基于光电传感器的速度监控系统设计

王勇++王梨英

摘要：电动小车的速度表和里程表都是机械的，不直观与方便，人机交互性差，该文采用光电传感器，设计一款电动小车测速系统，传感器将不同车速转变成不同频率的脉冲信号，利用LabVIEW进行控制与计算并实时显示里程和速度，在速度超过阈值时可自动向用户报警，实现对电动车的速度监控。该项目引入虚拟仪器，进行速度监控，成本低，经过测试，运行性能良好，可靠性高，线性度和稳定性好，能够满足市场需求，具有广阔的应用前景。

关键词：电动小车；光电传感器；虚拟仪器；速度监控

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：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

近年来，随着我国国民经济的发展，对城市交通的需求也不断增加，同时居民对出行的要求也日益提高。由于驾驶人超速超载行驶，致使制动反应变慢，使交通事故不断发生。

基于此，采用高精度的传感器，设计速度监控系统十分必要。

该文采用槽型光电传感器来测量小车的速度，利用LabVIEW软件能进行一定的调控速度和反馈调节并显示速度的变化和路程。槽型光电传感器由发射器和接收器组成，当有物体经过发射器和接收器之间阻断光线时，形成开关信号，将数据采集卡与计算机连接，将硬件系统中的信号输出端口接入数据采集卡，通过数据采集卡的转换以后计算机能识别这些信号，从而来将这些数据通过LabVIEW软件进行系统化的分析，并将它们显示出来。通过系统的输出模块，实现了对小车的速度的测量、显示和报警控制。

1 系统整体方案设计

以LabVIEW为核心，利用槽型光电传感器电路作为信号的输入模块。按照设计基本要求，该系统主要包括了速度监控界面、数字信号的采集和PWM的信号输出三部分，其中速度监控界面由多个控件和函数组成，用于虚拟调控速度和显示速度；将传感器的脉冲信号通过数据采集卡利用其与计算连接，由LabVIEW完成对该信号的处理，将速度得以显示和分析。系统具体设计框图如图1所示

2 系统硬件整体设计

系统硬件整体设计中电机小车是成品小车，无需在电路中进行设计，数据采集卡采用NI公司生产的USB-6001，集成模块，由集成模块输出PWM信号驱动小车的驱动电路。主要设计传感器模块。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器一般由敏感元件、转换元件、变换电路和辅助电源四部分组成，其示意图如图2所示。

3 系统软件设计

对应硬件系统的相应功能，在进行软件设计时，将其分为了人机操作界面、速度信号测量、PWM信号输出三个部分。首先，把电路设计为槽型光电传感器检测电机小车齿轮运动，再发送信号通过数据采集卡转换至LabVIEW，由LabVIEW处理识别，从而显示调节小车的速度。其框架与功能示意图如图3所示。

3.1人机操作设计

人机操作界面用于在计算机中将速度实时显示，并通过控件在程序运行时，当电机小车接收到输出信号时调节速度的快慢，并且在操作界面可以进行数据采集等相关操作。操作界面前面板及程序框图如图4至图5所示。

如上图所示，当程序运行时，采集到的数据信号等相应参数会在此面板上进行实时现实，并且通过操作按键可以改变设置的数值。

3.2 PWM信号输出

PWM信号输出分为两个部分，PWM信号产生和PWM信号输出，PWM信号输出是作为调节速度来输出一个信号给电机小车。当运行程序后，在程序目录下自动调用子VI的PWM信号产生程序，PWM信号产生的程序框图如图6所示。

4 系统测试与结论

数据采集卡的USB接口以及电机小车的电源接口均接入计算机的USB接口上。当软件中的程序运行时，采集卡将接收到的传感器输出的信号输入到计算机中后，程序将会进行速度测量，同时通过转化我们也将其以数字的形式显示在波形图下方，并且在测量速度的同时里程也将跟随速度同时测量并随时间和速度的变化里程逐渐增加。测量结果如图7所示。

上图所示结果为以设置0.5s计算一次速度信号时的速度和所得里程，若将计算时间变短或者延长，那么所测量出的结果也会随之变化。此外，可以通过设定不同的速度值，根据不同的车速值，输出结果和PWM输出也会随之发生变化，测试过程中由于电机小车与传感器之间间隔有一定距离，以及数字信号采集计算周期等因素的影响，测试结果有一定的误差，但总体设计达到要求。

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