激光測距系統

隨著激光技術的發展，激光測距傳感器在檢測領域得到了越來越多的應用?；贖OLLiAS-LEC G3小型一體化PLC的激光測距系統，在上位機監控下，對多臺激光測距傳感器采集的數據進行處理，通過PLC把數據傳送給上位機應用軟件。

激光測距系統

水情監測

1 激光測距傳感器的基本原理

激光測距傳感器（圖1 MIDEKER激光測距傳感器）的基本原理是通過相位測距技術來確定目標距離。相位測距技術的測距精度高,但作用距離有限,主要用于高精度大地測量。

圖1 MIDEKER激光測距傳感器

相位測距法是通過強度調制的連續光波在往返傳播過程中的相位變化來測量光束的往返傳播時間，其計算公式如下：

t=Φ/2πf

式中，t為光波往返傳播時間（s）；Φ為調制光波的相位變化量（rad）; f為調制頻率（Hz）。

光的往返傳播時間得到后，目標至參考點的距離可由下式求得

R=(c/2)×(Φ/2πf)=(λ/2)×(Φ/2π)

式中，R為目標至參考點距離（m）；c為光波傳播速度（m/s）；λ為調制光波波長（m）。

相位位移是以2π為周期變化的，因此有

Φ=（N+△n）.2π

式中，N為相位變化整周期數；△n為相位變化非整周期數。

由以上兩式可知

R=λ/2×（N+△n）

上式表明，只要測出發射和接收光波的相位差，即可得到目標的距離。因此相位測距可理解為以調制光波半波長為“測量尺度”的距離測量方法。

2 PLC控制系統硬件設計

基于HOLLiAS-LEC G3小型一體化PLC的激光測距系統的功能結構圖如圖2所示。系統通過PLC的自由口協議接收多臺激光測距傳感器發送過來的數據，根據傳感器提供的數據格式解析數據包，計算出測量的距離。系統的功能還包括顯示測量距離、在非正常情況下報警、與上位機進行數據交換等。

本系統選用圖1所示的MIDEKER激光測距傳感器。PLC的CPU模塊選用HOLLiAS-LEC G3系列的LM3108，其性能價格比很高，用于工業控制的各個領域。

LM3108模塊的標準配置包括PORT0和PORT1等2個串口，其中PORT0為RS485通信接口，PORT1為RS232通信接口?？梢岳肦S232通信接口建立PLC與上位機的通信，實現PLC程序的下裝和監控?？梢岳肦S485通信接口建立PLC與現場儀表的通信。

圖2 激光測距系統的功能結構圖

3 PLC控制系統軟件設計

3.1 系統的通信參數設置

在PLC程序中，首先設定激光測距傳感器的地址號和通信參數。MIDEKER激光測距傳感器的通信參數設置如表1所示。PLC采用自由協議方式接收激光測距傳感器的數據，用%MB400~%MB411的12個字節作為通信接收寄存器，存放自由口通信方式下所接收的數據。所謂自由口協議，是指用戶可以通過設置通信模式來改變通信接口的參數，以適應不同的通信協議。

表1 DIMETIX激光測距傳感器的通信參數

3.2 系統的程序流程圖

PLC控制程序采用和利時公司的編程軟件PowerPro完成，并在PowerPro軟件中利用視圖進行顯示。PLC控制程序的流程圖如圖3所示。

首先，根據傳感器設置好PLC的PROT0通信協議。PLC對傳感器操作指令的形式是用ASCII碼，所以要對程序指令進行轉換，把ACSII碼轉換成PLC能操作的十六進制數。轉換好的指令寫入數據緩沖區后，然后將這些數據進行偶校驗，校驗完成后再寫入發送緩沖區，供串口發送。同樣，接收到的數據也是ACSII碼的形式，所以要把接收緩沖區的數據拿出來進行處理，換算成十進制的數，存放在自己定義的寄存器中，顯示在PowerPro軟件的視圖中。