基于DSP的实时互相关测速系统设计与实现

摘  要： 根据相关测速原理，利用相关差值法的信号处理方法，设计一种基于DSP的非接触式智能实时测速系统。系统采用模拟电路对红外传感器采集的模拟信号进行处理，利用DSP强大数据处理能力实现对信号数字化采集、运算处理和结果显示等功能。实验测试结果表明，系统测量误差较小，结构简单，稳定性高，抗干扰性强，测速范围较宽。
关键词： 速度测量；相关理论；峰值搜索；DSP

　以往，速度测量系统普遍采用单片机和转速传感器相结合的结构，其稳定性和快速响应性较差。针对这一缺点[1]，本系统利用信息相关理论结合电子技术来设计和开发测速装置，可实现对任何运动物体速度的非接触式测量，具有测量精度高、装置电路简单、成本低以及智能化等特点，因此可在汽车测速、产品检测线测速和管道流量检测等许多领域内得到广泛应用[2]。
1 测速原理
    应用信息相关理论来测量物体运动速度的基本原理是：物体运动过程中，物体同一位置上的信息在不同时间依然保持相同的特性。通过在某时间内，利用对固定位置上的两个信息采集点进行连续采集，所采集到的两组信号具有相关特性[3]。对两组信号进行相关运算，即可找出两组采集信号的时间间隔，从而计算出该物体运动速度[4]。沿车辆运动速度方向，在车辆底部相隔一定距离安装两个传感器Y1和Y2， 如图1所示。通过Y1、Y2获得车辆运动相对地面表面的特征信号Y1(t)和Y2(t)，如图2所示。

在上游传感器Y1和下游传感器Y2之间距离比较小的情况下(一般小于30 cm)，可以近似认为车辆在D距离区间内匀速行驶。互相关信号Y1(t)和Y2(t)之间仅仅是一个运动车辆同样的一点，通过上游传感器Y1和通过下游传感器Y2的时间延时δ(t)，称为“渡越时间”。通过互相关算法即可求得渡越时间δ(t)，从而获得目标车辆运动速度：
 

4 实验测量结果
    在实验测试中，以电机转盘线速度为标准速度值，利用该系统来实测电机转盘线速度的显示数据值和标准速度值对比，记录测试实验结果，如表1所示。

    对实验结果的分析表明，该系统测量的最大相对误差为0.9%，小于1%。通过长时间对该系统的测试显示，其工作稳定性强，可靠性高。
    本文探讨了利用信息相关理论，结合嵌入式DSP系统来设计和开发了车辆实时互相关测速系统。利用测速装置实测电机转盘线速度的实验结果表明，本文提出的测速系统测速可达190 km/h，所提出的方案和具体实现方法是可行的，它能实现对任何运动物体线速度的非接触式测量速度，其系统具有装置电路简单、成本低廉和智能化等优点。