摘 要： 根據相關測速原理，利用相關差值法的信號處理方法，設計一種基于DSP的非接觸式智能實時測速系統。系統采用模擬電路對紅外傳感器采集的模擬信號進行處理，利用DSP強大數據處理能力實現對信號數字化采集、運算處理和結果顯示等功能。實驗測試結果表明，系統測量誤差較小，結構簡單，穩定性高，抗干擾性強，測速范圍較寬。
關鍵詞： 速度測量；相關理論；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[1]，本系統利用信息相關理論結合電子技術來設計和開發測速裝置，可實現對任何運動物體速度的非接觸式測量，具有測量精度高、裝置電路簡單、成本低以及智能化等特點，因此可在汽車測速、產品檢測線測速和管道流量檢測等許多領域內得到廣泛應用[2]。
1 測速原理
應用信息相關理論來測量物體運動速度的基本原理是：物體運動過程中，物體同一位置上的信息在不同時間依然保持相同的特性。通過在某時間內，利用對固定位置上的兩個信息采集點進行連續采集，所采集到的兩組信號具有相關特性[3]。對兩組信號進行相關運算，即可找出兩組采集信號的時間間隔，從而計算出該物體運動速度[4]。沿車輛運動速度方向，在車輛底部相隔一定距離安裝兩個傳感器Y1和Y2， 如圖1所示。通過Y1、Y2獲得車輛運動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)，可以近似認為車輛在D距離區間內勻速行駛。互相關信號Y1(t)和Y2(t)之間僅僅是一個運動車輛同樣的一點，通過上游傳感器Y1和通過下游傳感器Y2的時間延時δ(t)，稱為“渡越時間”。通過互相關算法即可求得渡越時間δ(t)，從而獲得目標車輛運動速度：
4 實驗測量結果
在實驗測試中，以電機轉盤線速度為標準速度值，利用該系統來實測電機轉盤線速度的顯示數據值和標準速度值對比，記錄測試實驗結果，如表1所示。
對實驗結果的分析表明，該系統測量的最大相對誤差為0.9%，小于1%。通過長時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理論，結合嵌入式DSP系統來設計和開發了車輛實時互相關測速系統。利用測速裝置實測電機轉盤線速度的實驗結果表明，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現方法是可行的，它能實現對任何運動物體線速度的非接觸式測量速度，其系統具有裝置電路簡單、成本低廉和智能化等優點。
參考文獻
[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.相關測速綜合實驗的設計與開發[J].實驗室研究與探索，2007，26(11)：17-18.
[7] 吳偉亮，陳漢平，吳志鋒.提高相關測速中亞時間采樣間隔精度的數學處理方法[J].計算機仿真，2002，19(2)：93-96.
[8] 闞哲，邵富群.基于靜電傳感器相關測速精度探討[J].化工自動化及儀表，2010，37(3)：69-72.