Atmega128单片机新型炮口测速方法的设计与实现(4)
图1.3利用PCI9052 接口芯片设计的弹丸测速卡
1.4.3 霍尔传感器测速系统的设计
传感器与传感技术应用非常广泛, 已经渗透到家居、农业、工业、医学、军事、环保、交通等各行各业, 对系统的自动化程度和测控质量起着重要的作用。霍尔传感器是常用传感器的一种, 具有感受磁场的独特能力, 电路结构简单、噪声小、体积小、动态范围大、频率范围宽、寿命长等优点。可以用磁场作为被检测信息的载体, 在测量技术中, 将位移、力、加速度、角度、角速度、转速等非电、非磁物理量转换为电量。
霍尔传感器可以测量的物理参数有磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。在电机控制系统中,测速电路是其中具有代表性的实例之一。系统主要由传感器实验台、直流稳压电源、传感器、直流电机和信号处理电路模块组成（如图1.4）。其工作原理如图1.5所示，测速电路可以分为信号拾取、信号处理和显示电路三个部分。
图1.4 霍尔传感器测速系统的设计
图1.5 霍尔传感器测速系统的工作原理
1.4.4 基于光电信号转换原理与单片机的弹丸测速系统
其工作原理是在弹丸发射后， 弹丸通过身管穿过传感器探头，当弹丸穿过激光源的光束时光敏传感器无法感光，通过光电转换电路的处理， 会产生一个电压脉冲信号，其中第一个脉冲信号为触发信号，触发数据电路开始计时，第二个脉冲则触发数据电路计时结束。这两个脉冲信号之间的间隔时间就可算出弹丸的初速。
图1.6基于光电信号转换原理与单片机的弹丸测速系统
（1- 身管； 2-弹丸； 3-激光源； 4-光敏传感器； 5-测速探头；6-激光束）
据此测速原理，设计并完成的测速系统具有以下功能：根据靶距利用单片机计数定时、中断和运算功能，实时计算和显示弹丸的平均速度，全部测试工作完成后，可按需要打印各次速度及平均速度。系统由信号产生和信号处理两部分组成。测试时，信号产生部分将激光束强度的变化转变为电压的变化，此信号经过预处理电路整形，产生脉冲信号直接输入单片机的外部中断引脚。单片机记下子弹穿过两道光幕的时间，根据两极光源之间的距离，由单片机算出弹丸速度。
图1.7光电转换电路
1.5 本文研究内容和拟解决的关键问题
1) 本课题主要研究利用AVR单片机以及接近开关传感器设计出一个弹丸炮口测速系统。包括软件设计和硬件电路设计两方面。所以，首先对测速原理进行研究，并AVR单片机的工作原理提出一种可行的系统方案。将系统按各个主要模块分配一下，，各模块分别实现功能，最后实现系统的整体功能。
2) 设计系统的硬件电路图，绘制硬件电路PCB板。以核心器件Atmega128为控制中心，分配好各I/O口的功能，主要有下载口，捕捉功能口，和四位数码管显示的输出口。
3) 利用软件AVR Studio 4对系统进行软件编程，并且逐模块对单片机进行调试。以确保实现预想的功能。
4) 对硬件进行焊接调试。加工完成电路板，购买相应电子元器件以及重要的器件接近开关传感器。对电路板进行焊接调试，通过下载口与计算机相连，将程序读入单片机逐步单步调试确保每一步运行的准确性。然后对程序进行优化，增强程序的可读性。
5) 进行系统进行实际的实验。首先手工测验传感器效果及速度的准确性（利用示波器），然后做炮口近距离测速实验（利用霍普金森杆），验证系统的可行性。
6) 本课题要解决的关键问题有两个主要方面，首先接近开关传感器能否在弹丸高速运行下精确采集到触发信号，再次，系统在实际测速中对时间节点采集的准确性。据国内外现状看来暂时还没有出现利用接近开关传感器测速的系统装置，所以要首先解决这个方法的可行性，故采用霍普金森杆进行实验以对其改进，设计出的产品是否能准确的测出速度也是此次毕业设计的成败关键，故利用示波器进行信号同步采集实验验证。