一种基于单片机的速度测量系统

1. 引言

在我室研制的某型测控系统中，遇到一弹丸状物体的初速测量要求，速度范围在0～150m/s,要求测速模块实现成本低、可靠性高，测速数据送上位机显示。

目前科研生产中采用的速度测量方法可分为两类；直接测量法和间接测量法两大类。直接测量法是通过某种测量原理或效应直接获得速度量, 如多普勒测速仪、空间滤波测速等。这种方法的最大优点是反应快、可测量瞬时速度，但设备成本高，且受到大气物理环境的限制。间接测量法是测量目标的移动距离和时间, 通过计算得到速度量, 如光电测速、光栅测速、磁栅测速和图像测速等，用于测量小型弹丸的天幕法和光幕法测速系统、用于车辆测速的激光测速仪，以及用于生产流水线上的光电脉冲测速方法等等。

根据本系统的特点，我室采用了基于光电脉冲的间接测量方法，构建了基于AT89C51单片机测速系统，并采用DDE技术、VB和组态王实现速度信息的上位机显示，满足了成本低、可靠性好的测速要求；此外本文提出的单片机与上位机数据通信方法为多种工控软件和非通用性设备的数据交换问题提供了思路。

2. 单片机测速模块的实现

a) 测速原理

在本系统中，两对光电对射管布置在弹丸的通过路径上，光电对射管间距为S，当弹丸经过遮蔽光电管1,2时，光电管1,2产生一个上升沿或下降沿，以光电管1的上升沿或下降沿作为单片机计数器的启动脉冲，启动计数器开始记时，光电管2的上升沿或下降沿作为单片机计数器的停止脉冲，计数器停止记时。此时，得到计数器的记时值n。将值n传送至上位机，已知单片机的机器周期为T，则，可在上位机内计算出弹丸在定距s内的平均速度V,为V=S/nT。见如下图1。

b) 测速部分硬件实现

如下图2硬件原理示意图，光电对射管Q1和Q2分别接入AT89C51的外部中断0和1引脚相联，Q1和Q2均为遮断式对射管（无遮断时导通，遮断时截止）。INT0和INT1均设置为下降沿触发。在INT0中断处理程序中，启动AT89C51内计数器T0开始计数，在INT1中断处理程序中，计数器T0停止计数。计数值暂存于单片机寄存器内。当单片机接收到上位机发出的取数指令时，单片机通过串口将寄存器内计数值发送至上位机进行处理。                    

3. 单片机与上位机通信

本例上位机控制程序采用组态王组态软件（Kingview 6.5版）编写，但其为数据采集和控制提供的底层硬件设备的驱动仅是针对知名厂商的板卡和模块。因此，针对自行开发的数据采集模块，需要编写组态王与单片机串口通信驱动程序。在本例中，应用DDE方式实现组态王和VB进行数据交换，通过编写串口通信程序实现VB和单片机的通信，完成整个通信流程。

a) 系统数据流程

动态数据交换(dynamic data exchange ,简称DDE)，它是Windows 提供的一种基于消息的进程间通信技术协议[2]。其实质是在两个应用程序之间建立一个数据通道(channel)，通过特定的会话过程，由windows作中介,实现数据的双向传输。DDE应用程序以对话(conversations)的方式实现数据共享，会话采用客户/ 服务器模式，启动会话并要求接收数据的进程是客户进程(client)，而响应客户请求提供数据的进程是服务器进程( server)。组态王采用DDE方式和VB进行数据交换，同时通过编写串口通信程序实现VB和单片机的通信。整个系统的数据交换流程如图3所示。

作者：吴敏   来源：中国电子设计网