一种旁置式激光测速定位装置的制作方法

1.本实用新型属于激光测速技术领域，涉及一种旁置式激光测速定位装置。


背景技术：

2.为了对运输炉渣的列车翻斗进行喷涂维护，需要对运输车进行定位测速以实现在运动中完成维护。常用的进行定位的方法如下：(1)如轨道运输车运动是通过轮子滚动实现的，可以将转过的角度进行换算从获得其位移，但是通过这种方法实现较为准确地定位还有诸多问题，如所获得的位移是通过换算得到的而不是直接通过测量获得的存在由滑动引起的误差，难以通过所获得的位移实现定位等；(2)直接测量技术，如采用光栅尺进行直接的位移测量能够获得很高的精度，但是其价格较为昂贵经济性不好同时其尺寸一般都较小不能实现较大尺度的位移测量定位，因此也难以应用在对运输车的定位上。常用的测速方法如下：(1)如将转速通过换算得到速度；(2)使用激光进行直接测速，使用激光进行直接测速有着广泛的应用，这种方法一般可以对任意物体进行测速，但是同时也因为适用于各种物体造成精度有所损失，如使用一组传感器的测速仪最准确的测速位置应是位于物体正前方，但是在使用绝不可能将测速仪布置在运输车正前方只能位于侧前方使所测得的物体速度有所误差。两组传感器的测速装置也因两组传感器检测的不是同一位置测得的速度也有误差，并且不能实时获得速度。
3.为解决上述问题，本技术设计一种旁置式的定位测速装置，在只需要对一特定的物体进行定位测速时可以较为准确的实时获得其位置和速度。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种旁置式激光测速定位装置，解决了现有技术定位方法定位不准确，测速方法不能实时获得速度的问题。
5.本实用新型所采用的技术方案是，一种旁置式激光测速定位装置，包括测速尺、检测机构和恒流电源，测速尺设置于被检测物上，检测机构设置于待测点，检测机构包括激光发射器、光电传感器、信号处理电路及单片机；激光发射器和光电传感器均与测速尺相对设置，激光发射器、光电传感器、信号处理电路及单片机直接均通过信号连接。
6.本实用新型的特点还在于，
7.测速尺贴在被检测物体上。测速尺包括与被检测物体贴合的黑色衬底，黑色衬底上均匀设置有反光贴片，每两个相邻反光贴片之间距离相同。
8.激光发射器和光电传感器设置于测速尺相同一侧，光电传感器与测速尺垂直设置以保证检测效果。
9.测速尺设置于被检测物体顶部。
10.测速尺包括黑色底板，黑色底板上均匀开设有条形孔，每两个相邻条形孔之间距离相同。
11.激光发射器与光电传感器分别设置于测速尺的两侧，光电传感器与测速尺垂直设
置，同时保证激光发射器与光电传感器同轴设置。
12.检测机构还包括辨向电路，辨向电路分别与信号处理电路和单片机通过信号连接。
13.激光发射器和光电传感器的设置数量相同且均不少于2个，每两个相邻激光发射器之间及每两个相邻光电传感器之间的距离均为1/2反光贴片或条形孔的宽度。
14.本实用新型的有益效果是：本实用新型的旁置式激光测速定位装置通过设置辨向电路，及使用能够定位的单片机，可以直接进行测速定位，避免了使用间接定位装置引入不必要的误差，同时避免了现有技术中的一组传感器的测速仪布置在运输车侧前方使所测得的物体速度不准确的问题，对于炉渣运输车可以进行持续的测量速度并进行定位，能够较好地实现在不停车的情况下对运输车翻斗的喷涂维护。
附图说明
15.图1是本实用新型一种旁置式激光测速定位装置采用反射式测速尺的结构示意图；
16.图2是本实用新型一种旁置式激光测速定位装置采用透射式测速尺的结构示意图；
17.图3是本实用新型一种旁置式激光测速定位装置的测速流程图；
18.图4是本实用新型一种旁置式激光测速定位装置采用反射式测速尺的测速原理图；
19.图5是本实用新型一种旁置式激光测速定位装置采用透射式测速尺的测速原理图；
20.图6是本实用新型一种旁置式激光测速定位装置的定位流程图；
21.图7是本实用新型一种旁置式激光测速定位装置所采用的测速软件流程图；
22.图8是本实用新型一种旁置式激光测速定位装置所采用的定位软件的流程图；
23.图9是本实用新型一种旁置式激光测速定位装置所采用辨向电路原理图。
24.图中，1.测速尺，2.检测机构，3.激光发射器，4.光电传感器，5.信号处理电路，6.恒流电源，7.单片机，8.黑色衬底，9.反光贴片，10.黑色底板，11.条形孔，12.辨向电路。
具体实施方式
25.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
26.本实用新型的一种旁置式激光测速定位装置，如图1、图2及图3中所示，一种旁置式激光测速定位装置，包括测速尺1、检测机构2和恒流电源6，测速尺1设置于被检测物上，检测机构2设置于待测点，检测机构2包括激光发射器3、光电传感器4、信号处理电路5及单片机7；激光发射器3和光电传感器4均与测速尺1相对设置，激光发射器3、光电传感器4、信号处理电路5及单片机7直接均通过信号连接。
27.如图1所示，测速尺1贴在被检测物体上。测速尺1包括与被检测物体贴合的黑色衬底8，黑色衬底8上均匀设置有反光贴片9，每两个相邻反光贴片9之间距离相同。激光发射器3和光电传感器4设置于测速尺1相同一侧，光电传感器4与测速尺1垂直设置以保证检测效果。
28.如图2所示，测速尺1设置于被检测物体顶部，保证条形孔11不被遮挡。测速尺1包括黑色底板10，黑色底板10上均匀开设有条形孔11，每两个相邻条形孔11之间距离相同。激光发射器3与光电传感器4分别设置于测速尺1的两侧，为保证检测效果良好，光电传感器4与测速尺1垂直设置，同时保证激光发射器3与光电传感器4同轴设置。
29.如图4及图5中及图6中所示，检测机构2还包括辨向电路12，辨向电路12分别与信号处理电路5和单片机7通过信号连接。
30.单片机7的型号为stm32f103zet6。
31.定位时，激光发射器3和光电传感器4的设置数量相同且均不少于2个，每两个相邻激光发射器3之间及每两个相邻光电传感器4之间的距离均为1/2反光贴片9或条形孔11的宽度。
32.为了保证更好的测速定位效果，在使用反射式测速尺1时，激光发射器3和光电传感器4捆绑在支架上使用，捆绑在一个支架上使用的激光发射器3和光电传感器4为一组，同一组的激光发射器3发射的激光被同组的光电传感器4接收；在使用透射式测速尺1时，激光发射器3与光电传感器4同轴设置，同轴设置的激光发射器3和光电传感器4为一组，同一组的激光发射器3发射的激光被同组的光电传感器4接收；激光发射器3采用点状激光发射器，每个激光发射器3发射的点状激光被与其对应的光电传感器4接收。多组激光发射器3平行设置，多组光电传感器4平行设置。
33.本技术中各部件的功能如下：
34.恒流电源6用于给激光发射器3供电，激光发射器3输出功率容易受到电流变化影响，一般情况下电路中其他用电器的启停会导致电路中电流大小不稳定，因此使用单独的恒流电源6为激光发射器3供电，以保证其能够免于电路波动的影响。
35.激光发射器3用于发射作为检测信号的激光；测速尺1用于反射激光发射器3发射的激光；信号处理电路5用于对光电传感器4输出的电信号进行放大、滤波、整形使其成为良好的矩形波信号，从光电传感器4获得的电信号需要经过功率放大，使信号强度足够以便在后续处理中使用，需要将放大过的信号进行低通滤波过滤掉信号中的高频干扰，最后将使用整形电路进行整形从而获得较为良好的矩形波信号；单片机7接收信号处理电路5或辨向电路12传送的矩形波并进行计算处理最终显示测定的位置和速度。
36.本技术要求保护的一种旁置式激光测速定位装置至少包括以下四个具体实施方式：
37.实施例1
38.一种旁置式激光测速定位装置，采用反射式的测速尺1，包括测速尺1、检测机构2和恒流电源6，测速尺1贴在被检测物体上，检测机构2设置于待测点，检测机构2包括激光发射器3、光电传感器4、信号处理电路5及单片机7；激光发射器3和光电传感器4设置于测速尺1相同一侧，光电传感器4与测速尺1垂直设置，激光发射器3、光电传感器4、信号处理电路5及单片机7之间均通过信号连接。
39.反射式测速尺1包括与被检测物体贴合的黑色衬底8，黑色衬底8上均匀设置有反光贴片9，每两个相邻反光贴片9之间距离相同。
40.上述实施例1中方案主要用于测速，采用的激光发射器3为点状激光发射器。
41.实施例2
42.一种旁置式激光测速定位装置，采用透射式的测速尺1，包括测速尺1、检测机构2和恒流电源6，测速尺1设置于被检测物体顶部，检测机构2设置于待测点，检测机构2包括激光发射器3、光电传感器4、信号处理电路5及单片机7；激光发射器3和光电传感器4均与测速尺1相对设置，激光发射器3、光电传感器4、信号处理电路5及单片机7之间均通过信号连接。
43.透射式测速尺1包括黑色底板10，黑色底板10上均匀开设有条形孔11，每两个相邻条形孔11之间距离相同，激光发射器3与光电传感器4分别设置于测速尺1的两侧，光电传感器4与测速尺1垂直设置，同时保证激光发射器3与光电传感器4同轴设置。
44.上述实施例2中的方案主要用于测速，采用的激光发射器3为点状激光发射器。
45.实施例3
46.一种旁置式激光测速定位装置，采用反射式的测速尺1，包括测速尺1、检测机构2和恒流电源6，测速尺1贴在被检测物体上，检测机构2设置于待测点，检测机构2包括激光发射器3、光电传感器4、信号处理电路5、辨向电路12及单片机7；激光发射器3和光电传感器4均与测速尺1相对设置，激光发射器3、光电传感器4、信号处理电路5、辨向电路12及单片机7之间均通过信号连接。
47.反射式测速尺1包括与被检测物体贴合的黑色衬底8，黑色衬底8上均匀设置有反光贴片9，每两个相邻反光贴片9之间距离相同，激光发射器3光电传感器4设置于测速尺1相同一侧，并与反光贴片9相对设置。
48.为了物体运动时分辨出其移动方向，使用2个平行设置的激光发射器3和2个平行设置的光电传感器4，使2个激光发射器3及2个光电传感器4之间的距离均为1/2个反光贴片9的宽度，保证2个光电传感器4产生的信号在相位上相差1/4个周期。这样就可以判断出物体移动的方向，辨向电路12的逻辑电路图如图9所示。当向左运动时右边的光电传感器4比左侧的光电传感器4先感光超前1/4向右运动时则相反，由此可以实现物体运动方向的辨别。
49.上述实施例3中的方案主要用于定位，采用的激光发射器3为点状激光发射器。
50.实施例4
51.一种旁置式激光测速定位装置，采用透射式的测速尺1，包括测速尺1、检测机构2和恒流电源6，测速尺1设置于被检测物体顶部，检测机构2设置于待测点，检测机构2包括激光发射器3、光电传感器4、信号处理电路5、辨向电路12及单片机7；激光发射器3和光电传感器4均与测速尺1相对设置，激光发射器3、光电传感器4、信号处理电路5、辨向电路12及单片机7之间均通过信号连接。
52.透射式测速尺1包括黑色底板10，黑色底板10上均匀开设有条形孔11，每两个相邻条形孔11之间距离相同，激光发射器3与光电传感器4分别设置于测速尺1的两侧，光电传感器4与测速尺1垂直设置，同时保证激光发射器3与光电传感器4同轴设置。
53.为了物体运动时分辨出其移动方向，使用2个平行设置的激光发射器3和2个平行设置的光电传感器4，使2个激光发射器3及2个光电传感器4之间的距离均为1/2个条形孔11的宽度，保证2个光电传感器4产生的信号在相位上相差1/4个周期。这样就可以判断出物体移动的方向，辨向电路12的逻辑电路图如图9所示。当向左运动时右边的光电传感器4比左侧的光电传感器4先感光超前1/4向右运动时则相反，由此可以实现物体运动方向的辨别。
54.上述实施例4中的方案主要用于定位，采用的激光发射器3为点状激光发射器。
55.本实用新型采用反射式测速尺的测速原理如下：测速基本过程如图3所示，将恒流电源6作为激光发射器3的供电设备，使激光发射器3能够发射出稳定持续的激光照射在测速尺1上。将测速尺1设置在被检测物上使之成为一体，从而能够实时测出物体的运动速度。测速原理如下：当测速尺1随着物体前进时，激光照射点从黑色衬底8上运动到了反光贴片9上，使光线反射到达光电传感器4，利用测速尺1上的反光贴片9的不连续的反射激光将被检测物的运动信息转换为电信号，同时由于反光贴片9使用回归反光材料制成可以使激光基本沿原路线返回。光电传感器4将电信号传输到信号处理电路5，经信号处理电路5放大、滤波、整形使其成为良好的矩形波信号，单片机7接收信号处理电路5反馈的矩形波信号并进行速度计算，最终将计算的速度数据在相应的显示器上显示。
56.本实用新型采用透射式测速尺的测速原理：测速基本过程如图3所示，透射式测速尺1的测速原理如下：当测速尺1跟随被测物体运动，激光照射在黑色底板10上时光电传感器4接收的激光就会被阻断，当被检测物体移动激光照射位置从黑色底板10移动到条形孔11处光电传感器4重新感光，利用测速尺1对激光的不连续遮挡产生类似矩形波的信号将被检测物体的运动信息转化为电信号，光电传感器4将电信号传输到信号处理电路5，经信号处理电路5放大、滤波、整形使其成为良好的矩形波信号，单片机7接收信号处理电路5反馈的矩形波信号并进行速度计算，最终将计算的速度数据在相应的显示器上显示。
57.速度数据的计算原理如下：将信号处理电路5反馈的矩形波作为信号输入单片机7进行处理，利用获得的时间t和反光尺参数s通过式v＝s/t计算出速度数值并在相应的显示器上显示出来，测速信号处理流程图如图7所示。首先对系统进行初始化保证各接口处于正常电位并清空内存。再将信号输入进行决策，在矩形波的上升沿触发计时器计时下降沿停止计时器并输出时间t。再运用子程序进行计算得出速度显示在数码管上完成测速过程。
58.定位基本过程如图6所示：以实施例3中的方案为例进行说明：方案包括了激光发射器3、光电传感器4、信号处理电路5、辨向电路12及单片机7。实现定位的基本流程如下：恒流电源6作为激光发射器3的供电设备，使激光发射器3能够发射出稳定持续的激光照射在测速尺1上，使用2个平行设置的激光发射器3和2个平行设置的光电传感器4，使2个激光发射器3及2个光电传感器4之间的距离均为1/2个反光贴片9的宽度，每一个激光发射器3对应一个光电传感器4接收激光信号，保证2个光电传感器4产生的信号在相位上相差1/4个周期，光电传感器4将接收的激光信号转换为电信号，发送给信号处理电路5并经信号处理电路5处理后传送到辨向电路12，经辨向电路12分辨运动方向。最终经单片机7处理输出坐标信息，确定车辆的具体位置。
59.实行定位基本原理如下：该定位方法主要是使用光电传感器检测测速尺上有多少个反光片或方孔经过进而实现定位。以反射式为例进行阐述。利用反射式测速尺1上的反光贴片9不连续的反射激光，将被检测物的运动信息转换为电信号。当测速尺1随着物体前进时，激光照射点在测速尺1上移动到达反光片时光线就会被反射到达光电传感器4，直到这个反光贴片完全通过激光照射点，则激光照射点从反光贴片9移动到黑色衬底8上，光电传感器4不再感光便完成了对一个反光贴片9的检测。
60.定位信号处理基本流程如图8所示：实现定位首先需要检测是否存在上升沿信号作为定位的起始位置，接着记录所获得的信号中上升沿的个数每一个上升沿代表一个反光贴片9或条形孔11，检测出光电传感器4移动过了多少个反光贴片9或条形孔11从而得出物
体移动的距离，当上升沿个数达到限定的个数时则代表所检测物体已经通过。由于运输车在运动中是不可能一直是单向运动，因此还需要对运输车的移动方向进行辨别。使用辨向电路对运输车移动方向进行辨别。辨向原理如下所述：若右边的光电传感器4比左边的光电传感器4先感光则从右侧获得的信号比从左侧信号在相位上超前1/4个相位，通过辨向电路就可分辨出运动物体向左运动，反之则向右运动，由此可以实现物体运动方向的辨别。当运输车正向运动时因无需对其进行维护通过辨向电路12输出负的的脉冲个数代表无需动作，当运输车回程时辨向电路12输出正的的脉冲数量进行实时定位。