基于單片機的激光測速系統(tǒng)設(shè)計

1、第卷第期年月激光技術(shù)，文章編號：（）基于單片機的激光測速系統(tǒng)設(shè)計馮榮彪，王國良，駱明兒（紹興市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測院，紹興）摘要：為了研究一種精確測量公路機動車行駛速度的新方法，避免交通管理部門對機動車駕駛員的錯罰和漏罰，以為控制核心、以激光二極管為傳感器，設(shè)計了一套測速系統(tǒng)。經(jīng)過現(xiàn)場對比實驗和理論誤差分析，得到了其測速相對誤差達(dá)到數(shù)量級的結(jié)果。結(jié)果表明，這將為交通管理部門提供一種新的、精確的公路機動車現(xiàn)場測速裝置，也可為雷達(dá)測速儀和反射式激光測速試驗裝置等現(xiàn)場測速儀器提供一種精確的校準(zhǔn)裝置。關(guān)鍵詞：傳感器技術(shù)；測速儀；單片機；高精度；誤差中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)識碼：，汛（：，），：；引言近年來，隨著

2、我國機動車每年以的速速系統(tǒng)，先論述了其測速原理、硬件的組成和主程序的框圖，然后進(jìn)行了誤差分析，其測速相對誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于規(guī)定檢定規(guī)程要求的測速精度，因而具有較好的推廣應(yīng)用價值。度遞增，越來越多的機動車在道路上行駛，由此帶來了諸多交通安全隱患，其中之一就是超速行駛。因此，交通管理部門為了有效遏制因超速而引發(fā)的交通事故，在道路限速區(qū)和移動測速中紛紛啟用了機動車超速自動檢測系統(tǒng)，但是機動車超速自動檢測系統(tǒng)是否準(zhǔn)確，機動車駕駛員是否會被錯罰，又成為了公眾和新聞媒體所關(guān)注的熱點問題【。目前，交通管理部門最常用的機動車測速系統(tǒng)測速誤差達(dá)到舊，雖然其誤差已經(jīng)符合了（機動車?yán)走_(dá)測速儀檢定規(guī)程和機動車超速自動監(jiān)測系

3、統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)要求，但是，還是需要一種精度更高的機動車測速系統(tǒng)對其進(jìn)行檢定，本文中提出了一種新的激光測基金項目：浙江省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督系統(tǒng)科研計劃資助項目（）作者簡介：馮榮彪（），男，工程師，主要從事機電產(chǎn)品的檢測及技術(shù)研究。：硬件設(shè)計本文中研究的激光測速系統(tǒng)如圖所示，由單園一圓一一巡冒三器三日三圈片機系統(tǒng)和兩套相同的傳感器組成，每一套傳感器由一個半導(dǎo)體激光發(fā)射器、一個激光接收器構(gòu)成。將兩個激光發(fā)射器安裝在一定距離的位置上，發(fā)出兩條相互平行的激光束。當(dāng)機動車通過測量區(qū)域時，先后阻擋兩只激光接收器的接收激光束，從而觸發(fā)單片機的計時開始與結(jié)束瞪，因此，通過執(zhí)行事先燒錄在單片機存儲器內(nèi)的程序就已經(jīng)精確測量到機

4、動車通過兩激光束的時間值，然后通過執(zhí)行帶有公式的計算程序精確算出機動車的速度，最后，單片機的顯示程序會把速度顯示在位段數(shù)碼顯示管上。收稿日期：；收到修改稿日期：激光技術(shù)年月傳感器電路設(shè)計作者研究的激光測速系統(tǒng)是選用紅外半導(dǎo)體激光器作為激光發(fā)射器，激光二極管（，）電路激光編碼調(diào)制采用集成電路（，）實現(xiàn)，在激光器的發(fā)射驅(qū)動電源電路中，使用自動功率控制（單片機系統(tǒng)，）電路來保證激光二輸入接口電路原理圖如圖所示，在機動車極管輸出恒定的光功率。激光接收器選用接收紅光波段靈敏度高、響應(yīng)速度快的元件，其中包括激光接收器、放大檢波器及解調(diào)解碼輸出部分，激光接收器與檢波放大均采用電路模塊設(shè)計，解調(diào)解碼芯片的地址

5、設(shè)置和發(fā)射地址一致，激光接收器輸出與光路是否遮攔相對應(yīng)的數(shù)字電平信號。激光發(fā)射器、接收器模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。礦通過測量區(qū)域時，阻擋。激光接收器（刪）接收到激光束，驅(qū)動管（。）輸出電壓由低變高，光電隔離器（塒）輸出電壓由高變低，觸發(fā)單片機（，）計時器開始計時；接著機動車又阻擋激光接收器（。）接收到激光束，驅(qū)動管（捌）輸出電壓也由低變高，光電隔離器（刪）輸出電壓也由高變低，觸發(fā)單片機（。）計時器計時結(jié)束。贏磊暮舢礦惑一艘。碑廳輸出接口將的和口作為顯示接口，用程序掃描的方法進(jìn)行顯示輸出。此時，?？谧鳛樽侄慰?，選用三極管作為。一，字位口的驅(qū)動管。復(fù)位電路和時鐘振蕩電路系統(tǒng)時鐘振蕩電路由晶振和電容，：

6、組成，電容。，：起到幫助起振的作用；電阻尺，、電容。和按鈕開關(guān)，組成了系統(tǒng)復(fù)位電路，用于系統(tǒng)的上電復(fù)位和強制復(fù)位。軟件設(shè)計本測速試驗裝置的主程序的框圖如圖所示，主要是對系統(tǒng)進(jìn)行初始化、調(diào)用數(shù)據(jù)處理子程序和顯示子程序等。初始化主要是設(shè)置各個參量的初始值、清緩沖區(qū)，設(shè)置，外部中斷下降沿觸發(fā)有效，以及設(shè)置，。外部中斷與時鐘中斷的中斷優(yōu)第卷第期馮榮彪基于單片機的激光測速系統(tǒng)設(shè)計妻墨：鍪孥譬凳三凳童妻苧墨謦磐雪蘭當(dāng)警妻！量宴的值計算出機動車的行駛速度，計算結(jié)果送顯示緩沖區(qū)。顯示子程序主要是將顯示緩沖區(qū)的值顯示在段數(shù)碼管上。中斷服務(wù)子程序由中斷子程序、，中斷子程序和中斷子程序組成，外部中斷主要是觸發(fā)計時器

7、計時開始，。外部中斷主要是觸發(fā)計時器計時結(jié)束，中斷子程序主要是每溢出一次其溢出次數(shù)寄存器加，結(jié)果送數(shù)據(jù)處理子程序。實驗及誤差分析一實驗在環(huán)境溫度為。、濕度為的條件下，激光測速系統(tǒng)自動測量出機動車的行駛速度，與此同時記錄下德國考休斯達(dá)特朗公司生產(chǎn)的型非接觸式測速儀顯示的速度，兩者數(shù)據(jù)進(jìn)行比對口，其實測結(jié)果見表，其絕對誤差和相對誤差的折線圖見圖和圖。一（一）（一）一（一）收器間的距離（）；是機動車通過兩個激光接收器間。弋。的時間間隔（）；是單片機的定時器周期（）是單片機的主頻率（）；是單片機計時器的計時次數(shù)。由（）式可得測速誤差為：鄭石對去（壽畝一）（）式中，為晶振頻率，為單片機計時器的計時次數(shù)，

8、為誤差，正、負(fù)是隨機的，故取上式中第項為正值。產(chǎn)、誤差結(jié)果分析如表所示。廣慕，善（一）（一、望！生！竺蘭絲竺：！旦：！旦旦：?。海√m旦：旦：墜根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，機動車行駛速度在（）時，該激光測速系統(tǒng)的測速誤差均在的數(shù)量級之內(nèi)。根據(jù)實測的比對結(jié)果，該激光測速系統(tǒng)與達(dá)特朗型非接觸式測速儀的測速最大絕對誤差為，最大相對誤差為，次測速平均絕對誤差，平均相對誤差為。誤差分析激光測速系統(tǒng)的測速計算公式為：結(jié)束語激光測速系統(tǒng)采用作為傳感器，實現(xiàn)了機動車行駛速度的實時測量，具有精度高、系統(tǒng)簡單、操作方便、可靠性高和可全天候測速的特點，有效測速范圍覆蓋了機動車?yán)走_(dá)測速儀檢定規(guī)程要求的測速范圍（），和穢南（）穢了麗

9、，【】（）機動車超速自動監(jiān)測系統(tǒng)中規(guī)定現(xiàn)場測速時的標(biāo)準(zhǔn)測速儀“速度范圍（）”的要求，因此，將會成為一種新型交通管理的工具，既可用于公路機動車的現(xiàn)場測速，也可以作為感線圈測速系統(tǒng)、多普勒雷達(dá)測速系統(tǒng)和傳統(tǒng)激光測速系統(tǒng)【等測速儀器選擇單片機的定時器周期為個機器周期，故了），代入（）式得：穢雨箍（）穢西蕊）（），的現(xiàn)場測速校準(zhǔn)裝置，具有較大的推廣應(yīng)用價值。（下轉(zhuǎn)第頁）式中，穢是機動車的行駛速率（）；是兩個激光接激光技術(shù)年月（上接第頁），（）：輯（參考文獻(xiàn)），（）：（，（）：（）：，。，：（），（）：（】，），（）：，。以（），。（）：（）：，：（）。，（）：，。：（），（：），（）：】（） 基于單片

10、機的激光測速系統(tǒng)設(shè)計作者：作者單位：刊名：英文刊名：年，卷(期：被引用次數(shù)：馮榮彪， 王國良， 駱明兒紹興市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測院,紹興,312071激光技術(shù)LASER TECHNOLOGY2010，34(50次參考文獻(xiàn)(12條1. CUI Y M,LI T,LENG J,et al.Adjustment method and device of the laser velocimeterJ.ChinaMetrology,2008(4:75-76 (in Chinese.2. CUI Y M,LI T,LENG J,et al.Calibration research of laser speed

11、ometerJ.Metrology & MeasurementTechnology,2007,27(4:26-28(in Chinese.3. CAI Ch Q,SUN Q,ZHANG Y,et al.Study on lider calibration technique for vehicle speed-measuringdeviceJ.Acta Metrologica Sinica,2008,29(4:329-343(in Chinese.4. DU X Y,ZHANG H,FENG R B.The laser velocimeter:China,200820168055.3P.200

12、9-08-12(in Chinese.5. WANG B Ch,ZHANG X D,HAN X G.Study of driver circuit in laser velocimetry systemJ.ElectronicScience and Technology,2007(3:21-25(in Chinese.6. LI J S,ZHU J L.Design and realization of intelligent velometer based on SCCJ.InstrumentationTechnology,2007(1:44-45(in Chinese.7. ZHAO Y

13、Sh,ZHAO D E,ZHAO H.A novel system of laser screens for velocity measurement based onMCUJ.Journal of Projectiles Rockets Missiles and Guidance,2008,28(4:283-285(in Chinese.8. GAO F.Single-chip microcomputer principleM.Beijing:Science Press,2003:23-25(in Chinese.9. WANG X Q,DONG Y Q,YUAN Sh A,et al.St

14、udy on simulation of micro-doppler effect in lidarJ.LaserTechnology,2007,31(2:117-119(in Chinese.10. HU H C.Principle of single-chip computers & interface technologyM.Beijing:Tsinghua UniversityPress,1997:60(in Chinese.11. CHEN Sh S,LEI J,GUO Q,et al.Electronic measurement and apparatusM.Beijing:Pub

15、lishing House ofElectronics Industry,2005:48(in Chinese.12. HE Y H,WEI W,ZHANG Q M.Reflecting laser velocimetryJ.Transactions of Beijing Institute ofTechnology,2007,27(11:981-983(in Chinese.相似文獻(xiàn)(2條1.學(xué)位論文 花燕 無軸承異步電機無速度傳感器技術(shù)的研究 2006無軸承電機是一種能夠同時實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制與懸浮控制的新型電機，作為高速、超高速電機發(fā)展的重要方向之一，受到了國內(nèi)外眾多專家學(xué)者的廣泛關(guān)注。其中無

16、軸承異步電機因其易于弱磁、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高等特點，成為研究最早、最多的類型之一。當(dāng)無軸承異步電機在高速、超高速運行時，采用普通測速儀器進(jìn)行轉(zhuǎn)速測量時存在較大的困難，在一定程度上影響了電機的高性能矢量控制。采用無速度傳感器技術(shù)替代普通測速儀器成為了電機高速、超高速運行時獲得轉(zhuǎn)速信息的一條有效途徑。但目前無速度傳感器技術(shù)的研究多集中在低速情況下，電機高速運行時，存在很多不確定因素將影響無速度傳感器技術(shù)的應(yīng)用。因此，本文的重點將集中在無軸承異步電機的無速度傳感器技術(shù)的研究。 本文闡述了無軸承異步電機的基本工作原理，并建立了無軸承異步電機的數(shù)學(xué)模型，分析了無軸承異步電機的轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，論文對動態(tài)轉(zhuǎn)速估計器法和模型參考自適應(yīng)法這兩種無速度傳感器技術(shù)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。論文推導(dǎo)了兩種方法的轉(zhuǎn)速估計算法公式，研究了兩種