基于飞思卡尔单片机的木棒长度测量系统

　　0　引　言

　　在工业生产中，很多工件需要进行长度测量。在传统的工业生产实际中，往往需要人工测量生产线上的工件的长度并注意记录。这样的测量方法不仅速度慢，而且易因为检测人员读数不准或疲劳而产生较大的误差。而且，有些工业现场是不适宜进行人工测量的，如，高温或有剧毒的现场。利用飞思卡尔单片机和红外测量技术可以实现对工业生产现场的工件长度进行测量，不仅具有准确性高、速度快等特点，还可以节省大量的人力，大大提高了工业生产的自动化水平[1]。笔者用运动的木棒模拟生产线上的工件长度，并进行了测量。

　　1　方案论证

　　目前，关于运动工件长度的测量方案有很多种，但各有优缺点。

　　1)多组光电对管测长度。该方案是在滑槽两侧等距离地设置多组光电对管(一般是11组)，通过计算被工件挡住的光电对管的个数，再根据相邻两组光电对管的距离，得出被测工件的长度。这种方案的缺点是光电对管的个数过多，接线非常复杂，且光电对管的信号线占用了大量的I/O端口资源。

　　2)基于CCD[2，3](Charg　Couple　Device)摄像头的长度测量方案。该方案是用CCD摄像头对生产

　　线上的工件进行图像采集[4]，然后利用图像处理技术对工件进行长度测量。该方案的优点是硬件设计简单，缺点是利用图像处理技术[5，6]使软件设计比较复杂。

　　3)基于飞思卡尔单片机的方案。该系统以飞思卡尔单片机为核心控制器，利用匀速转动的直流电机带动履带，履带两侧等距离(距离为5cm)放置3组红外发射与接收管[7]。将木棒放在履带上，随着履带移动，当木棒通过红外对管时利用飞思卡尔单片机的内部计时器开始计时，离开时结束计时，得出木棒的移动时间。木棒的移动速度可以由两组光电对管之间的距离除以木棒通过这段距离的时间得出。因此，已知木棒的移动时间和移动速度，即可算出木棒的长度。该方案硬件设计简单，软件实现也相对简单。但电机的转速不易控制，难以保证电机在空载和负载的情况下保持恒定的速度。为解决这个问题，该方案增加光电编码器[8]对电机转速进行反馈，使电机控制形成一个闭环，再结合PID[9](Proportion　IntegrationDifferentiation)控制算法可极大地提高电机的抗干扰能力[10]，保证电机以恒定的速度运转。

　　2　系统设计方案

　　2.1　系统的硬件设计

　　系统由飞思卡尔单片机、直流电机模块、红外对管模块和显示模块等组成(见图1)。

　　1)红外对管模块。系统中，有3对红外对管等距离分布在滑槽两侧，彼此间的距离是5cm。它们之间的距离要尽可能精确，这直接关系到木棒运动速度的测量，进而影响到木棒长度测量的结果。设置3组红外对管是为了判断木棒运动时是正向还是反向，从而实现木棒的正向计数和反向扣除。