基于DSP的實(shí)時(shí)互相關(guān)測速系統設計與實(shí)現

摘 要： 根據相關(guān)測速原理，利用相關(guān)差值法的信號處理方法，設計一種基于DSP的非接觸式智能實(shí)時(shí)測速系統。系統采用模擬電路對紅外傳感器采集的模擬信號進(jìn)行處理，利用DSP強大數據處理能力實(shí)現對信號數字化采集、運算處理和結果顯示等功能。實(shí)驗測試結果表明，系統測量誤差較小，結構簡(jiǎn)單，穩定性高，抗干擾性強，測速范圍較寬。
關(guān)鍵詞： 速度測量；相關(guān)理論；峰值搜索；DSP

　以往，速度測量系統普遍采用單片機和轉速傳感器相結合的結構，其穩定性和快速響應性較差。針對這一缺點(diǎn)[1]，本系統利用信息相關(guān)理論結合電子技術(shù)來(lái)設計和開(kāi)發(fā)測速裝置，可實(shí)現對任何運動(dòng)物體速度的非接觸式測量，具有測量精度高、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)測速、產(chǎn)品檢測線(xiàn)測速和管道流量檢測等許多領(lǐng)域內得到廣泛應用[2]。
1 測速原理
應用信息相關(guān)理論來(lái)測量物體運動(dòng)速度的基本原理是：物體運動(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，利用對固定位置上的兩個(gè)信息采集點(diǎn)進(jìn)行連續采集，所采集到的兩組信號具有相關(guān)特性[3]。對兩組信號進(jìn)行相關(guān)運算，即可找出兩組采集信號的時(shí)間間隔，從而計算出該物體運動(dòng)速度[4]。沿車(chē)輛運動(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)輛運動(dòng)相對地面表面的特征信號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)，可以近似認為車(chē)輛在D距離區間內勻速行駛?；ハ嚓P(guān)信號Y1(t)和Y2(t)之間僅僅是一個(gè)運動(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)，從而獲得目標車(chē)輛運動(dòng)速度：

4 實(shí)驗測量結果
在實(shí)驗測試中，以電機轉盤(pán)線(xiàn)速度為標準速度值，利用該系統來(lái)實(shí)測電機轉盤(pán)線(xiàn)速度的顯示數據值和標準速度值對比，記錄測試實(shí)驗結果，如表1所示。

對實(shí)驗結果的分析表明，該系統測量的最大相對誤差為0.9%，小于1%。通過(guò)長(cháng)時(shí)間對該系統的測試顯示，其工作穩定性強，可靠性高。
本文探討了利用信息相關(guān)理論，結合嵌入式DSP系統來(lái)設計和開(kāi)發(fā)了車(chē)輛實(shí)時(shí)互相關(guān)測速系統。利用測速裝置實(shí)測電機轉盤(pán)線(xiàn)速度的實(shí)驗結果表明，本文提出的測速系統測速可達190 km/h，所提出的方案和具體實(shí)現方法是可行的，它能實(shí)現對任何運動(dòng)物體線(xiàn)速度的非接觸式測量速度，其系統具有裝置電路簡(jiǎn)單、成本低廉和智能化等優(yōu)點(diǎn)。