基于DSP的實(shí)時(shí)互相關(guān)測(cè)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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]。沿車輛運(yùn)動(dòng)速度方向，在車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Y1、Y2獲得車輛運(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)為車輛在D距離區(qū)間內(nèi)勻速行駛。互相關(guān)信號(hào)Y1(t)和Y2(t)之間僅僅是一個(gè)運(yùn)動(dòng)車輛同樣的一點(diǎn)，通過上游傳感器Y1和通過下游傳感器Y2的時(shí)間延時(shí)δ(t)，稱為“渡越時(shí)間”。通過互相關(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)和開發(fā)了車輛實(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)。