最简单的里程计

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最简单的里程计

作者：李卓生班级：03智电栏目：学生创作推荐度：★★★★★ 更新时间：2005-07-20

    我设计的这个里程计之所以叫最简单的里程计是因为它只由一部现成的计算器、一个电阻、一个线圈（继电器里拆出来的）、和一块磁铁组成的。
    激光法工作原理：
    很多计算器都具有这种功能：如当你按“1”再按“+”；然后你不断地按“=”它就会不断的计算下去。只要我们利用这个功能。把轮子的周长输入计算器再按“+”再设法让轮子每转一圈就按一下计算器的“=”键，于是，轮子每转一圈，计算器都把路程计算出来并显示。于是计算器便成为个里程计。
    现在的问题就是我们怎样才能检测出轮子转过一圈，并利用这个信号去控制计算器。
    要检测出轮子转过一圈有很多方法。例如：我们可以用机械的方法，让轮子每转过一圈，便碰一下接触开关，这样轮子每转过一圈，接触开关便通导一下，我们只要把联接上计算器键盘的“=”号的两条线便成功了，这种方法虽然简单，但不可行。因为大多数机械开关在开和关的瞬间都存在机械振动，这是机械的特性，这种振动会使计算器误以为又转了几圈，结果造成出错，另外存在机械开关磨损较大，寿命短的缺点。所以凡是这种机械接触的方法都是不可取的！
    所以，我们只能采取非接触式的感应方式来检测，在高中的三年里，我试验了几种方法：
    激光法:
    采用市面上那些玩具激光光敏电阻，光敏电阻接上计算器键盘“=”号的两条线上，让激光串过轮子射到敏电阻上，轮子上装有隔光的纸皮，轮子每转一圈就总有一时刻激光被隔住射不到光敏电阻，就在这时刻光敏电阻阻值变得很大，相当于断路。当光敏电阻再次被激光射到时，阻值变得很小，相当于通路，等同按下“=”键，这样轮子每转一圈所产生的信号都能使“=”键按下一次，但经试验发现，这种方法只能在晚上使用，因为白天的阳光太强烈了，使到光敏电阻的阻值每时刻都很小，即相当于每时刻都按住“=”键不放，计算器放开后，才继续扫描。另外，激光的耗电量很大，即使使用电池供电仅半天就耗尽了，因此这种方法也是不可取的。
    红外线法：
    红外线法和激光的原理一样，只是把激光管换成红外线发射管（当然，红外线发射管已由震荡电路及驱动电路驱动），光敏电阻换成红外线接收管，结果，耗电量降低了不少，但在阳光强烈的中午，阳光中强烈的红外线还是会令红外线接收外于不断导通状态，虽然这种方法比之前的方法已有不少进步，但还是不完美。
    后来又在红外线法的基础上加入了太阳光反馈控制电路，用光敏二极管感应出当时太阳光强度，并用此信号控制红外线射的功率和红外线接受电路的灵敏度；当阳光强时使发射功率加大，降低接收电路灵敏度；当太阳光弱时，使发射功率降低，并提高接收电路的灵敏度。结果，不但电路的耗电量降低了而且能全天候使用，但付出的代价是电路复杂了，体积当然也变大了。
    尽管改进型的红外线的耗电量已降低了不少，但还必须用电池供电，如果用电子供电的话，恐怕一两小时便耗尽，和我心中的理想方案：一粒电子供电可长期使用，还差很远。
    在后来的学习中，我认识了霍尔传感器、干簧管等元件，但由于一直都买不到霍尔传感器，所以无缘用其来做实验，无论采用霍尔传感器还是干簧管，都要在轮子上装一块磁铁，而霍尔传感器或干簧管装在车架上，每当轮子转过一圈，如果是霍尔传感器，便输出一个电压信号，如果是干簧管，便闭合一次，霍尔传感器灵敏度高，但要耗电，干簧管虽然不耗电，但灵敏度低，当轮子转速一定时，干簧管便反应不过来，即不再闭合，虽然这两种都是不错的方法，但都留有点遗憾。
    后来通过朋友的启发，我把目光转向了电磁感应。当时，高中物理正好讲电磁学，于是，我就把线圈在变化的磁场中能产生感应电压的理论应用到实际中，把原来的霍尔传感器或干簧管换成从继电器里拆下来的线圈。线圈的两端接上计算器的键盘“=”键的两条线。每当轮子上的磁铁从线圈旁穿过时，磁铁的磁场便使线圈周围的磁场发生变化，变化的磁场产生感应电压，其感应电压实际上就是一个正弦波。其中一个半波正向叠加在键盘的扫描电压上，当然只有磁铁在线圈旁边穿过瞬间才有感应电压，而大多数的情况下线圈是没有感应电压的，于是线圈相当于一条导线，但由于线圈串联一个较大的电阻，所以计算器键盘“=”键的两条线并没有短路，相当于松开“=”键，当然，当感应电压反向叠加在键盘的扫描电压时，这个半波令键盘的扫描电压更加难以通过“=”键的另一条线，即相当于“=”的两条线还是断开的。当感应电压正向叠加在键盘的扫描电压时，使流过电阻的电流增大，即扫描能通过另一条线，相当于“=”键没被按住，这样，轮子每转一圈，都相当于按一下“=”键，只要轮子不断地转，计算器便能把里程不断地计算出来，从而实现了具有高的灵敏度，无需外接电源供电，而且电路结构也非常简单。
    性能参数：
    分辩率：等于轮子的周长（增加磁铁的数量可提高分辩率）。
    有效计算里程：取决于计算器的有效计算范围灵敏度（用线速度表示，因为磁场的变化速率与线圈产生的感应电压成正比）。

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