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车辆超声测速仪
班敬轩,李岁劳,陈淑,周博
西北工业大学自动化学院,陕西西安710129)
Speedometer of Vehicle Based on Doppler
BAN Jingxuan, LI Suila0, CHEN Shu, ZHOU Bo
School of Automation, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710129, China)
摘要:为车辆超声测速仪的硬件设计、制作、调
试和实验,研制出了一台车辆超声測遠仪原理样1工作原理
机。设计了采用TMS320F28035为主控制器的超
当波源与接收物体之间存在相对径向运动时,
声波测遠仪各部分的硬件电路并对硬件电路进行接收物体接收到的声音频率与波源发射的信号频
调试,最后用跑车实验验证了设计方策的可行性
率不一致,这种就是多普勒效应?。只需浏量接收
关键词:多普勒效应;超声波;测速仪
信号和发射信号的频率差,就得到汽车速度。
中图分类号:TP368
车辆多普勒测速原理示意图如图1所示,假设
文献标识码:A
发射信号的频率为f。,汽车沿水平方向的速度为,
文章编号:1001-2257(2015)10-0048-03
那么在P点接收到的频率为
Abstract: The paper includes the vehicle speed
ometer ultrasound hardware design, production,
Ucosa
testing and experimentation, the target is to devel
O'点接收到的频率为:
op a prototype vehicle ultrasound velocimetry. De
f2
c+ ucosa
COSO
signing every part of a ultrasonic velocimetry hard
ware circuit using TM$320F28035 and testing pro
totype hardware circuit Using ultrasound velocim
etry to perform car speedometer experiment. The
0 O
experimental results showed that: vehicle velocim-
etry meets basic design requirements.
Key words: doppler effect; ultrasonic; speedo
eter
1测速原理
多普勒频移为
0引言
C
Ucosa
传统的速度表或里程仪、全球定位系统GPS和
根据此公式可解算车辆速度。由于ag和'相
惯性加速度计是当前测量汽车速度的主要方式,但差很小,波速c远大于车速v,可将公式简化为:
是存在受环境影响大、易受于扰等缺点?。因此,迫
と Ucosa
切需要研究和寻找其他方法精确测量汽车速度,基
于多普勒效应的测速技术这时候进入了科研人员2系统硬件设计
的视线
多普勒测速仪的硬件系统包括电源、超声波发
收稿日期:2015-07-03
射电路、超声波接收电路、RS232接口、主控制器模
基金项目:西北工业大学本科生毕业设计(论文)重点扶持项目
块等,系统结构如图2所示。
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《机械与电子》2015(10)
车辆超声速仪
电源
器输出的电信号太弱,根本无法分辨回波信号,而
超声换能器十发射电路
且信号噪声很大,所以需要运算放大电路将信号放
主控制器RS-232接口「上位
大并且需要滤波。设计一级带通滤波放大电路如
超声换能器接收电路
图2系统结构
图4所示。运算放大器选择AD8606,单级一阶高
主控制器选择TMS320F28035芯片,采用开关
通滤波器的传递函数为
电源芯片TPS54103和线性稳压电源芯片
A(s)You(s)
Ro C
Vn(s)(R1C1s+1)(R2C25+1)
LM1117-3.3为系统提供5V和3.3V电源,下
由于多普勒效应回波信号的频率应满足:40
面详细介绍发射电路和接收电路。
kHz≤f≤46kHz,所以参数选择为:A=R2/R1=
2.1发射电路
100,R1=1kQ,R2=100k,C1=5nF,C2=30pF。
超声波探头选择基于压电效应的传感器?,超
由于AD8606由单电源+3.3V供电且回波信
声波发射模块脉冲源来自控制器,由于控制器输号以0V为对称轴上下波动,为了对整个回波信号
出信号的电流小,如果直接驱动超声换能器,输出可以无失真的放大以便进行后续的AD采样,将回
的声波信号也很微弱,以至于很难接收到回波信波信号向上平移1.65V
号,所以,发射模块需要设计功率放大电路。
根据实验,在设计的放大倍数下,回波信号可
设计了使用MAX232芯片的功率放大电路。以被不失真的放大,而且放大倍数也留有余量,使
MAX232芯片是单电源电平转换芯片,利用其内部得反射距离由于车辆颠簸变小时,回波信号也可以
的电平转换电路实现对输人信号的功率放大。
被不失真的放大。
发射电路图如图3所示。图中C和C是储能
133V C
电容,5和C5是滤波电容。由于MAX232仅由+5V
单电源供电,为了得到土10V的输出电压,采用电容
C4和G共同作用使V十端电压升至+10V。电容C
3.3V
和Ci5实现-端电压由+10V翻转为-10V,从而得
AGND
到士10的电源电压,士10V电压给内部电平转换电
#INA
ADS606
ADCINAO
AGND
OUT
路供电,在输人为0~3.3V的情况下,输出可达到士
10V。经过MAX232放大后驱动电压为20V,接收电
路可以接收到比较清晰的回波信号。
AGND
2.2接收电路
超声波接收电路用来接收回波信号,由于换能
图4接收电路
C
Ca
跑车实验
GND
跑车实验数据釆集程序设计
4
12
在跑车实验中,为了便于调试算法和观察算法
改进的效果,设计如下的跑车实验采集程序,将超
声波回波信号采样值发送到计算机上。
12
13
使用定时器0控制GPI/O0和GPI/O1发送两
路互补的40kHz的方波脉冲;定时器2用于触发
6
Cis
AD,AD采样频率控制为800ks/s
GND
数据发送采用査询方式,考虑到车辆超声测速
MA2R2AESE
仪原理样机的安装位置,为使数据传输可靠,设置
图3发射电路
波特率为38400b/s。
《机械与电子》2015(10)