摘 要： 根據(jù)相關(guān)測(cè)速原理,，利用相關(guān)差值法的信號(hào)處理方法，設(shè)計(jì)一種基于DSP的非接觸式智能實(shí)時(shí)測(cè)速系統(tǒng)。系統(tǒng)采用模擬電路對(duì)紅外傳感器采集的模擬信號(hào)進(jìn)行處理,，利用DSP強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)數(shù)字化采集,、運(yùn)算處理和結(jié)果顯示等功能。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明,，系統(tǒng)測(cè)量誤差較小,，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性高,，抗干擾性強(qiáng),，測(cè)速范圍較寬。
關(guān)鍵詞： 速度測(cè)量,；相關(guān)理論；峰值搜索,；DSP
以往,，速度測(cè)量系統(tǒng)普遍采用單片機(jī)和轉(zhuǎn)速傳感器相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性和快速響應(yīng)性較差,。針對(duì)這一缺點(diǎn)[1],，本系統(tǒng)利用信息相關(guān)理論結(jié)合電子技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)測(cè)速裝置，可實(shí)現(xiàn)對(duì)任何運(yùn)動(dòng)物體速度的非接觸式測(cè)量,，具有測(cè)量精度高,、裝置電路簡(jiǎn)單、成本低以及智能化等特點(diǎn),，因此可在汽車(chē)測(cè)速,、產(chǎn)品檢測(cè)線測(cè)速和管道流量檢測(cè)等許多領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛應(yīng)用[2]。
1 測(cè)速原理
應(yīng)用信息相關(guān)理論來(lái)測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)速度的基本原理是：物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,，物體同一位置上的信息在不同時(shí)間依然保持相同的特性,。通過(guò)在某時(shí)間內(nèi)，利用對(duì)固定位置上的兩個(gè)信息采集點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)采集,，所采集到的兩組信號(hào)具有相關(guān)特性[3],。對(duì)兩組信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，即可找出兩組采集信號(hào)的時(shí)間間隔,，從而計(jì)算出該物體運(yùn)動(dòng)速度[4],。沿車(chē)輛運(yùn)動(dòng)速度方向，在車(chē)輛底部相隔一定距離安裝兩個(gè)傳感器Y1和Y2,， 如圖1所示,。通過(guò)Y1、Y2獲得車(chē)輛運(yùn)動(dòng)相對(duì)地面表面的特征信號(hào)Y1(t)和Y2(t),，如圖2所示,。
在上游傳感器Y1和下游傳感器Y2之間距離比較小的情況下(一般小于30 cm)，可以近似認(rèn)為車(chē)輛在D距離區(qū)間內(nèi)勻速行駛?；ハ嚓P(guān)信號(hào)Y1(t)和Y2(t)之間僅僅是一個(gè)運(yùn)動(dòng)車(chē)輛同樣的一點(diǎn),，通過(guò)上游傳感器Y1和通過(guò)下游傳感器Y2的時(shí)間延時(shí)δ(t)，稱(chēng)為“渡越時(shí)間”,。通過(guò)互相關(guān)算法即可求得渡越時(shí)間δ(t),，從而獲得目標(biāo)車(chē)輛運(yùn)動(dòng)速度：
4 實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果
在實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，以電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)線速度為標(biāo)準(zhǔn)速度值,，利用該系統(tǒng)來(lái)實(shí)測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)線速度的顯示數(shù)據(jù)值和標(biāo)準(zhǔn)速度值對(duì)比,，記錄測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如表1所示,。
對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析表明,，該系統(tǒng)測(cè)量的最大相對(duì)誤差為0.9%，小于1%,。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間對(duì)該系統(tǒng)的測(cè)試顯示,，其工作穩(wěn)定性強(qiáng)，可靠性高,。
本文探討了利用信息相關(guān)理論,，結(jié)合嵌入式DSP系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了車(chē)輛實(shí)時(shí)互相關(guān)測(cè)速系統(tǒng)。利用測(cè)速裝置實(shí)測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)線速度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,，本文提出的測(cè)速系統(tǒng)測(cè)速可達(dá)190 km/h,，所提出的方案和具體實(shí)現(xiàn)方法是可行的，它能實(shí)現(xiàn)對(duì)任何運(yùn)動(dòng)物體線速度的非接觸式測(cè)量速度,，其系統(tǒng)具有裝置電路簡(jiǎn)單,、成本低廉和智能化等優(yōu)點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)
[1] CUI L.Implementation for the high precise measurement of vehicle speed based on single-chip microcomputer[J]. Computer Applications,，2006,，26(6)：321-322.
[2] CHEN M，HE J H,，CHEN L Y.Comprehensive error analysis of the velocity-meter based on cross-correlation[J].Acta photonica sinica,，2007，36(10)：1914-1919.
[3] CAI S C,，SHI W K,，BI H R.Experimental setup on the cross correlation method for velocity measurement on virtual instrument technology[J].Research and Exploration in Laboratory，2006,，25(10)：1197-1199.
[4] ZHOU Y,，WEI P.A real-time image correlating speedometer based on FPGA parallel processing[J].Optical technique，2006,，32(1)：108-110.
[5] SHAO H Z,，LIN J R,，XU Y L，et al.A high quality laser system of detecting velocity[J]. Journal of Instrument,，2004,，25(8)：257-258.
[6] 朱玉龍，梁俊睿,，畢浩然,，等.相關(guān)測(cè)速綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007,，26(11)：17-18.
[7] 吳偉亮,，陳漢平，吳志鋒.提高相關(guān)測(cè)速中亞時(shí)間采樣間隔精度的數(shù)學(xué)處理方法[J].計(jì)算機(jī)仿真,，2002,，19(2)：93-96.
[8] 闞哲，邵富群.基于靜電傳感器相關(guān)測(cè)速精度探討[J].化工自動(dòng)化及儀表,，2010,，37(3)：69-72.