张桂红

(武汉交通职业学院,湖北 武汉 430065)

基于IAP15W4K58S4单片机管道内钢珠运动测量系统的设计

张桂红

(武汉交通职业学院,湖北 武汉 430065)

文章设计了一个管道内钢珠运动测量装置,通过检测进入管道钢珠的运动状态,实现了钢珠个数、运动方向、周期及管道放置角度的测量.本系统以IAP15W4K58S4单片机为核心,利用电感式接近开关传感器的电涡流效应,将检测到的信号发送至单片机进行分析,计算出管道放置的角度,并送至LCD液晶显示屏显示.

单片机;钢珠;传感器;测量

1 系统方案设计

1.1 总体方案设计

系统总体方案如图1所示.

图1 系统总体方案设计

钢珠以零速度进入管道,两个电感式接近开关传感器分别检测钢珠运动到开关所需时间并送到单片机进行处理,计算出两点的不同速度,进而计算出管道放置的角度,最后通过按键控制单片机选择显示的数据[1].

1.2 方案论证

传感器模块采用电感式接近开关,它是在电涡流效应的基础上,利用振荡器产生交变的磁场,当金属物体接近磁场时振荡发生变化,通过这一变化达到检测目标的目的.具有寿命长、低功耗的特点,检测物体必须是导电体[2].

1.2.1 测量方法与工作原理分析

装置模拟如图2所示,L为传感器1与传感器2之间的距离,θ为管道放置的角度,t1起始时间,t2为截止时间.将管道放置任一角度(10°~80°),从A端放入钢珠,通过动能定理:

式中m为物体质量,v为运动速度,J为转动惯量,ω为角速度,g为重力加速度,r为钢珠半径.

将式(2)、(3)代入式(1)得……