CN107390602A - 一种物体运动检测系统及监控器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种物体运动检测系统及监控器。该检测系统包括单片机以及与单片机连接的鼠标光电传感器，该鼠标光电传感器包括传感芯片、光源和透镜。在鼠标光电传感器的光源回路中以串联方式增加了光耦的发光二极管以截获电流的变化或用光敏三极管感受光源发出的光照度，从而在光耦或光敏三极管输出端获得一个开关信号来判断物体的运动与否。本发明以开关量信号取代了传感器原有的以PS/2或USB通讯传送物体运动信息的模式，使传感器获得了新的应用。本发明抗干扰力强、信号单一，软件处理方便；对检测方向不敏感，但对物体的运动比串口通讯方式更为敏感；不受PS/2接口即将淘汰的局限；开关信号可实现远距离传输，更适合工业应用。

Description

一种物体运动检测系统及监控器

技术领域

本发明涉及一种检测系统及装置，特别涉及一种物体运动检测系统及监控器。

背景技术

现有的鼠标光电传感器由传感芯片、光源(LED或激光，以下以LED为例)和透镜组成。其工作原理是：传感芯片、光源和透镜以一定几何关系放置，当其光源的光束照射到物体表面后会反射到传感器的检测窗口，传感器的光敏器件感知物体表面图像并对图像的变化进行检测，通过图像变化获得传感器与物体表面的相对位移信息。该位移信息通过PS/2或USB串口通讯传送至电脑并经过数据处理后实现了显示界面中的光标随鼠标同步移动。传感器感知的信息也可以传送给单片机或PLC作处理与应用。《光电鼠标芯片组在无接触检测运动物体中的应用》，电子技术论坛，林邓伟、邢文生，公开了一种利用光电鼠标芯片检测物体运动的方法，但由于受到PS/2接口的限制，这种检测方法具有信号不单一，抗干扰能力弱，不能能远距离传输，软件处理不方便的缺点，另外，该检测方法对检测方向敏感，但对物体的运动较为不敏感。

钢带辊压成型机(下简称设备)用来将平板钢带加工成五金件所需的型钢。设备主要由数对或十数对上下配对的成型压辊组成，由电机驱动这些压辊对作同步旋转。设备如图1所示。当厚度0.5-1.5毫米、宽度5cm-15cm的钢带通过设备后，平面状的钢带就逐步挤压成所需的型钢。连续辊压的成型钢带在设备末端经过定长剪断，获得设定长度的型钢段。设备由PLC控制，有手动和自动两种工作状态：手动状态可以点动操作设备各个动作，用于原料进入、进给调试等操作；自动状态是生产线正常工作状态，钢带连续辊压成型并定长剪断。由于钢带原料及设备原因，处于压辊中间的成型或半成型的型钢会偶然“阻塞”在压辊对中，造成设备故障。钢带“阻塞”故障发生时，进料端的平板钢带会因压辊的进给动力继续进入压辊对，而“阻塞”部位又不能进给，因此，平板钢带就在压辊对之间堆积、卷曲，不仅造成费料，而且会使压辊受损，生产线停止工作。“阻塞”故障使生产线停产、设备受损，影响了产量，造成效益损失。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种物体运动检测系统，本发明还提供一种能够及时发现“阻塞”并及时停机处理的物体运动监控器。

本发明的技术方案如下：

一种物体运动检测系统，包括单片机以及与单片机连接的鼠标光电传感器，所述鼠标光电传感器包括传感芯片、光源和透镜。在所述鼠标光电传感器的光源回路中以串联方式增加了光耦的发光二极管以截获电流的变化或用光敏三极管感受光源发出的光照度，从而在输出端获得一个开关信号来判断物体的运动与否。本发明以开关量信号取代了鼠标光电传感器原有的以PS/2或USB通讯传送物体运动信息的模式，使鼠标光电传感器获得了新的应用。鼠标光电传感器能以非接触方式检测出物体静止与运动状态，价格便宜。

作为本发明的进一步改进，所述开关信号为：当鼠标光电传感器与物体没有相对运动时，开关量是频率恒定的方波；当鼠标光电传感器与物体存在相对运动时，开关量是持续的高电平，并且与物体运动快慢无关。

作为本发明的进一步改进，在所述鼠标光电传感器的光源回路中串入一个所述的光耦的二极管。

作为本发明的进一步改进，在鼠标光电传感器的光源回路中串入两个所述的光耦的二极管，并将其输出光敏三极管并联使用。

本发明还提供一种物体运动监控器，包括上述的物体运动检测系统，还包括与单片机连接的外部设备PLC通信端、继电器，所述监控器从外部设备PLC获得运行状态信息，所述继电器用于根据监控器的信息向外部设备PLC发出停止运行命令使外部设备停止工作。

作为本发明的进一步改进，所述外部设备为钢带辊压成型机，所述鼠标光电传感器安装在成型机最后一对压辊后，剪断工序前的位置，不断检测钢带运动状态，当钢带意外停止运动时，监控器通过继电器发出停止自动运行命令使设备停止自动工作。

作为本发明的进一步改进，当钢带意外停止运动时，监控器持续检测十数次，直到确认钢带静止再发出停止自动运行命令。

本发明的有益效果如下：

本发明以开关量信号取代了鼠标光电传感器原有的以PS/2或USB通讯传送物体运动信息的模式，使鼠标光电传感器获得了新的应用。本发明物体运动检测系统的开关量检测具有信号单一、抗干扰强、能远距离传输和软件处理方便的优点。开关量信号对检测方向不敏感，但对物体的运动比串口通讯方式更为敏感。开关量运动检测可以采用各种鼠标传感器，更可以采用新型鼠标传感器，不受PS/2接口即将淘汰的局限。相比于PS/2和USB通讯模式，开关信号可以传输10米或更远的距离，更适合工业应用。本发明的物体运动监控器利用物美价廉的传感器和单片机，具有可靠性高、经济耐用和成本低的优点。

附图说明

图1是钢带辊压成型机原理示意图。

图2是斜射型鼠标光电传感器的工作原理图。

图3是传感器与待检测物体距离示意图。

图4是监控原理图。

图5是传感器等器件与单片机电路连接图。

图6是监控器面板示意图。

图7是单一光耦接入光源LED电路。

图8是双光耦接入光源LED电路。

图中：1、钢带卷；2、平板钢带；3、成型压辊；4、成型钢带；5、定长剪断位置；6、LED；7、传感器；8、物体表面；9、检测窗口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一

本实施例提供一种物体运动检测系统。

现有传感器为了省电，传感器设计了上电复位后有两种状态：“待机”和“工作”。传感器在与物体无相对运动时，其光源LED是处于低电流的“待机”状态，此时，光源LED发光较弱。一旦传感器与物体之间有相对运动，传感器芯片马上增大给光源的供电电流，进入正常“工作”状态，此时，光源LED发光变强。工作电流比待机电流大一倍以上(例如12mA对5mA)。利用传感器待机与正常工作时其光源LED不同的供电状态可以获得1个开关量信号，用之可以实现物体运动的检测。利用传感器两种状态的供电不同这一特性，在传感器光源回路中串接光耦的二极管(或用一个光敏三极管感受光源LED发出的光照度)就可以在光耦的输出端获得一个与物体静止与运动直接相关的开关信号来判断物体(可以检测多种材质、颜色的物体表面)的运动与否。该开关信号具体是：当传感器与物体没有相对运动时，开关量是频率恒定的方波(例如，频率为105Hz的方波)；当传感器与物体存在相对运动时，开关量是持续的高电平，并且与物体运动快慢无关。获得的开关量信号可以供单片机、PLC或电脑处理利用。

在传感器的光源LED回路中串入一个光耦的二极管后的电路如图7所示。传感器待机时，用数字表测出光耦输出端的光敏三极管为高阻；传感器正常工作时，输出端有约2.2K电阻，形成一个开关信号。加入电阻R后就可以获得一个开关量输出。

为了提高开关信号的电平幅度，还可以在光源LED回路中串入两个光耦的二极管，而将其输出光敏三极管并联使用。如图8所示。电阻R的值需要根据传感器电路参数作适当调整，以使开关信号满足单片机输入要求。

本实施例中，上述传感器优选为鼠标光电传感器。鼠标光电传感器可实现非接触式检测，以实现无磨损、可靠检测。当检测对象是背景技术中钢带辊压成型机的钢带时，由于钢带是宏观均质、均色、形状一致的材料，比较各种可能的检测方法，要可靠地检测钢带运动，采用鼠标光电传感器(下简称传感器)是最佳方案。试验结果表明，鼠标光电传感器能以非接触方式可靠地检测钢带干燥表面、水湿表面和积水表面的运动。甚至传感器检测窗口溅入清水后其性能也不受影响。传感器尺寸小，安装方便；经密封处理后可防尘防水，能够适应设备工作环境。

本实施例中，优选斜射型鼠标光电传感器。检测试验发现：针光型虽然检测窗口小(直径6mm)但是性能不稳定，即窗口尺寸与固定造成检测距离不易一致；而斜射型，原理如图2所示，LED6发出的光经过待测物表面反射后照射到传感器7上，虽然窗口较大(椭圆8×11mm)，但是性能稳定，成本低。

检测距离：经过试验，如图3所示，物体表面8反射的光穿过检测窗口9照射到传感器7上，传感器平面与物体平面的间距S，可以在0.1mm至3mm之间，最佳距离为2mm±0.5mm。物体被检测平面尺寸应大于传感器的检测窗口，即应大于8×11mm。

实施例二

本实施例提供一种物体运动监控器。本实施例中的外部设备仅以钢带辊压成型机为例进行说明。钢带辊压成型机的结构如图1所示，包括钢带卷1、平板钢带2、成型压辊3、成型钢带4、定长剪断位置5。

监控器原理如图4所示。以单片机和专用软件为核心，从设备PLC获取必要信号(例如，监控器从设备PLC获得两个信号，1设备“自动运行”按钮信号、2设备“停止自动运行”按钮信号)，配合传感器检测钢带运动的信息，进行监控。设备在自动工作状态下，如果钢带意外停止运动，监控器就通过继电器发出停止自动运行命令使设备停止自动工作。

监控器安装及使用方法如下：

传感器安装在设备最后一对压辊后，剪断工序前的位置，即，在型钢成型后与剪断工序之间安装传感器并按照设计与设备PLC进行信号连接。工作时，传感器不断检测钢带运动，只有当设备处于自动挡、自动运行状态且出现钢带运动停止时，监控器才发出停机信号，使设备停止自动运行；而设备在其他状态时监控器不起作用。监控器面板上的开关拨向下时，监控器同样不起作用。

本实施例中，监控器面板的优选实施方式如图6所示。面板上部分有4个LED指示各种状态。右上有1个监控乒乓开关。面板下部有10个接线端子，分别连接传感器、PLC信号和电源。监控器通电后，电源LED亮，单片机软件开始运行，传感器不断检测钢带运动状态，并根据设备状态进行监控。当乒乓开关拨向上时，监控LED发亮。当设备“自动运行”按钮按动后，自动LED发亮；当设备“停止自动运行”按钮按动后，“自动运行”LED熄灭。当钢带运动时，检测LED发亮，钢带停止运动时该LED熄灭。检测LED在钢带速度慢时为闪动，钢带速度快时为长亮。只要监控器通电，传感器就不断地检测钢带运动。只有当“监控”LED和“自动”LED同时发亮时，监控器才对设备进行监控。监控乒乓开关向上拨时启动监控，向下拨时停止监控，“监控”LED和“自动”LED熄灭，即监控器不会向设备发出停止自动运行命令。

作为本实施例的进一步改进：

1、监控器在设备自动按钮按下，开始监控后的前5秒钟只是检测并不实际控制设备，目的是等待钢带从静止到稳定运动状态。

2、监控时，如钢带意外停止运动，监控器会继续检测十数次，直到确认钢带静止才发出停止自动运行命令。此功能还可保证钢带运动有瞬间停止或抖动时监控器不会误发停止自动运行命令。

3、监控器有效工作时，设备进料端设置的“无料”限位开关功能可以省略。这是因为当钢带末端移出最后一对压辊时，成型钢带将失去进给动力而停止运动，这时，监控器将使设备停止自动运行。

实施例三

本实施例提供一种传感器等器件与单片机的电路连接方式。本实施例中，单片机优选采用价廉物美的STC89c52。

传感器等器件与单片机按照如图5所示的电路图连接。单片机采用了价廉物美的STC89c52，并在硬件装配时使用了购买的最小开发板；设备PLC信号通过521光耦接入，T1跳线、K1开关信号则直接接入单片机P0口的0-3位，由于开发板的P0口已接1K上拉电阻，因此不用再接上拉电阻，传感器接至P2口的6-7位，指示用LED用P1口的0-3位，继电器驱动也用P1口，由于1位输出的驱动电流不够，因此采用2位同时输出驱动继电器，输出位都采用灌电流方式，以获得最大驱动电流；借用设备PLC输出的24V电源通过三端稳压器7805转换成89c51所需的5V电源，由于7805要求输入电压为9-15V，最高35V，因此串接5个整流二极管以降低7805的输入电压，减少其发热；软件采用查询方式进行检测和控制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种物体运动检测系统，包括单片机以及与单片机连接的鼠标光电传感器，所述鼠标光电传感器包括传感芯片、光源和透镜，其特征在于：在所述鼠标光电传感器的光源回路中串接光耦的发光二极管以截获电流的变化或用光敏三极管感受光源发出的光照度，从而在光耦或光敏三极管的输出端获得一个开关信号来判断物体的运动与否。

2.根据权利要求1所述的一种物体运动检测系统，其特征在于：所述开关信号为：当鼠标光电传感器与物体没有相对运动时，开关量是频率恒定的方波；当鼠标光电传感器与物体存在相对运动时，开关量是持续的高电平，并且与物体运动快慢无关。

3.根据权利要求1所述的一种物体运动检测系统，其特征在于：在所述鼠标光电传感器的光源LED回路中串入一个所述的光耦的二极管。

4.根据权利要求1所述的一种物体运动检测系统，其特征在于：在鼠标光电传感器的光源回路中串入两个所述的光耦的二极管，并将其输出光敏三极管并联使用。

5.一种物体运动监控器，其特征在于：包括权利要求1-4中任意一项所述的物体运动检测系统，还包括与单片机连接的外部设备PLC通信端、继电器，所述监控器从外部设备PLC获得运行状态信息，所述继电器用于根据监控器的信息向外部设备PLC发出停止运行命令使外部设备停止工作。

6.根据权利要求5所述的一种物体运动监控器，其特征在于：所述外部设备为钢带辊压成型机，所述鼠标光电传感器安装在成型机最后一对压辊后，剪断工序前的位置，不断检测钢带运动状态，当钢带意外停止运动时，监控器通过继电器发出停止自动运行命令使设备停止自动工作。

7.根据权利要求6所述的一种物体运动监控器，其特征在于：当钢带意外停止运动时，监控器持续检测十数次，直到确认钢带静止再发出停止自动运行命令。