输出位控信号，通发35VZ/j-I图 3 反射式 光电传 感器电路原 理图过三极管接 LED数码显示管。虽然各位数码管接收相同的字形码，而利用单片机位选通端口控制各位数码管的亮灭，使各位数码管被轮流点亮，由于人眼的视觉暂留效应以及发光二极管的余辉效应，以及适当的扫描速度，人眼就不会有闪烁感，从而实现数码管的正常显示，单片机采集显示电路如图4所示 - 。

VCCV6C。 VC PO0-仁)L 1-[二 -上- 日 日 日 RST PO 2-日 03jL0 F工 4皇5P0 6 -[-且P0 7 -[]- 旦L P3 4(T0) 300 8P2 3 9O13- k X1AL2 / 9013口 P2 2 -- L XTAI.'[ P21 3K 901333p 2 /P2 0 - k 90GND图4 单片机采集显示电路图3 软件设计本系统采用 AT89S52单片机，用 C语言编程。

系统上电复位后，首先对定时器初始化。，m 用作计数器，T1用作定时器，工作方式采用方式-，即 l6位工作模式。设置定时器初始值，定时 10ms，然后开中断，启动定时器和计数器。之后进入循环结构，计数器累加输入的脉冲数目，当定时器溢出时，进入定时器中断子程序。由于定时器的定时长为 10ms，所以溢出中断 100次时定时 1s，此时读出计数器的值 ，即为每秒钟的脉冲数，乘以传送带上亮片的间距 ，即为皮带每秒移动的距离。本系统显示的线速度单位为米/分，电位转换后将测得的线速度值转换为数码管显示码，并驱动数码管刷新显示的线速度。

设计的程序主要由主程序、初始化程序、数据转匕 器射传/]1 口24 实 验 室 科 学换程序、数据显示程序、定时器中断服务程序等五部分。由于篇幅限制，只介绍定时器中断服务子程序。

定时器计数器 110工作在计数状态，T1工作在定时状态且定时 10ms。定时器溢出时，进入中断服务程序，首先判断溢出次数，当中断 100次(即 1 s)后读绕数器值，并清零计数器和中断次数，计算转速值(r/min)，还原定时器 T1初始值。定时器中断服务子程序流程图如图5所示 。

图 5 中断子程序流程图程序代码如下：void timerl(void)interrupt 3iil； //中断次数加 1if(i：100) //判断中断次数是否达到设定值 ，即定时总时长是否为 1秒i0；//清零中断次数P(TH0<<8)TL0； //读取 16位计数器的值TI 0：TH00； //清零计数器vP S：l60； //线速度 v(m/min)脉冲数 P(/s)×亮片间距 s(m)x60TL1(65536-9187)%256；TH1(65536-9187)/256； //还原定时器定时初始值在机械传送带线速度测量中，系统会有±1个脉冲的测量误差。相对测量误差 Er为Erl测量值 -实际值 I/实际值×100%可见，实际速度越大，相对误差越校因此，要提高测量精度需要增加机械速度；如果在传送带速度-定的情况下，可以用增加反射亮片数量的方法，提高线速度的测量精度。

4 结语本系统实现了对皮带线速度的非接触实时测量及显示。除此之外，本系统还可用于转轴或转轮转速的测量。只需将亮片粘贴于转轴或转轮上，通过记录计算每周的脉冲数即可测量转轴或转轮的转速。