本實(shí)用新型涉及一種摸高器，尤其涉及一種非接觸光式電子摸高器，屬于體育器材領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，市場上使用的電子摸高器比較多，大部分用的都是觸摸條傳感器。這種傳感器采用觸摸壓電傳感原理，當(dāng)觸摸到傳感器時(shí)，傳感器的自身電阻或電容改變，從而引起輸出電壓的變化，該電壓通過后續(xù)處理，最終得出結(jié)果。該類傳感器由于感應(yīng)觸摸時(shí)自身屬性的改變導(dǎo)致相應(yīng)速度較慢。另外，由于人縱跳摸高到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)，不一定能達(dá)到傳感器能響應(yīng)的觸摸力度，這樣，測試值會(huì)有低于實(shí)際跳高值的可能，導(dǎo)致測試準(zhǔn)確率不夠高。并且，由于其測試方式為觸摸擊打，產(chǎn)品壽命會(huì)受到一定影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有觸摸條傳感器電子摸高器存在的問題，提供一種反應(yīng)速度快，準(zhǔn)確率高的非接觸光式光電子摸高器。

本實(shí)用新型的非接觸光式光電子摸高器，包括包括固定底座、高度可調(diào)的支撐桿及設(shè)置在支撐桿上的支撐架；在支撐架的兩側(cè)分別設(shè)置有紅外激光發(fā)射器、光電傳感接收器；在支撐架對應(yīng)紅外激光發(fā)射器的一側(cè)安裝有摸高顯示器；紅外激光發(fā)射器、光電傳感接收器及摸高顯示器通過數(shù)據(jù)線連接光電對射傳感控制系統(tǒng)；所述光電對射傳感控制系統(tǒng)包括單片機(jī)，紅激光發(fā)射電路，光電接收電路，EEPROM存儲器，復(fù)位電路，鍵盤，LED顯示電路及電源電路組成；其中紅外激光發(fā)射電路、光電傳感接收電路用于檢測摸高時(shí)被遮擋的光電傳感器，EEPROM存儲器用來存儲設(shè)置參數(shù)，LED顯示器顯示摸高高度，鍵盤接收用戶命令并處理，復(fù)位電路強(qiáng)制單片機(jī)恢復(fù)到確定的初始狀態(tài)。

所述紅外激光發(fā)射電路采用555方波振蕩電路。

所述光電傳感接收電路由光電傳感器、放大電路、傳感器通道選擇、信號檢測電路和鎖相環(huán)電路組成；光電管傳感器接收到的弱電流激光信號通過放大電路將光電傳感器管輸出的光電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，同時(shí)對輸出信號進(jìn)行放大，再通過模擬開關(guān)CD4051選擇信號進(jìn)入鎖相環(huán)電路，鎖相環(huán)電路接收到的頻率經(jīng)信號檢測電路檢波，符合要求的信號輸出狀態(tài)發(fā)生變化，然后由單片機(jī)相應(yīng)端口采集。

其中，光電傳感器采用光電三極管；所述放大電路采用TL084四運(yùn)算放大器，鎖相環(huán)電路采用LM567完成對符合頻率要求的信號的檢波；傳感器通道選擇采用模擬開關(guān)CD4051，信號檢測電路采用單片機(jī)89S52，進(jìn)行信號的檢測、采集、控制及結(jié)果計(jì)算處理。

EEPROM存儲器用來存放一些設(shè)置的參數(shù)，比如可以根據(jù)使用的人群和使用方法設(shè)置一個(gè)固定的起始高度，這個(gè)起始高度設(shè)定好之后就可以存在X25045中，即使儀器電源關(guān)閉，設(shè)置的值也不會(huì)丟失，這樣就不用每次儀器上電使用時(shí)都要設(shè)置起始高度。

復(fù)位電路采用EEPROM存儲器芯片X25045帶的可編程看門狗時(shí)間的復(fù)位電平的復(fù)位電路。

顯示電路為用max7219專用芯片驅(qū)動(dòng)五位LED組成的動(dòng)態(tài)掃描電路，由AT89S51控制max7219輸出相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果。

測試時(shí)，測試者在靠近光電接收器的一邊跳起，用手遮擋在光電接收器前面，就可以完成測試。每次跳高測試時(shí)被遮擋的光電管數(shù)量不是一個(gè)，而是許多個(gè)，根據(jù)要求我們需要采集檢測最高的被遮擋的光電管傳感器位置，軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，由主程序、傳感器信號接收子程序、高度計(jì)算子程序、顯示子程序、鍵盤掃描處理程序等模塊組成。

實(shí)用新型相對現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、反應(yīng)速度快：當(dāng)光敏三極管的PN 結(jié)受到光輻射時(shí)，形成光電流，由此產(chǎn)生的光生電流由基極進(jìn)入發(fā)射極，從而在集電極回路中得到一個(gè)放大了相當(dāng)于β倍的信號電流，具有很大的光電流放大作用，即很高的靈敏度。一般光敏三極管傳感器的響應(yīng)時(shí)間在5-10微妙，加上后續(xù)電路及單片機(jī)控制處理，該儀器總的響應(yīng)速度可以在100毫秒以內(nèi)。另外，接收測試信號采用了光電傳感器，檢測輸出光電流大小，只要有阻擋照射光強(qiáng)，傳感器輸出隨即大幅度改變，通過單片機(jī)采集確定被遮擋最高處傳感器，即可計(jì)算得出摸高結(jié)果。而其它觸摸式傳感器都是通過觸摸后，改變自身的電阻或電容來改變輸出，傳感器響應(yīng)時(shí)間一般在30~50毫秒，遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢于光電傳感器的響應(yīng)時(shí)間，后續(xù)電路處理復(fù)雜，導(dǎo)致整個(gè)儀器響應(yīng)時(shí)間就相對慢。

2、準(zhǔn)確率高：光電感應(yīng)傳感器等距離安裝，只要有阻擋照射光強(qiáng)，相應(yīng)傳感器輸出狀態(tài)改變，不需要接觸傳感器，通過單片機(jī)采集確定被遮擋最高處傳感器，即可得到最后結(jié)果，沒有觸摸式傳感器對傳感器觸摸強(qiáng)度等等因素方面的要求。

3、高度可調(diào)。本實(shí)用新型的支撐架由基礎(chǔ)桿和調(diào)整架組成，支撐桿根據(jù)設(shè)置的起始高度可以相對于基礎(chǔ)桿上下調(diào)節(jié)。摸高器的高度可調(diào)使其具有很廣的使用范圍。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型光電子摸高器的外觀結(jié)構(gòu)圖。

圖2為光電對射傳感控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3為光電對射傳感控制系統(tǒng)的激光發(fā)射電路結(jié)構(gòu)圖。

圖4為光電接收電路的放大電路結(jié)構(gòu)圖。

圖5為光電接收電路的信號檢測電路結(jié)構(gòu)圖。

圖6為光電對射傳感控制系統(tǒng)的顯示電路結(jié)構(gòu)圖。

圖7為光電對射傳感控制系統(tǒng)的電源電路結(jié)構(gòu)圖。

圖8 為光電對射傳感控制系統(tǒng)的復(fù)位電路結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖對本實(shí)用新型的光電子摸高器的外觀結(jié)構(gòu)及電路控制結(jié)構(gòu)及工作原理和使用方法作進(jìn)一步說明。

一、外觀結(jié)構(gòu)

參照圖1，包括固定底座9、高度可調(diào)的支撐桿及設(shè)置在支撐桿上的支撐架11，在支撐架11的兩側(cè)分別設(shè)置有紅外激光發(fā)射器1、光電傳感接收器2；在支撐架對應(yīng)紅外激光發(fā)射器的一側(cè)安裝有摸高顯示器3。 其中，高度可調(diào)的支撐桿由基礎(chǔ)桿6和調(diào)整桿4組成，調(diào)整桿4在基礎(chǔ)桿6的上部，且基礎(chǔ)桿6和調(diào)整桿4通過調(diào)節(jié)螺絲5固定連接；基礎(chǔ)桿6上設(shè)有控制開關(guān)，控制開關(guān)8通過電源線7連接紅外激光發(fā)射器1、光電傳感接收器2及摸高顯示器3；控制開關(guān)8通過數(shù)據(jù)線連接光電對射傳感控制系統(tǒng)10。

紅外激光發(fā)射器用8個(gè)線激光器，確保每個(gè)激光的長度可調(diào)節(jié)達(dá)到8-10厘米，這樣，每個(gè)激光線就可以照射8個(gè)光電接收管，64個(gè)光電接收管總共需要8個(gè)線激光器。

光電傳感接收器為光電接收管，系統(tǒng)共有64個(gè)光電接收管，每厘米高度安裝一個(gè)，可測試范圍為0.64米。

光電對射傳感控制系統(tǒng)對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制并計(jì)算出結(jié)果。

摸高顯示牌用于顯示根據(jù)傳感器位置計(jì)算出的高度。

二、電對射傳感控制系統(tǒng)及電路結(jié)構(gòu)

光電對射傳感控制系統(tǒng)包括單片機(jī)，紅激光發(fā)射電路，光電接收電路，EEPROM存儲器，復(fù)位電路，鍵盤，LED顯示電路及電源電路組成（見圖2）；其中紅外激光發(fā)射電路、光電傳感接收電路用于檢測摸高時(shí)被遮擋的光電傳感器，EEPROM存儲器用來存儲設(shè)置參數(shù)，LED顯示器顯示摸高高度，鍵盤接收用戶命令并處理，復(fù)位電路強(qiáng)制單片機(jī)恢復(fù)到確定的初始狀態(tài)。

1、紅激光發(fā)射電路

可采用555產(chǎn)生占空比一致的方波頻率電路，其電路結(jié)構(gòu)如圖3。

2、光電傳感接收電路

由光電傳感器、放大電路、傳感器通道選擇、信號檢測電路和鎖相環(huán)電路組成；光電管傳感器接收到的弱電流激光信號通過放大電路將光電傳感器管輸出的光電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，同時(shí)對輸出信號進(jìn)行放大，再通過模擬開關(guān)CD4051選擇相關(guān)信號進(jìn)入鎖相環(huán)電路，鎖相環(huán)電路接收到的頻率進(jìn)行檢波，符合要求的信號輸出狀態(tài)發(fā)生變化，然后由單片機(jī)相應(yīng)端口采集。

光電傳感器采用光電三極管。由于該系統(tǒng)使用的光電傳感器數(shù)量比較多，單片機(jī)的I/O口資源有限，所以每8個(gè)傳感器通過模擬開關(guān)連接在一個(gè)I/O口，這樣就可以通過單片機(jī)選擇不同的模擬開關(guān)通道來采集不同傳感器的狀態(tài)。模擬開關(guān)選用CD4051，根據(jù)連接在單片機(jī)上三個(gè)控制信號A、B、C的狀態(tài)，從8路輸入信號中選擇1路信號進(jìn)行后續(xù)的檢測和采集。

放大電路采用TL084四運(yùn)算放大器；其電路結(jié)構(gòu)見圖4。每個(gè)光電接收管都配有一個(gè)這樣的放大電路，在該系統(tǒng)中有64個(gè)接收光電管，所以有64個(gè)放大電路，由16個(gè)四運(yùn)放TL084完成。

鎖相環(huán)電路采用LM567，其內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率為，鎖定帶寬與C3有關(guān)。由于激光發(fā)射驅(qū)動(dòng)頻率為1kHz，調(diào)整相關(guān)元件使鎖相環(huán)的中心頻率為1kHz，這樣鎖相環(huán)LM567只響應(yīng)該頻率的信號，避免了其他頻率信號及自然光的干擾。信號檢測電路采用單片機(jī)89S52，其電路結(jié)構(gòu)見圖5。當(dāng)光電管傳感器接收到激光信號后，通過放大器放大后的信號通過模擬開關(guān)相應(yīng)通道進(jìn)入鎖相環(huán)檢波，如果頻率為1kHz，則從8腳輸出相應(yīng)變化電平送單片機(jī)對應(yīng)端口，單片機(jī)根據(jù)檢測到的端口電平狀態(tài)，計(jì)算出被遮擋的傳感器高度。

3、單片機(jī)、EEPROM存儲器及復(fù)位電路

采用AT89S51單片機(jī)；AT89S51有一個(gè)專用的外部引腳RESET，外部可通過此引腳輸入一個(gè)正脈沖使單片機(jī)復(fù)位。

EEPROM存儲器用來存放一些設(shè)置的參數(shù)，比如可以根據(jù)使用的人群和使用方法設(shè)置一個(gè)固定的起始高度，這個(gè)起始高度設(shè)定好之后就可以存在X25045中，即使儀器電源關(guān)閉，設(shè)置的值也不會(huì)丟失，這樣就不用每次儀器上電使用時(shí)都要設(shè)置起始高度。

本設(shè)計(jì)采用的復(fù)位電路是EEPROM存儲器芯片X25045帶的可編程看門狗時(shí)間的復(fù)位電平的復(fù)位電路，保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。其電路圖8所示。所謂復(fù)位，就是強(qiáng)制單片機(jī)系統(tǒng)恢復(fù)到確定的初始狀態(tài)，并使系統(tǒng)重新從初始狀態(tài)開始工作。

4、顯示電路

顯示電路為用max7219專用芯片驅(qū)動(dòng)五位LED組成的動(dòng)態(tài)掃描電路，由AT89S51控制max7219輸出相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果。其電路結(jié)構(gòu)見圖6。LED2數(shù)碼管如果最終功能不使用，可以取消。

6、電源電路

為方便起見，本設(shè)計(jì)采用的是12V直流供電，由于放大電路比較多，所以用DC-DC電源模塊，輸入：12V；輸出：+5V/-5V。電源電路如圖7所示。

7、鍵盤

接收用戶命令并處理。由于摸高器針對不同人群，所以高度不定，設(shè)置鍵可以根據(jù)使用的實(shí)際人群，設(shè)置摸高器的最低基準(zhǔn)摸高器高度，這個(gè)高度值設(shè)置好之后，會(huì)存在EEPROM存儲器中，即使電源關(guān)閉也不會(huì)改變。

本設(shè)計(jì)中，每次跳高測試時(shí)被遮擋的光電管數(shù)量不是一個(gè)，而是許多個(gè)，根據(jù)要求我們需要采集檢測最高的被遮擋的光電管傳感器位置，軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，由主程序、傳感器信號接收子程序、高度計(jì)算子程序、顯示子程序、鍵盤掃描處理程序等模塊組成。由于匯編語言程序具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，而該摸高器的程序沒有太復(fù)雜的計(jì)算，所以控制程序可采用匯編語言編程。

系統(tǒng)上電后，首先系統(tǒng)初始化，當(dāng)傳感器沒有被遮擋時(shí)，所有傳感器都輸出高電平，這時(shí)P0口的值為十六進(jìn)制數(shù)0xff，當(dāng)有傳感器被遮擋時(shí)，該值改變，這時(shí)，在一個(gè)緩存區(qū)按順序存放模擬開關(guān)控制信號A/B/C的值以及該控制信號對應(yīng)的P0的值，當(dāng)P0值再次變?yōu)?xff時(shí)，說明一次此時(shí)結(jié)束。按照緩存的數(shù)，比較出最高位置的傳感器位置就可以算出高度。

測試時(shí)，測試者在靠近光電接收這邊跳起，用手遮擋在光電接收管前面，就可以完成測試。