测速系统

测速系统（精选11篇）

测速系统 篇1

0引言

基于触摸屏和PLC的三相异步交流电动机调速系统在生产生活中有着广泛的应用前景, 本项目主要研究内容有:通过触摸屏或PLC实现三相异步交流电动机的启动、停止、正转、反转、测速及调速。实验结果表明:以触摸屏为基础的人机友好界面, 能够方便完美地实现对电动机转速的测控。

1 系统设计总体方案

此系统包括触摸屏模块、可编程控制器模块、D/A模块、变频器模块及转速传感器模块。计算机下载程序进入触摸屏和PLC, 由触摸屏或计算机输入一定转速, 控制PLC使其通过D/A模块将电压变化的信号传递给变频器, 进行电机的无级调速。通过联轴器与轴相连的转速传感器模块将输出量反馈给PLC (图1) 。通过PID控制器构成的闭环控制系统, 极大地增强了此系统的稳定性、准确性和快速性。

2 硬件系统构建

2.1 PLC的选择

本项目选用的PLC型号为西门子CPU224XP, 其上集成了14输入/10输出共24个数字量I/O点, 满足需要, 电压调节范围为-10~10 V, 分别对应数字量-32 000~+32 000。CPU224XP自带的模拟量模块, 可以将CPU224XP的模拟量输出端子与变频器的模拟量端口相连, 通过变频器实现调速;具备PID自整定功能, 构成闭环系统;此外, CPU224XP有两个通信口, 执行程序时分别与PC和触摸屏建立通信, 带来了诸多便利。

2.2 触摸屏的选择

本项目选用的触摸屏型号为Smart700IE, 此触摸屏具有800×480dpi宽屏显示设计, 分辨率较高;具备强大通信能力, 通信速率甚至可高达187.5kb/s;其上LED背光, 节能降耗, 帮助延长触摸屏的使用寿命;集成有高性能处理器、高速外部总线及64M DDR内存, 处理数据快, 画面切换速度快;质量高, 且价格在可承受范围之内;工业设计理念较先进;内部电源设计可靠。此外, Smart700IE除有一个PORT插口外, 还有一个以太网接口, 这样就可用PORT口与PLC通信, 用以太网口和PC通信, 且以太网口的传输与通信速度比较快。

2.3 变频器的选择

变频器SINAMICS V20非常适合小型的实验平台, 是连接PLC与交流电机的中间桥梁, 是实现变频调速的主要部件, 其具有以下优点: (1) 易于安装, 无需额外组件即可正常运行; (2) 易于使用, 无需调试软件; (3) 通信灵活, 调试方便, 制动高效; (4) 性能稳定可靠, 经久耐用; (5) 节能环保, 内置节能模式, 通过自动调节磁通电流实现节能。

2.4 三相交流电动机的选择

本项目所用三相异步交流电动机型号为YS6314, 额定电压220V, 额定功率0.12kW, 具有结构简单, 价格便宜, 运行可靠, 过载能力强, 使用、安装、维护方便等优点。

2.5 光电编码器的选择

选用型号为HN3806-400-AB的光电编码器, 它与轴相连, 通过光电转换将转轴上的机械几何位移量转换成脉冲量或数字量, 通过连续10次计算每50ms时间内的平均脉冲值求得电机转速。由于光电编码器自身构造的独特性, 由光码状态的变化就可以确定电机转向。

3 软件设计

3.1 测速功能

测速过程中使用到了PLC中的高速计数器功能, 高速计数器响应速度快, 计数频率高, 高速计数器以中断方式工作, 与扫描周期无关, 因而不会受到扫描速度的制约。所使用的CPU224XP含有6个高速计数器HCS0~HCS5, 共有13种模式, 我们采用的是高速计数器0即HCS0的模式0, 通过将16#FC写入到存储区SMB37, 将0写入到SMD38来设置这个模式。

用联轴器与电动机转轴相连的光电编码器通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲, 同时PLC中的高速计数器对编码器发出的脉冲信号进行计数, 采样时间采用的是定时中断1, 设定采样时间为50ms, 编码器连续反馈10次脉冲并求得平均脉冲值, 通过这个测得的脉冲数就可以计算出每分钟电机的转速。查得电机转轴每转一圈, 所用编码器会发出400个脉冲, 具体计算如下:设定在一个采样周期内平均测量得到x个脉冲, 则转速为[60×x/ (50×0.001) ]/400r/min。

3.2 闭环控制功能

在转速控制要求比较高的场合, 开环控制无法达到要求, 必须加反馈, 构建闭环系统, 如图2所示。

本系统的控制器采用的是PID控制器, PID即比例—积分—微分控制, PLC中集成了专门的PID控制指令, 能够实现转速的精确控制。

3.2.1 比例控制

以设定转速为700r/min为例, 先将Ti参数值置为无穷、Td参数值置为0, 进行纯比例调节。将比例增益Kp由0逐渐加大, 直至系统出现振荡;再反过来, 从此时的比例增益Kp逐渐减小, 直至系统振荡消失, 记录此时的比例增益Kp。为了减小误差重复试验, 最终确定Kp=1.5是系统稳态临界值。根据经验, 取0.65×Kp=0.97为该系统的比例增益。在调节过程中发现:在系统稳定的情况下, 比例系数Kp增大, 会使系统反馈速度上升加快, 有利于减小稳态误差, 提高控制精度;但随着Kp增大, 系统响应过程中的振荡次数会增多, 调节时间会加长;当Kp值过大时, 系统将发生振荡现象。

3.2.2 积分控制

将比例增益Kp降为原来的80%, 设定Ti参数值为无穷大, 再逐渐减小至0, Ti越小, 积分的控制作用越强, 使系统趋于稳定所需时间越短。例如:将Ti值设置为0.01 min和0.5 min时, 两者相差较大, Ti=0.5min时与Ti=0.01min时相比, 积分作用对系统的性能影响要小, 超调量要小, 所需调节时间要长, 不利于消除系统稳态误差, 难以获得较高的控制精度。通过多次试验, 最终取Ti=0.01min, 系统基本趋于稳定。

3.2.3 微分控制

微分的加入要比较谨慎, 加入D后系统易引入高频干扰, 但PI控制器在本系统中的动态特性不是很理想, 有时会出现小幅度的振荡, 于是加入微分作用, 当Td为0.01min时, 不管设定转速如何变化, 系统都会趋于稳定。除此之外, 还发现了一个细微的现象, PI控制下的超调量略大于PID控制下的超调量, 阶跃峰值两者相差25r/min左右, 说明了D环节的加入可以产生具有预见性的超前调节作用, 在偏差产生之前就能将其消除, 减少超调量和调节时间。PID控制效果如图3所示。

由PID参数调节得出了这样的结论:比例增益的大小与系统稳定性成正相关, 比例增益Kp过大, 虽然偏差会变小, 但会导致系统稳定性下降, 严重时会造成系统的不稳定。积分控制和惯性控制相似, 属于滞后校正, 能消除稳态误差, 但牺牲了系统的快速性。微分环节是具有预见性的超前校正, 改变的是系统的动态特性, 在比例微分控制都已经调试好的情况下仍然出现振荡, 可加入微分D构成比例—积分—微分控制, 以更加完美地实现系统稳定性、准确性和快速性的有机统一。

4 触摸屏人机界面设计

触摸屏部分初步分为三个界面, 第一个界面为开机欢迎界面;第二个界面为系统的主要控制界面, 用以实现整个系统的启动/停止、电机正反转的选择、预期速度的设定等功能;最后一个界面如图4所示, 实现的是PID参数的调节, 画面中有趋势图, 可直观地看出电机速度的变化, 以便调节P、I、D这三个参数。

5 结语

综上所述, 基于PLC和触摸屏的三相异步交流电动机的变频调速系统是一个涉及多种器件并运用综合知识体系完成的一个项目, 采用触摸屏人机界面的良好交互性, 使得操作员能更加方便快捷地进行操作;利用了PLC的各项强大功能, 实现了对电机参数的测量和控制。除触摸屏的直接调控外, 也可通过PC对PLC的控制实现调控, 具有极强的纠错功能, 为操作员的及时监控和参数修改提供了快捷途径。

参考文献

[1]潘波.变频调速三相异步电动机的设计[D].哈尔滨:哈尔滨理工大学, 2004.

[2]孙晓明, 吴震, 宋宝宁.PLC电机转速测量系统设计与实现[J].工业仪表与自动化装置, 2015 (1) :25-26.

[3]高玉芹.电机转速的高精度快速测量[J].自动化与仪表, 2000, 15 (6) :41-44.

[4]张燕宾.变频器应用教程[M].北京:机械工业出版社, 2007.

测速系统 篇2

广东省公安厅交通管理局

二00七年七月十九日

广东高速公路区间测速系统技术规范

目录 2 3 4 5 6 7 8 9 适用范围.........................................................................................................................................................1 基本结构.........................................................................................................................................................1 工作原理要求................................................................................................................................................2 功能要求.........................................................................................................................................................2 硬件要求.........................................................................................................................................................2 通信传输要求................................................................................................................................................4 性能指标要求................................................................................................................................................4 测试要求.........................................................................................................................................................5 与违章信息系统的接口要求......................................................................................................................5 违法图片信息信息要求...................................................................................................................................5 交通违法数据接口说明...................................................................................................................................5 10 建设要求...................................................................................................................................................10

Pageof 12 广东高速公路区间测速系统技术规范 适用范围

本规范适用于全省高速公路所建设的区间测速系统。基本结构

目前，我省各市环境、经济、交通条件都不尽相同，因此系统的布点、通信、管理情况也需要因地制宜做出不同方案。根据各地的实际状况，充分利用现有系统和现有资源，可对各地的固定点测速系统进行升级改造或重建。通信系统可采用光纤、电信网络、各地专网或无线网络等。

各监控中心应能上传支队、总队数据中心，需要交换的数据包括：摄象机采集来的实时视频；经前端识别器的车牌识别数据；查询数据；该级监控中心可利用的通信系统包括光纤（裸纤）、100/1000M公安网络、无线网络等。

一套区间测速设备主要由前端单元、通信传输和后台处理系统三部分组成，如图1所示。

图1 区间测速系统结构图

支队的所有区间测速系统应实现联网运行，并为将来数据上传总队指挥中

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广东高速公路区间测速系统技术规范

心预留接口。工作原理要求

在相距10～15km的封闭路段的两端点上，分别安装一套前端检测抓拍设备，当机动车通过检测点时，安装在该点的检测抓拍设备自动记录其通过该点的时间、并进行图片抓拍。当车辆完全离开封闭路段时，系统通过网络将数据传到监控中心，监控中心根据捕获的信息自动计算其在封闭路段上的平均行驶速度。如果平均速度超限，系统将采用特定的加密技术在违章机动车的图片中嵌入相应的时间、地点和速度，并及时将该车辆的违章信息通过数据交换发送到支队违法系统，作为交警执法的依据。功能要求

1.系统检测数据至少包括车速、车牌、地点、时间等； 2.检测系统应包括自动号牌识别；

3.系统具有日志记录功能、断电保护、重启功能； 4.各监控点可以由监控中心远程控制、远程维护；

5.各监控点的设备应具有必要的防盗、防雷、防雨、散热措施； 6.系统设备应具有自动对时功能；

7.系统能够实现把超速信息通过网络传输至省、市级监控中心； 8.系统应能够对违章车辆进行统计、分析、管理，生成各种报表； 9.系统应能够对信息加密及实现权限管理； 扩展功能要求： 1.检测机动车流量功能

2.无车牌、车牌故意遮挡和车牌涂污识别功能； 3.单点测速功能；

4.黑名单、布控车辆比对、报警功能； 5.非法占用路肩抓拍功能。硬件要求

前端检测抓拍单元应由摄像设备、夜间补光设备、车辆检测设备、信号发送设备、通讯设备等组成，负责采集车辆的行驶时间，行驶速度，车辆车牌号，车辆图片等信息，是

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本系统的数据源采集子系统。其主要性能和配置要求如下：  车辆检测

完成过往车辆的检测并实时给图像采集及其它同步单元提供同步触发信号。主要技术规格要求如下：  检测灵敏度至少8级可调。

 检测器应能检测设备传感器故障，并通过故障指示灯提示。 功耗：≤5W。

 工作温度范围：-10℃～+50℃。 环境湿度范围: RH20%～RH95%。

 摄像单元

可由摄像机、补光设备、同步控制设备等组成

主要技术参数要求如下： 接口符合IEEE1394a规范 信噪比>50db 可背光补偿 0－255级可调

工作温度范围：-10℃～+60℃。工作湿度范围：RH 5%～RH 95%。电子快门速度1/50秒～1/10000秒。至少提供外同步控制方式。

白平衡：至少自动白平衡跟踪控制。最低使用照度要求：2lux 至少提供480电视线的水平分辨率

 图像采集及识别单元

-图像采集单元

 支持PAL，NTSC或黑白视频输入；  支持任意形状的图像采集；

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 亮度、对比度、色度、饱和度软件分别可调；  支持单场、单帧、连续场、连续帧的采集方式；  支持裁剪与比例压缩模式；

 至少2通道的视频信号接入、采集能力。-识别单元

 识别单元至少包括号牌识别软件及相应的硬件支撑平台；  如果硬件支撑平台为标准工业控制计算机，其主要的技术规格要求如下，如果硬件支撑平台为其他类型设备（如嵌入式系统），该设备在运算速度、存储能力及其他主要性能指标方面应与以下要求相当。

 60万张图片的海量存储能力。 内存256MB以上。

 至少同时提供RS232及USB接口各一个。 提供IDE或SATA硬盘总线接口。 工作温度范围：-5℃～+60℃。 工作相对湿度范围：RH 5%～RH92%。通信传输要求

通信设备用于连接前端设备和监控中心，使得前端系统和监控中心系统连接起来，将前端采集到的数据，车辆触发信号上传到中心系统，同时将中心的命令和控制信息能够及时下行到前端系统，让前端系统可以及时地做出相应的响应并传回相应的反馈信息。

考虑到各地的通讯条件的不同，应结合实际，采用不同的通讯方式。有条件的地方可使用光纤，也可使用电话线或无线网络的方式。识别结果及报警信息，通过公安内网进行数据通信和信息共享。性能指标要求

号牌识别率＞90％

区间超速车辆捕获率＞80％ 可靠性 错误率＜0.1%

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识别时间＜60秒 系统硬件故障率＜5宗/年

系统通信支持TCP/IP AND PPP&UDP协议 测试要求

系统检测是保障系统最终质量的重要手段，而系统的最终质量取决于系统的每一个环节的质量。系统建成后应采取严格、科学的质量检测方法，对各前端、终端、传输设备在安装前、安装过程中以及安装完毕后的各项性能指标进行检测，以保障系统的最终质量与效果。系统建成后的测试要求如下：

1.系统检测率测试

在一定时间段内，人工记录并统计通过检测面的机动车数目NT，若查询系统在该时间段内自动捕捉到的机动车图片数目为NX，则车辆捕捉触发率为NX/NT。

2.车牌识别率测试

给定一定数量MT的机动车图片，检查查询系统中这些图片的车牌识别结果是否正确，将正确的数目记为MR，则有车牌识别正确率为：MR/MT。

3.测试速度

让质量技术监督局用专门的测量仪器和手段检测系统测速的精度。与违章信息系统的接口要求

与违章信息系统的接口数据要求为：1张图片+1个文本文件。

违法图片信息要求

-图片格式：*.jpg；

-图片名称构成：入口车辆记录标识+出口车辆记录标识+ “.jpg”；

-图片内容构成：由区间测速入口和出口的图片合成，左边的为入口图片，右边的为出口图片；

-图片大小：图片的大小在80k-100k间；

-嵌入图片的违法信息：违法路段、违法速度、进入入口的时间、驶出出口的时间。

交通违法数据接口说明

外部系统注册码

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代码）

操作类型(0录入 1修改)调用服务机器IP地址 调用服务机器设备号

凭证代码

凭证号

号牌号码

号牌种类

车主地址

车主邮编

机动车所有人

车辆类型

车身颜色

车辆识别代号

发动机号

车辆品牌

车辆型号

违法时间

违法地点（字典代码，必须在违法系统存在地点代码）

违法行为代码1(符合公安部省代码标准)违法行为代码2(符合公安部省代码标准)违法行为代码3(符合公安部省代码标准)违法行为代码4(符合公安部省代码标准)违法行为代码5(符合公安部省代码标准)执勤民警not null（字典代码，必须在违法系统存在用户 发现机关not null 录入时间not null 录入人not null(代码，必须在违法系统存在用户代码)

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车速 限制速度 确认状态

图片文件原名1 图片文件大小1 图片文件内容1 图片文件原名2 图片文件大小2 图片文件内容2 图片文件原名3 图片文件大小3 图片文件内容3 图片文件原名4 图片文件大小4 图片文件内容4 图片文件原名5 图片文件大小5 图片文件内容5

 输出

调用接口返回值(0正常，其它为异常代码)(XML格式字符串) 接口协议

 WebService服务地址是：

http://<违法接口服务主机地址>:<9080>/

viointerface/services/EPOdata?wsdl

 方法名称及参数：

String WriteEPOdata(String REGISTID，//--外部系统注册码 not null

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String ipaddress，String sbh，//--调用服务机器IP地址

//--调用服务机器设备号

String OPERATIONTYPE, //--操作类型(0录入 1修改)not null String PZDM, //--凭证代码 not null String PZH, //--凭证号 not null String HPHM, //--号牌号码 not null String HPZL, //--号牌种类 not null String CZDZ, //--车主地址 String CZYB, //--车主邮编 String JDCSYR, //--机动车所有人 String CLLX, //--车辆类型 String CSYS, //--车身颜色 String CLSBDH, //--车辆识别代号 String FDJH, //--发动机号 String CLPP1, //--车辆品牌1 String CLXH, //--车辆型号 String WFSJ, //--违法时间not null String WFDD, //--违法地点not null（代码，必须在违法系统存在地点代码）

String WFXWDM, //--违法行为代码not null(符合公安部省代码标准)String WFXWDM1, //--违法行为代码not null(符合公安部省代码标准)String WFXWDM2, //--违法行为代码not null(符合公安部省代码标准)String WFXWDM3, //--违法行为代码not null(符合公安部省代码标准)String WFXWDM4, //--违法行为代码not null(符合公安部省代码标

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准)String ZQMJ, //--执勤民警not null（代码，必须在违法系统存在用户代码）

String FXJG, //--发现机关not null String LRSJ, //--录入时间not null String LRR, //--录入人not null(代码，必须在违法系统存在用户代码)String CS, //--车速 String XZSD //--限制速度 String QRZT //--确认状态 String QRZT, //确认状态

String YFILENAME1, //图片文件原名 String FILESIZE1, //图片文件大小 String SFILEDATE1 //图片文件内容 String YFILENAME2, //图片文件原名 String FILESIZE2, //图片文件大小 String SFILEDATE2, //图片文件内容 String YFILENAME3, //图片文件原名 String FILESIZE3, //图片文件大小 String SFILEDATE3, //图片文件内容 String YFILENAME4, //图片文件原名 String FILESIZE4, //图片文件大小 String SFILEDATE4, //图片文件内容 String YFILENAME5, //图片文件原名 String FILESIZE5 //图片文件大小 String SFILEDATE5, //图片文件内容)

返回值格式说明：

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调用服务接口状态值（0正常，其它为异常代码）

调用服务接口异常详细信息

 图片内容说明：

-图片内容字符串由图片文件进行base64编码获取。建设要求

原则上，在同一大队的管辖路段内，在事故多发，超速现象多，需要限速行驶的路段安装区间测速系统，系统的合理区间大小在10－15KM内。当出现跨大队辖区的路段需要限速行驶时，应将整条高速公路统一规划布点的办法，在需要限速行驶的路段的两个断面布设测速点，整条高速公路的任意两个测速点都可监测车辆的平均速度。

如何为冰川测速 篇3

实时监测冰川的流速非常重要，上文提到的飞机和配套实验设备却仅存在于人们的想象中。政府间气候变化专门委员会的最新报告指出，到2 1 0 0年，融冰有可能使海平面上升1米，这势必会殃及低海拔国家和数百万沿海城市的居民。因此，了解冰川的融化情况可以帮助研究者预测未来。但是，大多数冰川每年仅缓慢流动两三千米，比普通人步行1小时的路程还短。即使是格陵兰岛流速最快的雅各布港冰川，每年也只流动1 6千米，平均每小时仅1.8米左右。

目前，科学家尚未找到可以一次性测算出冰川流速的新方法。现有的方法都要分两步完成——测量出冰川表面在前后两个时间的位置，再根据其位移得出平均速度。过去，研究者将桩钉固定在冰川边缘，然后在一定的时间内重返此地勘察冰川的移动情况。现在，机载雷达可以测量出冰川的位置，但仍然需要再次返回实地才可计算出冰川的平均流速。美国科罗拉多大学博尔德分校的科学家特维拉·蒙恩主要依靠卫星在格陵兰岛以及南极洲上空定时采集的数据开展研究，但测量结果仍无法一次得出。云情的变化会严重影响拍摄质量。蒙恩表示，有时需要等待数月才能获得某一区域的有效数据，而有些区域的信息根本无法获得。

这种测量技术有着很明显的缺陷。一方面，分步完成的数据采集技术需要耗费双倍的人力和物力;另一方面，冰川的移动方向没有规律可循，现有的追踪测量技术无法提供冰川的准确信息。蒙恩认为，冰盖的流动速度极其重要，是计算冰川流失的一个关键变量。假如可以一次性获得冰川流速的数据，那么数据量和精准度都会大幅提高。

然而，冰川缓慢的流速为测量工作带来巨大的困难。法国索菲亚· 安提波利斯大学（简称尼斯大学）的物理学家翁贝托· 博尔托洛佐及其同事反其道而行之，以快制慢——在光速上大做文章。

在刺耳的警笛声传来时，声波通过聚集产生高音。雷达枪（类似公路巡警使用的枪械）正是利用这种被称作“多普勒效应”的现象，向正在驶来的汽车射出无线电波并根据反射的波长测算其行驶速度。速度越快，反射回来的无线电波越密集，波长越短。然而一般的雷达枪无法用于测算很低的车速，博尔托洛佐及其同事正在研制能够彻底解决这一问题的雷达枪。

他们先是将激光束一分为二，让其中一束射向冰川之类低速移动的目标，根据多普勒效应，其波长会略微改变。这条改变了颜色的光束反射回来，在由许多长螺旋状染色分子构成的液晶中与另一条光束合二为一。染色分子的形状在光束的作用下发生改变，光速则变为低于1毫米/ 秒。

在高速下通常很难察觉两条光束的波长差，但是重新合成的光束通过延长其光程距离使相互作用得到强化，在其低速经过液晶时，人们即可测算波长差和目标物体的移动速度。博尔托洛佐及其同事已经在实验室成功监测到2×1 0- 1 4米/秒的超低速度，并足足坚持了1秒。这对通常情况下每秒流速为百万分之几米的冰川而言已经足够。

相比其他慢光技术必须在极低温条件下方可进行，这种使光速变慢的新方法在室温下即可操作，简单易行。这意味着实地运用该技术以及由此衍生出的其他技术时，不再需要携带液态氮以及庞大的冷却设备。科研人员希望未来能开发出可嵌入飞机内部的仪器，以监测格陵兰岛冰川的流速情况。

蒙恩盼望这一天早日来临。他说：“只要该仪器成功问世，我就能将其置入飞机、无人机或者卫星体内，这对我们的研究领域意义重大。这势必会大大降低人类因为对海平面上升的高度与速度缺乏了解而带来的巨大风险。

汽车无线传输道路测速系统 篇4

一、概述

目前, 汽车性能检测主要是在大型检测线上进行, 安装复杂, 无法进行实际路况试验。现有汽车道路试验系统存在着对试验场地要求较高、车辆试验距离受限、测试信息断电丢失等问题。

针对这几方面的问题, 设计开发了一套汽车无线传输道路测速系统。该系统降低了汽车道路试验对测试距离的要求, 可对汽车行驶时间和速度进行精确测试。该系统为汽车检测提供了一种新的测试手段。

二、总体结构

该系统主要由中央控制系统、信号处理子系统和信号传输子系统三部分组成。系统结构如图1所示。

三、系统结构设计

1、中控系统结构

中控系统包括单片机模块、铁电存储模块、控制键盘、数据传输模块和直流电源。中控系统采用单片机作为控制核心, 采用12V直流电源供电, 通过控制键盘获取指令。铁电存储模块可实现系统的断电存储功能。中控系统可通过数据传输模块的RS232接口与PC机通讯。

2. 信号传输子系统

(1) 无线发射模块编码电路

本系统采用四个无线发射模块, 对被测车辆进行分段测试, 且信号不能互相干扰。因此, 采用PT2262设计编码电路。为四个无线发射模块设置两个地址编码, 00000000和10000000。并设置数据码, 当D3未收到触发信号时, 形成数据编码0000;当D3收到触发信号时, 形成数据编码1000。PT2262编码电路如图2。

(2) 无线接收模块编码电路

本系统选用PT2272作为接收模块的编码器件。通过设置与发射模块相同的地址编码, 接收对应无线信号。同样设置了数据码0000和1000。

3. 信号处理子系统

(1) 无线发射模块信号处理电路

该信号处理电路将光电感应电路发出的信号, 转化为脉冲信号, 输入无线发射模块。原理图见图3。

该电路设计采用外脉冲启动, 输入带RC微分电路的单稳态触发电路。电路核心器件为NE555P芯片。该电路通过变换R4和C3的值, 调节Q脚输出脉冲的宽度。图3中, 根据多次实验, NE555P的输出脉冲的暂稳态时间设为0.1s是比较合适的, 代入公式1。

其中, RT——R4;

CT——C3;

Td——脉冲暂稳态时间;

考虑元器件的稳定性和成熟度, 设计选用10μF电容为C3, 10kΩ电阻为R4。

当有物体进入光电感应探测区, 阻断光电感应探头接收光源时, 光电感应电路输出并保持在高电平状态。当物体离开光电感应探测区, 光电感应探头接收到光源时, 光电感应电路输出并保持在低电平状态。因此, 光电感应电路输出波形的脉宽是不确定的。为避免这种不规则信号导致无线发射模块的误触发, 系统设计采用RC微分电路, 置于单稳态触发电路前端。RC微分电路计算公式2:

其中, Uo——微分输出电压

Ui——微分输入电压

R——R2

C——C1

该系统光电感应电路的响应时间约为10-4s。代入公式2中, R2和C1值分别为:

(2) 无线接收模块信号处理电路

信号处理电路将无线接收模块输出的电信号进行转化后, 传输给中央控制系统。无线发射/接收电路产生的信号为高频信号, 系统在接收模块的输出端配置一组外围电路。通过外围电路发光二极管的状态, 可判断无线信号是否正常接受。信号处理电路如图4。

四、结语

该项目以汽车道路试验相关国家标准为依据, 设计了一套汽车无线传输道路测速系统。该系统设计采用无线信号传输和无线信号处理电路, 解决了汽车路试对测试场地要求较高的问题。

违法测速 行政复议 篇5

我是把这个行政复议申请，发给了我们当地的市长信箱，由他们出面给我们当地的交警进行交涉，并最终由当地交警，对我的违章记录进行了内部处理，没有用我扣分、罚款。现在，发到论坛上，希望对大家有所帮助。这份行政复议，是我自己查阅了相关法律，并请我们单位的有律师执业证的高手给审核过的。

行政复议申请书:office:

申请人情况：

姓 名：某某

职 业：公务员

出生年月：19**年*月

驾驶证号码（同身份证号码）：********** 经常居住地址：**省**市***路**号

邮政编码：***** 联系电话：13********* 被申请人：**市公安局交通警察支队**大队

申请原因及事由：2011年*月*日（星期*）上午*时许，本人驾驶车辆所有人为某某、号牌号为****的小型轿车由**市区赶往目的地**县**镇驻地(行驶在***省道的西侧，由北向南)，途径***省道（**段）**县**供电所附近时，发现在该路段对向车道停放的一辆制式警车，该车前风挡处架设有雷达测速装置，车顶的警灯未见闪烁，现场该路段西侧行车道停放有3辆汽车，有身着制服的警察在与人交谈，此时本车的时速不超过每小时60公里，且还在有意识的降低车速以避免交通违章。在与此车会车的前后200米范围内并没有发现测速警示标志、警示灯。在此后的2011年*月*日我在**交警网网站（http:///）进行交通违法查询时发现:号牌种类：小型汽车，号牌号码：***，违法时间：2011年*月*日**:**，违法地点： ***省道(**段)，违法行为：超速30%以上不足50%的违法，违法记分：3的行为。

申请要求：撤销**市公安局交通警察支队**大队于2011年*月*日对****车辆违规所作出的违章处罚。

事实与理由：

一、被申请人作出的处罚决定主要证据不足

根据中华人民共和国公安部关于印发2009年1月1 日起实施《交通警察道路执勤执法工作规范》的通知：第十章执勤执法安全防护

第七十条 在城市快速路、主干道及公路上执勤应当由两名以上交通警察或者由一名交通警察带领两名以上交通协管员进行。需要设点执勤的，应当根据道路条件和交通状况，临时选择安全和不妨碍车辆通行的地点进行，放置要求驾驶人停车接受检查的提示标志，在距执勤点至少二百米处开始摆放发光或者反光的警告标志、警示灯，间隔设置减速提示标牌、反光锥筒等安全防护设备。

第十二章 附则

附件3

一、查处机动车超速违法行为应当使用测速仪、摄录设备等装备。用于收集违法行为证据的测速仪应当符合国家标准并依法检定合格，并保持功能有效。

二、现场查处超速违法行为，按照设点执勤的规范要求设置警示标志，测速点与查处点之间的距离不少于两公里，且不得影响其他车辆正常通行。能够保存交通技术监控记录资料的，可以实施非现场处罚。因为该违法通知为静态照片，充其量只能看到车，至于拍摄地点、车子时速、执勤执法者是谁根本无法显现。协警（交警？）并不能证明我的车在该路段上超速了。所以不能成为处罚依据。

根据《交通警察道路执勤执法工作规范》第十二章 附则 附件3：查处超速行驶操作规程

一、查处机动车超速违法行为应当使用测速仪、摄录设备等装备。

也就是说，动态和静态都必须取证。我要求提供原始录像及照片查看；

二、被申请人违反法定程序

1.在***省道（**段）与新修的**路交叉路口向南至**供电所之间至今没有雷达测速标志，电子移动测速没有设立明显标志，是暗中执法，执法目的不合法。躲在暗处偷拍，起不到警示和纠正的作用，违背了公开原则，侵犯了公民的知情权； 2．根据《计量法》第九条和第二十六条的规定，雷达测速仪属国家法律规定的用于安全防护方面进行执法监督的属于强制检定的工作计量器具，使用前必须送检，检定合格才允许使用；在使用过程中，还要按有关规定进行周期检定。根据《机动车雷达测速仪检定规程》里的相关规定，雷达测速仪只有经质量技监部门检定合格完以后，才能上路执法，拍出来的违规超速的照片才能作为处罚依据，也才具有法律效力。未经质量技监部门检定或检定不合格的雷达测速仪所出具的检测结果将不能作为交管部门执法取证的依据。

应该按《交通警察道路执勤执法工作规范》附件3 ：

三、查处机动车超速违法行为应当按照以下规定进行：

（一）交通警察在测速点通过测速仪发现超速违法行为，应当及时通知查处点交通警察做好拦车准备；

而**市公安局交通警察支队**大队在我驾车行驶至**县**镇之间并没有设立查处点拦车当场处罚，也一直未向我寄达《交通违法通知》，直至2011年*月**日我自己登录**交警网查询后才得知被拍照测速这一事实。当事人有权当场查询测速仪器有无技监部门的检定合格证明。如无则为非法测速，拍出来的违规超速的照片不能作为处罚依据。但我的此项知情权利被剥夺。

对该处罚我认为**市公安局交通警察支队**大队明显违反了以下四部法律或法规

一，公安部出台的《交通警察道路执勤执法工作规范》，二，国家《计量法》，三，《机动车雷达测速仪检定规程》，四，《道路交通安全违法行为处理程序规定》

所以要求对我的违章记录进行撤销。

申请人：

电子皮带秤测速传感器的应用 篇6

关键词：电子皮带秤 测速 传感器

1 概述

从称重原理可知，电子皮带秤所测量物料的瞬时流量的大小取决于两个参数，即瞬时流量等于称重传感器测量的承载器上物料负荷值q（kg/m）和测速传感器测量的皮带速度值v（m/s）两个参数相乘所得，即：w(t)=qv由此可见，测速传感器的测量精确度和稳定性与称重传感器的测量精确度和稳定性是同等重要的。目前称重传感器的精确度普遍提高到万分之几，而测速传感器的精确度大多在千分之几，所以提高测速传感器精确度是提高电子皮带秤系统精确度有效的途径之一。测速传感器的脉冲信号进入显示仪表后，通常以3种方式完成与称重传感器信号的相乘运算。第一种方式是测速脉冲信号经整形、放大后转换成0—10V DC模拟信号，并作为称重传感器的供桥电压，在称重传感器内实现乘法运算；第二种方式是测速脉冲信号经整形、放大后转换成模拟（或数字）信号，与称重传感器放大后的模拟（或数字）信号在专用的乘法器里进行乘法运算；第三种方式是测速脉冲信号整形后直接作为显示仪表中累加器的触发信号，每接受一个测速脉冲信号，累加器就对称重传感器的输入信号进行一次采样，皮带速度越快，累加器采样的次数越多，采样值不断累加，因而以数字方式实行了乘法运算。在电子皮带秤使用过程中，涉及测速传感器的问题不少，但由于介绍这方面的资料极少，用户碰到这些问题往往束手无策。作者根据自身工作中的体会和经验列举一些解决问题的办法，希望能对读者解决这类问题有所借鉴。

2 常用的测速传感器

电子皮带秤上所用测速传感器目前主要有磁阻脉冲式、光电脉冲式两类。模拟式测速发电机式测速传感器早已不再使用，取而代之的是上述两种输出脉冲信号的数字式测速传感器。

2.1 磁阻脉冲式测速传感器 磁阻脉冲式测速传感器中，线圈和磁铁部分都是静止的，与被测件连接而运动的部分是用导磁材料制成的，当转动件转动时，改变了磁路的磁阻，因而改变了贯通线圈的磁通，在线圈中产生了感生电势。磁阻脉冲式测速传感器从结构上看有开磁路和闭磁路两种。在一个Ⅱ型永久磁铁上装有两个相互串联的感应线圈，滚轮与皮带直接摩擦旋转并带动等分齿旋转。当等分齿轮的凸起部分与磁极相对的，回路磁通最大，当等分齿轮的凹陷部分与磁极相对时，回路磁通最小，感应线圈上便感应随磁通变化的感应电压。感应电压变化的频率f与皮带速度v成正比。这种测速传感器结构简单，但输出信号幅度小。当皮带运行时，通过摩擦使滚轮旋转，并带动转子磁杯转动，转子磁杯及定子磁杯相对安装，其圆周端面上都均匀地铣出多个齿槽。当两个磁杯的凸齿相对时，磁通最大，当两个磁杯的凸凹齿相对时，磁通最小，从而在线圈中感应出随磁通而变化的感应电压。闭磁路测速传感器结构较复杂，但密封性能好，输出信号幅值大。磁阻脉冲式测速传感器用于高转速测量时，因磁路磁滞影响，使线圈中感应电压太小而不易测量。

2.2 光电脉冲式测速传感器 光电脉冲式测速传感器由装在输入轴上的开孔圆盘、光源、光敏元件等组成。当圆盘转到某一位置时，由光源发射的光通过开孔圆盘上的孔照身到光敏元件上，使光敏元件感光，产生一个电信号。圆盘上的孔可以是1个或多个，取决于设备要求的脉冲数。

3 应用测速传感器的实例

3.1 停用测速传感器 对不调速的皮带输送机来说，皮带速度的变化量大致为±（0.3—0.5）%，这取决于供电电源频率、电源电压及负荷率，其中，供电电源频率影响最大。但对于由大电网供电的用户来说，由于电网电源频率相当稳定，所以通常皮带速度的变化率小于±0.2%。我们在现场早、中、晚多次测量不同负载率情况下的皮带速度，其变化均小于±0.2%。据美国赛摩拉姆齐公司推荐：当皮带速度变化超过±0.2%或称重精确度要求高于±0.5%时，应该采用测速传感器。反过来说，当皮带速度变化小于±0.2%或称重精确度要求低于±0.5%时，则可以考虑不用测速传感器，那么在电子皮带秤整个系统里是用什么样的方式替代测速传感器的信号呢？在几乎所有的电子皮带秤的显示仪表里都有这样一个功能，即内脉冲、外脉冲选择功能。当选择外脉冲时，由安装在皮带输送机上的测速传感器向显示仪表提供脉冲信号；当选择内脉冲时，则由显示仪表本机内的信号脉冲源提供脉冲信号。

我们厂曾有一台关键的计量皮带秤出现故障，经检查是测速传感器损坏造成的，我们给显示仪表供电并调用菜单，当调到“Tacho.Active”（测速传感器有效）时，我们看到可以选择“yes ”或“no ”（这里“yes ”表示由安装在皮带输送机上的测速传感器向显示仪表提供脉冲信号，“no ”则表示由显示仪表本机内的信号脉冲源提供脉冲信号），当我们将选择由“yes ”改为“no ”以后，又在菜单的下一步“Nominal Speed”（额定速度）中设置了实际速度值，皮带秤显示仪表左上方的小光点又开始旋转运动，表示有测速信号，皮带秤又重新开始工作了。运行了一两天后，又有了新的问题，当皮带机停止运行时，由于皮带上有剩余物料或皮带不均匀皮重造成显示仪表仍在缓慢跳字，造成不运物料而积算器仍不断累积。我们又出了两个主意：一是将小信号切除值（物料瞬时流量低于此值，积算器不在累积）适当提高；二是将皮带输送机电气运行触点接入显示仪表的供电回路，当皮带输送机停止运行时，显示仪表的电源自动断开。

3.2 测速传感器的元件替换 我厂原使用由OMRON旋转编码器组装的测速传感器，其分辨力是1024p/r(p-脉冲)，因旋转编码器损坏需要更换，由于要与原有测速滚轮相配，希望使用原有型号的旋转编码器，而原有编码器早已淘汰，外型尺寸一致的现有产品分辨力是1000p/r，我们用1000p/r的旋转编码器替代，并在量程时适当作些调整。因为旋转编码器的分辨力虽然降低了民2.4%（相当于速度信号测量值小了2.4%），但通过调整量程系数（如将量程系数增大2.4%）是可以补偿回来。

3.3 用国产测速传感器替代进口产品 进口或国产电子皮带秤的测速传感器通常都是输出脉冲信号的，因而可以使用国产测速传感器替代进口产品。我厂原有一台电子皮带秤使用的是MD-256轴端安装式测速传感器，由于进水损坏，送厂家修理需3个月才能从国外返回。我们采用国产CS-40返回皮带安装式光电测速传感器代替，此时显示仪表显示速度值为0.634m/s,正好是原先显示速度1.268m/s的一半，我们就调出菜单，在速度常数p015中将原来的缺省值100修改为200，显示值即与原来值一致。由于原先的轴端安装式测速传感器无法固定，使用时上下摇摆，实际测速值波动幅度达5%，采用国产返回皮带安装式测速传感器后，传感器运行稳定，实际测速值波动幅度仅（1-2）%，反而提高了电子皮带秤的检测精度。国产测速传感器的价格仅为进口的1/3左右，所以在大多数情况下是有可能用国产测速传感器替代进口测速传感器。

3.4 用三线制测速传感器替代两线制测速传感器 我厂原有一台电子皮带秤的进口两线制传感器损坏，该两线制传感器价格昂贵，我们就想用国产三线制传感器替代，在实际维修该秤时我们将三线制传感器的正电源、速度信号脉冲两根线按要求接入显示仪表的正电源、速度信号脉冲两输入端，而将第三根连接线（电源地）接到称重传感器的电源地输入端，皮带秤显示表左上方的小光点又开始旋转运动，表示此时显示仪表可接收三线制测速传感器的信号，随后我们又在菜单的速度传输系数一栏中对速度显示值作了修正，电子皮带秤工作就恢复正常了。

3.5 用变频器的脉冲输出替代测速传感器 在某些应用场合，如果皮带机的驱动电机是由变频器控制的，由于变频器通常带FMP（脉冲波型输出），在不存在皮带打滑及测量精度要求不高的情况下，也可以用变频器FMP脉冲波型输出替代测速传感器接入显示仪表。应该注意的是，变频器的FMP脉冲波型输出并不是真正的皮带速度测量信号，而是皮带驱动电机的控制给定信号，在皮带不打滑的情况下两者是一致的。

综上所述，当我们较为透彻的了解了测速传感器的工作原理、信号类别及显示仪表的关系后，就有可能根据现场情况灵活应用，以满足生产现场各种要求。

参考文献：

霍尔传感器测速系统的设计 篇7

关键词：霍尔效应,霍尔传感器,测速系统,设计

传感器是采集和获取信息的工具, 是现代信息系统的“感官”, 又称“电五官”。传感器与传感技术应用非常广泛, 已经渗透到家居、农业、工业、医学、军事、环保、交通等各行各业, 对系统的自动化程度和测控质量起着重要的作用。霍尔传感器是常用传感器的一种, 具有感受磁场的独特能力, 电路结构简单、噪声小、体积小、动态范围大、频率范围宽、寿命长等优点。可以用磁场作为被检测信息的载体, 在测量技术中, 将位移、力、加速度、角度、角速度、转速等非电、非磁物理量转换为电量[1,2]。

1霍尔传感器

霍尔传感器是利用霍尔效应原理, 集成封装和组装工艺制作而成, 可以很方便地将磁输入信号 (被测量) 转换成电动势输出的一种传感器[3]。

根据霍尔效应和左手定则, 判定霍尔电动势的方向和大小, 即:。

其中kH为灵敏度系数, 与载流材料的物理性质和几何尺寸有关, 表示在单位磁感应强度和单位控制电流时的霍尔电势的大小。霍尔效应如图1所示。霍尔传感器的符号、测量电路如图2所示。

2霍尔传感器的应用

霍尔传感器可以测量的物理参数有磁场、电流、位移、压力、振动、转速等。在电机控制系统中, 测速电路是其中具有代表性的实例之一。本实验系统采用博世力士乐传感实验装置, 主要由传感器实验台、直流稳压电源、传感器、直流电机和信号处理电路模块组成[4,5]。

2.1框图设计

根据霍尔传感器的工作原理, 设计一个路程测试电路, 通过信号拾取、低通滤波电路、单片机信号处理、显示输出等单元电路实现其功能, 采用数字示波器进行输出信号的动态观察和测量[6,7,8]。该测试系统的结构框图如图3所示。

2.2工作原理

根据电路设计框图, 测速电路可以分为信号拾取、信号处理和显示电路三个部分, 如图4所示。

2.2.1信号拾取电路

由齿轮的位移信号通过齿轮的齿峰和齿谷与永久磁铁、霍尔传感器之间, 产生一个输出电压, 以满足后续电路的触发信号。

2.2.2信号处理电路[9]

该电路部分是整个测速系统的核心。通过差分放大器和反相器调理成一个可以满足单片机输入脉冲的方波脉冲信号。由于霍尔传感器输出的电压信号高电平在电源电压, 在 (11—12) V之间, 低电平在0V左右, 这个该脉冲信号的电压值不符合单片机接口要求, 可以利用一个三极管整形电路处理电压信号, 使其满足单片机的接收要求。当三极管的输入为“1”时, 三极管V 1的发射结、集电结都正偏, 三极管处于饱和状态, 其输出电压约为0;当三极管的输入为“0”时, 三极管V 1的发射结反偏, 三极管处处于截至状态, 其输出电压约为+5V, 这样经过经处理产生的方波脉冲即可满足单片机要求。

2.2.3显示电路[10]

由AT89C 52单片机和LED显示器组成, 单片机的I/O口线数据采用串行输入并行输出, LED显示器采用共阳极接法。将AT89C 52的3个端口, 分别与4片74LS164移位寄存器相连, 其中引脚A、B为串行输入端, 引脚Q 0～Q 7为8位并行输出端, 引脚CLK为时钟脉冲输入端, 上升沿触发有效, 引脚CLR为复位端, 可以通过开关“S”确定CLR的电平信号, “S”闭合CLR=“1”, “S”断开CLR=“0”。74LS164功能表如表一所示。当CLK=“0”, CLR=“1”时, 74LS164输出保持不变;当CLR=“0”时, 数据复位, 74LS164输出为0, 此时输出信号与其他信号无关。AT89C 52的P3.0口发送串行输入数据, P3.1口发送移位时钟脉冲, 在CLK的上升沿作用下, 串行口发送缓冲器的数据依次移入寄存器, 记录的数据即为车轮运行的圈数, 行程S=nC (n是圈数, C是车轮周长) , 最后利用数学公式v=S/t即可得出速度。

需要说明的两点: (1) 由于74LS164无并行输出控制端, 在串行输入过程中, 其输出状态的变化会造成不应显示的字段显示出来, 影响显示效果。由于三极管V 2的基极受P1.0口线控制, P1.0=“1”时, 三极管饱和导通, 输出约为0.3V, LED不发光;P1.0=“0”时, 三极管截止, 输出约为5V, LED发光。可以通过适当调节Pp阻值改善这个现象。 (2) 如需扩展, 可在74LS164的高位片向下接。

2.3数据仿真

示波器检测, 可以得出传感器的输出电压与车轮的转速有关, 如图5所示。

3结语

本测速系统选用霍尔传感器作为信号采集器件, 具有频响快、耐干扰等优点。设计过程中辅以合适的信号调理电路, 经过单片机和移位寄存器进行计数来实现里程和转速控制, 最后通过LED显示器将数据表示出来, 整个测速系统结构简单、成本较低、实时检测效果好、调试方便。

参考文献

[1] 何道清.传感器与传感器技术.北京:科学出版社, 2004

[2] 谢志萍.传感器与检测技术.北京:电子工业出版社, 2008

[3] 谢勇.一种新型的电感式位移传感器.传感器技术, 1999;18 (2) :22—24

[4] 康华光.电子技术基础 (数字部分) .4版.北京:高等教育出版社, 2004

[5] 吴卫华.磁电式传感器设计性实验研究.江苏技术师范学院学报, 2009;6 (2) :34—37

[6] 于彤.传感器原理及应用.北京:机械工业出版社, 2008

[7] 力士乐.《传感器技术》培训包理论手册, 2007

[8] 殷建, 李志远.电感式传感器在圆度仪中的应用.机械工程师, 2007;5:107—108

[9] 赵树磊.基于霍尔传感器的电机测速装置.江苏电器, 2008;10:53—56

基于FPGA的电机测速系统设计 篇8

1 光电传感器和电机转速测量原理

1.1 光电传感器

光电传感器是一种采用光电元件作为检测装置的传感器, 利用红外线穿过不同颜色物体产生高低不同电信号原理, 将光电传感器接收到的信号转化成电信号。该器件结构简单 (由光源、光学通路和光电器件组成) , 灵敏度高, 测量范围广 (可以测量物理量多) , 误差小。因此, 光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛[2]。电机测速系统设计采用的光电传感器是ST188[3]。ST188是一种反射式红外光电传感器, 是由高发功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成。

1.2 电机转速测量原理

电机测速系统中, 将有均匀分布的明暗条纹的光栅盘固定在光电传感器ST188的发射器与接收器之间, 光电传感器ST188和光栅盘连接图如图1所示。同时, 将直流电机和光栅盘同轴相连。接通电源后, 直流电机开始工作, 带动光栅盘同速转动。

当光电传感器ST188的发射管发出红外线通过暗条纹时, 暗条纹吸收红外线, 接收管截止, 没有电流通过, 则光电传感器输出端为电源电压即为高电平, 而当红外线通过亮条纹时, 亮条纹反射红外线, 接收管饱和, 光电传感器输出端为低电平。直流电机不停工作, 带动光栅盘同速转动, 光电传感器产生红外线光不停从发射端发出, 通过黑白相间的条纹, 在比较器OPA350的输出端不断产生高低电平, 形成脉冲信号。

本系统采用的是448线的光栅盘, 则电机或者圆栅盘旋转一周产生的脉冲个数为448。设电机的转速为v, T秒内获得的总脉冲数为n, 电机转速计算公式为:

故内的脉冲个数n, 即为电机的转速。

2 系统总体结构

系统结构框图如图2所示。该系统主要包含三个模块:转速信号采集模块;信号处理模块;显示控制模块。其中, 信号处理模块与显示控制模块采用Verilog HDL进行设计。

2.1 转速信号采集模块

电机与光栅盘同速转动, 由光电传感器发射端发出红外线通过光栅盘不同颜色条纹产生高低不同电平, 即脉冲信号。

2.2 脉冲个数测量模块

系统首先通过转速信号采集模块将电机的转速转换成脉冲信号, 由式 (2) 知:该脉冲信号在60/448秒内的脉冲个数即为电机的转速。脉冲个数测量模块主要完成对60/448s内的脉冲个数进行计数, 该模块是整个设计的核心模块, 采用Verilog HDL[4]语言进行编程设计。通过QuartusⅡ6.0对该模块的仿真结果如图3所示。

3 结论

测量转速是以频率测量为基础的, 设计采取计数法测频原理, 运用Verilog HDL编程, 给出实现程序和仿真波形。系统基于FPGA技术实现转速测量, 具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性, 极大地提高了电子系统设计的灵活性和通用性, 大大缩短了FPGA工程的开发时间, 并缩小了系统工程师与硬件工程师的隔阂, 具有很好的实用价值。

参考文献

[1]侯同强, 刘和平.FPGA与CPLD器件的特点与应用[J].电子与自动化, 2000, 2:8-11.

[2]李福进, 陈至坤, 王汝林等.基于单片机的转速测量方法[J].工矿自动化, 2006, 2 (1) :54-55.

测速系统 篇9

测速雷达是应用多普勒效应原理,即移动物体对所接收的电磁波有频移的效应,由接收到的反射波频移量计算得出被测物体的运动速度。当某一目标相对于雷达有一定的径向运动时,运动目标的回波将同杂波一道进入雷达接收机,且运动目标的回波电平往往比杂波电平低很多倍,运动目标回波被淹没在杂波中;这时要想在时域范围内将它们区别开来已不太可能;本文从分析运动目标与杂波的频谱特性入手,介绍某车载测速雷达中利用快速傅里叶变换(以下简称FFT)进行谱分析。

数字信号处理单元(DSP)是将雷达收发机送来的连续波信号由时域转换到频域进行谱分析处理,它是整个雷达系统的核心部件,DSP采用Texas Instrument公司高速、高精度定点DSP处理器(TMS320C64XX)作为谱分析平台,可同时输入和处理两路模拟信号,运行速率达1000MHz,单指令周期为1ns,非常适用于信号分析。测速雷达集计算机软件技术,通信技术,测控检测技术为一体,对微量信号变化采用FFT变换处理,使用DSP的内核实时处理反映当前速度值变化,每0.08秒输出一个脉冲形式的速度信号,距离分辨率:4mm/pulse,误差范围控制在5%。

2 设计思想和系统框图

2.1 基本设计概念和处理流程。

DSP将雷达收发机送来的两路连续波信号放大后,A/D按照100KHz的采样频率采集多普勒频移信号,接口FPGA把这些采样值缓存在双口RAM中,每缓存8K×12bit的雷达采样数据向DSP送中断,DSP的中断处理程序把这一帧的值作转换、滤波后进行FFT变换,再取频谱的最大值的下标,再把下标转换成频率值,再由公式转换出当前速度值。

2.2 系统框图。系统框图只对雷达的主要处理过程作描述;图1中,各方框表示系统组成的各个单元功能模块。系统框图见图。

系统框图只对雷达的主要处理过程作描述;图1中,各方框表示系统组成的各个单元功能模块。系统框图见图1。

3 系统硬件设计和功能

DS是整个设备的核心部分,包括运算器和控制器,而TMS320C64XX还将外围电路部件的定时计数器、中断控制器、D M A控制器、多功能串口等集成的DSP中。其中雷达收发机将运动目标的速度变换成微弱的正弦波信号与杂波一同送给DSP单元。

SDRAM、SSRAM作为同步动态数据存储器,是系统数据存储器之一。FLASH用作程序存储器,存放系统程序;A/D转换将模拟的信号转换成数字量的信号输出到FPGA。

数据传输:系统可用两种方式作数据的输出;分别是脉冲方式、RS422或RS232串口方式;输出的数据是检测到的速度值。

FPGA:实现三部分的功能。a.对A/D进行控制;b.对A/D转换的数据进行采集和转换,并缓存在FPGA内存中,由DSP响应中断再发送给DSP处理;c.定时接受DSP的控制信号。

信号放大:对微弱的电信号进行放大,系统采用可编程增益放大器对微弱的速度电信号放大到系统所需的电信号,增益放大范围0~30d B,步径1d B。

电源:系统电源部分由±5V直流电输入:DC1:+5V/1A;DC2:-5V/200m A;总功耗:小于5W。

4 系统软件设计和功能

软件系统采用了模块化的设计流程,编译环境充分利用TI公司提供Setup CCS2(C6000)系统软件,其软件框架图如图2。

4.1 软件包括5个模块。

4.1.1信号采集模块:A/D按照100KHz的采样频率采集多普勒频移信号经软件进行数据转换后送FPGA把这些采样值缓存在双口RAM中,DSP接受中断后将数据读取处理。

4.1.2窗函数滤波模块:用窗函数法设计FIR数字滤波器,对A/D采样的多普勒频移信号进行滤波。

4.1.3FFT变换模块:DSP接受中断后将经过滤波的数据读取,按照FFT变换进行频谱分析,计算出临时fd附近的频谱。

4.1.4计算速度模块:按照FFT变换分析的频谱,求出频谱的最大值对应的下标,按照下标求出频率,按照频率求出速度。

4.1.5输出模块:a.信号通过RS422输出;b.信号通过TTL方波发生器输出。

4.2 程序处理流程。雷达收发机送出两路I/Q双路正交多普勒频移信号经放大首先由A/D进行

雷达收发机送出两路I/Q双路正交多普勒频移信号经放大首先由A/D进行采样转换送FPGA,采样频率值100KHz。采集过程当缓冲区数据满时,FPGA产生中断信号,DSP响应中断,DMA开始读取块数据,同时对接收数据进行分实部、虚部为数据分配存储空间(其中虚部为0)。注意在程序实现时将数据在经过缓冲区时进行转换、分帧处理。

FFT变换模块完成的工作:对输入信号进行FFT变换求出临时fd附近频谱,根据频谱分析理论该算法能估计出信号的主频,此变换是整个系统软件中的核心。FFT子程序中的难点是有三重循环,一为各级蝶形运算;二为各级中的旋转因子;三为各旋转因子的各DFT序列值。FFT是有效实现DFT的一系列算法,它的基本原理是分而治之的方法,即将N点的DFT分解为数目逐步增加的较小DFT,与原始的N点DFT相比降低了计算量,还可以利用旋转因子的周期性和对称性进一步降低计算量;FFT变换程序流程图见图3。

5 结论

目前该项目已于2007年底完成工程样机试制,室内测试结果显示高速阶段测量误差符合标准,性能稳定,具有灵活性强、易于升级换代等优点。

参考文献

[1]颜允圣.数字信号处理器——体系结构、实现与应用[M].北京:清华大学出版社.

[2]马晓岩,向家彬.雷达信号处理[M].长沙:湖南科学技术出版社.

测速系统 篇10

关键词：GPS,加速度计,DSP,测速

在汽车道路试验中需要对多种运动参数进行采集, 其中车速是重要的参数, 其精确性直接影响着车辆性能试验的准确性, 同时对汽车整车动态性能的分析、制动系统的性能匹配和ABS的开发有着重要的意义和应用价值。传统车速测量的主要方法是接触式或非接触式五轮仪、雷达测速仪、相对式光电编码器等, 它们一般体积较大, 安装复杂, 且价格很高。

全球定位系统 (GPS) 是美国国防部研制的第二代卫星导航定位系统, 它为全球用户提供全天侯、连续、实时的高精度位置、速度和时间信息, 目前越来越多的用于车辆动态参数的测试。本设计采用GPS与惯性器件加速度计联合测量车速。

1、系统总体设计

系统采用“传感器+数据采集卡+上位机”的架构。在测量时, 数据采集卡由上位机控制完成对加速度计和GPS信号的采集, 以高精度的GPS信息作为外部量测输入, 在运动过程中修正由加速度计信号积分得到的瞬时速度, 以控制其误差随时间的积累。同时, 短时间内高精度的加速度计信号积分结果, 可以很好的解决GPS动态环境中的信号失锁和周跳问题, 实现速度信号的高精度实时采集, 并将数据通过USB接口实时回传存储在上位机的本地存储器中。车载测速系统的总体设计如图1所示。

2、系统硬件设计

2.1 传感器选型

本系统所选传感器包括GPS和加速度计。

GPS接收机选用加拿大马可尼公司研制开发的Superstar II, 其以低廉的价格和高可靠的性能等优点在车辆导航定位方面的到广泛应用。Superstar II具有超强的接收能力, 可在苛刻的条件下给用户提供高可靠性的三维坐标、速度、时间、卫星星历以及其他状态信息, 并能处理编译来自基站的差分改正, 最高可设置5Hz频率输出。

汽车道路试验时车辆加速度变化范围大约为-1g~1g, 市场上很多性能可靠的加速度传感器满足此要求, 如Freescale公司生产的MMA7260Q集成加速度计、VTI Technologies公司生产的SCA1000和SCA1020系列双轴加速度传感器、STMicroelectronics公司生产的LIS3L02DQ加速度传感器等, 此类传感器一般运行电流低, 且采用QFN小巧封装, 满足了车载工况的要求。因此, 只要配备合适的接口就都能在本系统中使用。

2.2 DSP芯片TMS320F2812

D S P选用是T I公司推出的C2000系列32位定点D S P芯片TMS320F2812。它实现了高性能数字信号处理器 (DSP) 与高精度模/数转换 (ADC) 及闪存 (FLASH) 的完美结合, 具有很高的运算速度、较大的寻址空间和丰富的片上外设资源, 显著地提高了系统的处理效率, 方便了系统的设计。

TMS320F2812主要特性有:32位高性能CPU, 150MHz主频, 低功耗设计;18K*16bit的RAM和128K*l6bit的Flash存储器;16通道12位的模/数转换接口, 双通道可同时采样, 流水线采样最高速60ns;CAN总线接口, 传输速率最高可达1Mbps等[1]。

2.3 USB接口电路

本系统选用Philips公司的ISP1581型接口电路作为USB接口。ISP1581完全符合通用串行总线 (USB) Rev2.0规范, 支持7个IN端点, 7个OUT端点和一个固定控制IN/OUT端点;内部集成了串行接口引擎 (SIE) 、PIE、8KB的FIFO存储器、数据收发器、3.3V的电压调整器和PLL的12MHz晶体振荡器, 具有高速的DMA接口, 同时可通过软件控制与USB总线的连接 (Soft Connect) [2]。

ISP1581中BUS_CONF通过1.5kΩ电阻接高电平, ISP1581工作在通用处理器模式, RREF引脚通过12kΩ精密电阻接模拟地, 提供精确的镜像电流。AD[7:0]为8位地址线, DATA[15:0]为独立的16位控制器数据总线。TMS320F2812的XCS0AND1作为ISP1581的片选信号, TMS320F2812与ISP1581的数据交换采用中断方式, 中断信号接入TMS320F2812的XINT1引脚。USB接口电路如图2所示。

3、系统软件设计

3.1 系统软件总体方案

在汽车道路试验动态检测过程中, 车速的测量周期一般设定为5 ms。而GPS接收机传送速度信号周期为200 ms, 因此要以GPS信号产生的时刻为起点精确定时5 ms对加速度计采样, 推算出两个GPS信号之间的车体速度。

GPS数据接收机上电初始化, 发送数据报文请求, 等待GPS秒脉冲的到来接收GPS数据和加速度计采集数据。GPS信号发送采用查询方式, 接收采用中断方式。加速度计信号在定时器中断里进行软件触发采样, 每次采集完成后触发中断, 等数据处理完后重新打开中断。

系统软件流程图如图3所示, 定时器中断流程图如图4所示[3]。

3.2 上位机数据融合算法

汽车的瞬时速度取决于加速度的大小和作用的时间, 是对加速度的积分, 可表示为:, 式中V (t0) 为初始时刻车辆的运动速度向量。即通过GPS接收机测得的车辆初始速度信号, 再对加速度计测得的加速度信号进行积分, 就能得到任何时刻的车辆瞬时速度。因此, GPS信号和加速度计信号在上位机中经过数据融合才能转换为速度信息。上位机数据融合算法结构如图5所示[4]。

全局Kalman滤波器对GPS接收机输出的速度信息和加速度计输出加速度信息进行融合与滤波, 局部Kalman滤波器对GPS接收机输出间隔中的加速度计插值数据序列进行融合与滤波。

4、结语

基于DSP的车载组合测速系统性能稳定, 成本较低, 使用方便;该系统在与上位机采用USB2.0通讯代替传统的RS232串口通讯, 具有采样频率高、数据处理能力强、传输速度快等优点, 能充分满足汽车道路试验时对车速高精度实时测量传输的带宽要求。该系统是汽车道路试验中车速测量的一个新的尝试, 随着技术的成熟, 必将在更多的方面得到广泛应用。

参考文献

[1]苏奎峰, 吕强, 耿庆锋等.TMS320F2812原理与开发[M].北京:电子工业出版社, 2005:262-274.

[2]Philips Semiconductors.ISP1581 Product Datasheet Rev.05[Z].2003.

[3]冯长钰.基于DSP的汽车道路试验数据采集与分析系统的研究[D].南京:东南大学仪器科学与工程学院, 2008.

测速雷达在舰炮武器系统中的应用 篇11

在现代战争中,随着大量高新技术在舰炮中的广泛应用,适应信息化作战要求的新一代舰炮武器系统又开始受到人们的高度重视,使舰炮又焕发出勃勃生机。新形势对舰炮提出了新的要求,其中提高射击精度就是一项重要指标。理论与实战均表明,在对海上目标进行集中火力射击时,新舰炮武器系统能极大地提高射击效力。而对于近程防空反导,没有高精度的舰炮则无法进行有效拦截。提高舰炮的射击精度,一是通过提高火控系统对目标的探测跟踪精度和解算瞄准精度,从而提高弹丸的弹着精度;二是在弹丸上应用制导技术。这里主要对第一种方法的有关问题加以介绍,侧重介绍了测速雷达的重要作用。

1 测速雷达与舰炮武器系统的关系

1.1 舰炮武器系统的组成

舰炮武器系统是一个复杂的作战系统,该系统主要包含火炮分系统、雷达分系统、光电分系统、捷联分系统、测速雷达和火控分系统等。测速雷达的作用就是在闭环校射过程中实时地为火控分系统提供精确的火炮弹丸的初速,以提高火炮的射击精度。

舰炮武器系统组成图如图1所示。

1.2 测速雷达的组成及原理

测速雷达采用连续波、单天线、零中频、多普勒效应体制,终端采用专用数字信号处理器进行频谱分析,计算出弹丸回波的多普勒频率,再进行数据处理,计算出初速。测速雷达由终端机和高频头组成。高频头固定在舰炮炮管的根部,可以随舰炮一起做俯仰和水平方向的转动,天线始终与炮口指向一致。终端机固定在主炮控制室内,通过电缆与高频头相连。测速雷达的加电可由火控系统控制,加电后自动预置参数并进入准备状态,舰炮射击后,测速雷达可自动录取数据。舰炮射击瞬间,高频头可感知弹丸出炮口的火光,从而给出弹丸出炮口的时间信息,并接收弹丸回波信号,将检测出的多普勒信号通过电缆传输给终端机,终端机计算出初速后,再计算预测初速,然后将这2种数据实时传输给火控分系统。

2 初速对提高舰炮射击精度的作用

舰炮的作用主要可分为3个方面:对海攻击、对岸火力支援和近程防空反导。尤其在近程防空反导中,情况更为复杂,目标机动性强。为了命中目标,首先需要确定舰炮射击时的射击诸元,也就是解命中问题。

解命中时,目标的航路机动是未知的,需要我方进行预测判定,因此,解命中问题的一般步骤如下:

① 测定目标现在点坐标;

② 对目标运动规律进行假设并平滑求取目标运动要素;

③ 确定发射瞬间目标现在坐标和目标提前点坐标;

④ 修正非标准弹道气象条件的影响,计算非标准条件下的相对提前点和弹道点坐标;

⑤ 求取射击诸元。如果已知目标全航路信息,则也可以航路中的某一点作为命中点,求解出命中该点的射击诸元。称前一种方法为顺解命中方法,后一种为逆解命中方法。无论哪种方法,在求取射击诸元时,都必须知道初速。

舰炮的射击特点是目标通常高速运动,并且舰炮随舰也一起运动、摇摆,在这种情况下,舰炮要发射炮弹命中目标,就要精确计算出弹丸和目标的相会点坐标。例如射击的目标是飞机,首先要计算出飞机的坐标和航路,根据射击诸元调整舰炮射击方向,使发射的炮弹,飞行一段时间后,正好与飞机飞行这段时间后,在空中的某一点相遇,以达到摧毁目标的目的。这是个复杂的过程,命中精度与许多因素有关,初速是其中一个重要的因素。以往舰炮没有装备测速雷达,其弹丸初速都以射表数据置入,而射表数据与实际初速是有差别的。因为影响初速的原因很多,如:药温、装药量、弹重、药室的烧蚀程度以及炮管的寿命等都有关系。实践也表明,实际初速与标定初速确实是有差别的,有时甚至差别较大。而测速雷达可以实时修正这项误差。

距离与初速的关系为:

undefined。

式中:S为距离;V0为初速;t为弹丸飞行时间;a为负加速度。

对上式求微分得:

dS=t×dV0。

式中:dS为距离变化量;dV0为初速变化量;t为弹丸飞行时间。

下面举例给出具体数据的概念。

假设飞机以一定的速度向舰炮方向飞行,要想将其击落,舰炮就要瞄准飞机航路前方的某一点射击,使弹丸飞行一段时间后,正好与飞机相遇,将其摧毁。假设舰炮射击后,弹丸初速为980 m/s,负加速度为100 m/s2 ,弹丸飞行2 s后与目标相遇,此时目标与舰炮相距1 760 m,若初速误差为-10 m/s,即实际初速为970 m/s,仍按此方向射击,弹丸与飞机将无法相遇,距离误差为20 m。因为距离误差与弹丸飞行时间成正比,所以时间越长距离误差越大。即在同等的初速偏差下,要截击的目标越远,产生的距离误差越大。因为初速是确定弹迹的最重要因素,分析得知,当表定初速大于实际初速时,弹迹相对目标偏低落后。当表定初速小于实际初速时,弹迹偏高超前。所以只有当初速较精确时,脱靶量才会很小,从而大大提高命中率和射击效力。在舰炮武器系统全系统的数字仿真模型中所有误差源不变,仅初速误差用2种不同的方法仿真:① 以测速雷达瞬时测的初速预测下一发弹的初速,提供给指挥仪解命中;② 用火炮射击的弹发数的累积数总和估算初速,并提供给指挥仪解命中。共模拟了200个航次,每个航次射击18发弹。仿真结果表明,全航路至少命中1发的概率,前者为0.81,后者仅为0.59。仅这一项误差就使命中率降低了约20%。可见初速在提高火炮射击精度中的重要作用。

3 初速预测方法

如上所述,要想提高射击精度,就要预先知道弹丸的初速,而测速雷达测量初速要等到弹丸发射以后才能给出,所以要将测速雷达应用到舰炮上必须解决初速预测问题,即根据以往的测量结果预测出下一发弹的初速,来修正舰炮的射击诸元。下面介绍一种初速预测方法,该方法已成功运用在某型号舰炮武器系统中,实践证明效果良好。

经过对某型号舰炮实弹射击70发数据的分析,当采用当前测量值与前9发平均值进行累加平均获得的预测初速,最接近实际初速。预测初速平均值与实际测量初速平均值十分接近,仅差0.22 m/s,预测后初速或然误差下降了近4倍,预测初速误差平均值为0.27 m/s。

3.1 平均值计算

由当前测量值与前9发平均值进行累加平均获得。当前测量值超差或未处理出数据,则平均值仍采用原先平均值替代。

undefined。

3.2 预测值计算

当弹发数小于10时,采用3发弹滑动平均预测。当弹发数大于等于10时,采用当前发与前9发弹丸的平均值进行预测。

undefined,i>10。

式中,i为射击序号;Vn为雷达表定初速;Vi为初速雷达测得的第i发弹的初速;Vi预测为第i发弹初速的预测值。

3.3 异常值判定

异常值指当前测量值与预测值之差大于7 m/s的测量值。出现这种情况时,当前测量值以平均值替代,然后进行3点预测计算。设V′i为异常值,则V′i以undefined代替。

undefined。

出现异常值时要进行异常值统计,当异常值统计次数大于3时,预测值用平均值替代,即Vi+1预测以undefined替代,初速预测方法流程图如图2所示。

初速预测方法的成功应用提高了舰炮射击精度和命中率,并在实践中得到了验证。专家对测速雷达的重要作用给予了很高的评价。

4 结束语

理论和实践都充分证明了在舰炮武器系统中,正确使用测速雷达可以提高舰炮的命中率。初速预测方法解决了测速雷达在舰炮中的应用问题。因此,无论是在舰炮上,还是在其他火炮上,应用测速雷达的重要性已引起了有关方面的高度重视,而且正在被愈来愈多的相关方面所重视。这将对初速雷达研发的加强、性能的提高以及应用方法的研究起到极大的促进作用。

参考文献

[1]汪德虎,谭周寿,王建明,等.舰炮射击基础理论[M].北京:海潮出版社,1998.