CN105158495A - 一种基于电源控制及输出脉冲频率的转速检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电源控制及输出脉冲频率的转速检测装置，包含转速传感器、脉冲整形放大电路、微控制器模块和显示模块，所述转速传感器通过脉冲整形放大电路连接微控制器模块，所述显示模块连接在微控制器模块的相应端口上，所述转速传感器包含光源发射器、转动齿轮和光电传感器，所述光源发射器和光电传感器设置在转动齿轮的两侧本发明结构简单、测量精度高。

Description

一种基于电源控制及输出脉冲频率的转速检测装置

技术领域

本发明涉及一种测速装置，尤其涉及一种基于电源控制及输出脉冲频率的转速检测装置，属于速度检测领域。

背景技术

目前，在我国交通运输过程中普遍存在着车辆超速行驶的现象，这种行为不但易对驾驶者造成伤害，还会对路边的行人或者其他车辆产生威胁，由此引发的交通事故屡见不鲜，给社会和人们的生命财产安全造成极大的危害。如何准确、高效的检测出在途车辆的行驶速度已经成为交通管理部门亟待解决的一个重要问题。

传统的车速检测方法有雷达测速、激光测速、红外测速、超声波测速和环形线圈检测等。这些方法在使用中都有一定的局限性，主要体现在：一，测量精度有限；二，发现车辆超速行驶时不能提供违章车辆的汽车类型和车牌号码等全面的交通信息，无法对违章车辆做出及时处理；三，设备易损坏，维护费用高。目前车速检测基本上都是在轮胎附近添加检测单元，用于检测轮胎转动所产生的各项参数，通过各项参数来计算判断车速，但是检测结果和速度精度都有待进一步提升。

电子仪表都是通过检测车速传感器信号的频率来确定车速的大小，如1Hz对应1km/h，60Hz对应60km/h。车速信号的频率一般由3个参数决定：轮胎直径D(或周长)，该参数可将轮胎的线速度即车速v(单位km/h)，转换成角速度ω1(单位rPm)，公式如下：ω1＝v/60πD，不同的车型轮胎直径不一样；传动比n，变速箱输出轴到轮胎之间经过的减速比n，该参数可将轮胎角速度ω1转换成齿轮箱输出轴角速度ω2，公式如下：ω2＝nω1，不同的车型传动比不一样；每转脉冲数m，传感器和齿轮箱配合，齿轮箱输出轴每转一圈，传感器产生m个脉冲信号，该参数将齿轮箱输出轴角速度ω2转换成仪表检测到的脉冲信号频率P(单位：Hz)，公式如下：P＝mω2/60＝mnω1/60＝mnv/(3600πD)。

通常仪表车速算法根据检测到的频率数值P，经过公式：v＝3600πDP/(mn)计算得到车速数值。即：v＝kP，常数k＝3600πD/(mn)。这种方法在仪表软件设计时有两点限制：要求能准确获知D、m、n这三个数据值，任何一个参数不准都会导致车速检测不准，任何一个参数未知时设计就无法完成；车型变化时，这三个参数中任何一个参数发生变化时，仪表软件都要作相应修改，也即要仪表型号作相应变化，已便与整车一一对应，型号增多给生产、管理、销售等各个经营环节带来的麻烦不一而足。

例如申请号为“201210342552.1”的一种车速检测方法，通过让整车以预定的速度v运行，可在整车检测线上车速测试台上进行，此时仪表检测到的信号频率P，经计算后得到k＝v/P，并将此值存入仪表系统中，作为仪表正常工作时的常数k，当仪表正常工作时，车速为v＝kP。采用本技术方案的有益效果方便可行，仪表软件设计者无须关注整车机械结构及相关参数，减少了产品开发过程中供需双方的技术交底工作，缩短了开发周期，适用于仪表外形尺寸相同的所有车型。但是在测速精度方面有待进一步提升。

又如申请号为“201310045928.7”一种基于枚举试探的车速检测方法，通过在图像上划出三条车道线，手动标记不少于三对特征点，建立映射表，划定跟踪区域，构建一幅背景图像，然后采用当前帧和背景图像做差分的方法进行目标识别，利用比率法寻找特征点，最后再利用枚举试探的方法计算车速。该发明的车速检测方法，能够实时、精确的检测出在途车辆的速度，配合智能交通系统的其他应用可迅速得到违章车辆的全面信息，不受环境限制。适用于智能交通管理中对车速的监测，减少交通事故的发生，具有广阔的应用前景。该发明虽然解决了车速测量，但是在测速精度方面有待进一步提升。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种基于电源控制及输出脉冲频率的转速检测装置。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于电源控制及输出脉冲频率的转速检测装置，包含转速传感器、脉冲整形放大电路、微控制器模块、显示模块和电源控制器，所述转速传感器通过脉冲整形放大电路连接微控制器模块，所述显示模块连接在微控制器模块的相应端口上，所述转速传感器包含光源发射器、转动齿轮和光电传感器，所述光源发射器和光电传感器设置在转动齿轮的两侧；

所述电源控制器包含采样滤波电路、磁偏检测电路、DSP模块、CPLD模块、隔离驱动电路、功率放大电路、远程通讯模块；所述采样滤波电路、磁偏检测电路、功率放大电路、远程通讯模块连接在DSP模块的相应端口上，所述DSP模块通过CPLD模块连接隔离驱动电路；

其中，所述光源发射器，用于产生持续的光脉冲；

光电传感器，用于将接收的通过转动齿轮的光脉冲转换成电输出脉冲；

脉冲整形放大电路，用于对光电传感器产生的电输出脉冲进行整形放大处理；

微控制器模块，用于根据采集单位时间内电输出脉冲个数进而得出汽车发动机转速；

显示模块，用于实时显示微控制器模块分析得出的汽车发动机转速。

作为本发明一种基于电源控制及输出脉冲频率的转速检测装置的进一步优选方案，所述光源发射器为发光二极管。

作为本发明一种基于电源控制及输出脉冲频率的转速检测装置的进一步优选方案，所述光电传感器的芯片型号为E3JK-5M3。

作为本发明一种基于电源控制及输出脉冲频率的转速检测装置的进一步优选方案，所述微控制器模块采用FLEX10K系列的CPLD芯片。

作为本发明一种基于电源控制及输出脉冲频率的转速检测装置的进一步优选方案，所述显示模块为LCD显示屏。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明结构简单、测量精度高、抗干扰能力强且能够精确地测量汽车发电机的转速，

简化了硬件电路，降低了产品成本，缩短了设计周期，提高了系统的可靠性和灵活性；

2、本发明抗干扰能力强且能够精确地测量汽车发动机的转速；本发明通过光电传感器将光信号转换成输出脉冲进而通过脉冲整形放大电路传输至微控制器模块计算得出发动机实际转速。

附图说明

图1是本发明的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，一种基于电源控制及输出脉冲频率的转速检测装置，包含转速传感器、脉冲整形放大电路、微控制器模块、显示模块和电源控制器，所述转速传感器通过脉冲整形放大电路连接微控制器模块，所述显示模块连接在微控制器模块的相应端口上，所述转速传感器包含光源发射器、转动齿轮和光电传感器，所述光源发射器和光电传感器设置在转动齿轮的两侧；

所述电源控制器包含采样滤波电路、磁偏检测电路、DSP模块、CPLD模块、隔离驱动电路、功率放大电路、远程通讯模块；所述采样滤波电路、磁偏检测电路、功率放大电路、远程通讯模块连接在DSP模块的相应端口上，所述DSP模块通过CPLD模块连接隔离驱动电路；

其中，所述光源发射器，用于产生持续的光脉冲；

光电传感器，用于将接收的通过转动齿轮的光脉冲转换成电输出脉冲；

脉冲整形放大电路，用于对光电传感器产生的电输出脉冲进行整形放大处理；

微控制器模块，用于根据采集单位时间内电输出脉冲个数进而得出汽车发动机转速；

显示模块，用于实时显示微控制器模块分析得出的汽车发动机转速。

其中，所述光源发射器为发光二极管，所述光电传感器的芯片型号为E3JK-5M3，所述微控制器模块采用FLEX10K系列的CPLD芯片，所述显示模块为LCD显示屏。

本发明结构简单、测量精度高、抗干扰能力强且能够精确地测量汽车发电机的转速，

简化了硬件电路，降低了产品成本，缩短了设计周期，提高了系统的可靠性和灵活性；本发明抗干扰能力强且能够精确地测量汽车发动机的转速；本发明通过光电传感器将光信号转换成输出脉冲进而通过脉冲整形放大电路传输至微控制器模块计算得出发动机实际转速。

目前大多数汽车速度检测都是通过在轮胎附近设置速度传感器检测速度，但是在精确度上远不如通过光电检测来的准确。

光电速度检测首先利用机械传动方式，将机车轮对的转速转化成光通量的变化，再通过光电转换元件将光通量的变化转换成电通量的变化，即把光脉冲转换成电脉冲信号，通过对电脉冲的计算得出转速。光电转换元件的的工作原理，即当光照射某种物质时，若入射光子能量足够大，致使电子逸出物质表面，或者电阻发生变化，或者产生电动势的变化。

FLEX10K系列器件是嵌入式PLD产品，每个FLEX10K器件包含一个嵌入式阵列和一个逻辑阵列。嵌入式阵列由一些嵌入式阵列块组成，用于实现各种复杂的逻辑功能。逻辑阵列由逻辑阵列块组成，用于实现通用逻辑。FLEX10K器件采用可重构的CNOSSRAM单元，其结构集成了实现通用多功能门阵列所需的全部特征，器件容量可达1万～25万门。具有功耗低、互连方式灵活、支持多电压I/O接口等特点，能够高密度、高速度、高性能地将整个系统集成于单个器件中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本发明所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种基于电源控制及输出脉冲频率的转速检测装置，其特征在于：包含转速传感器、脉冲整形放大电路、微控制器模块、显示模块和电源控制器，所述转速传感器通过脉冲整形放大电路连接微控制器模块，所述显示模块连接在微控制器模块的相应端口上，所述转速传感器包含光源发射器、转动齿轮和光电传感器，所述光源发射器和光电传感器设置在转动齿轮的两侧；

所述电源控制器包含采样滤波电路、磁偏检测电路、DSP模块、CPLD模块、隔离驱动电路、功率放大电路、远程通讯模块；所述采样滤波电路、磁偏检测电路、功率放大电路、远程通讯模块连接在DSP模块的相应端口上，所述DSP模块通过CPLD模块连接隔离驱动电路；

其中，所述光源发射器，用于产生持续的光脉冲；

光电传感器，用于将接收的通过转动齿轮的光脉冲转换成电输出脉冲；

脉冲整形放大电路，用于对光电传感器产生的电输出脉冲进行整形放大处理；

微控制器模块，用于根据采集单位时间内电输出脉冲个数进而得出汽车发动机转速；

显示模块，用于实时显示微控制器模块分析得出的汽车发动机转速。

2.根据权利要求1所述的一种基于电源控制及输出脉冲频率的转速检测装置，其特征在于：所述光源发射器为发光二极管。

3.根据权利要求1所述的一种基于电源控制及输出脉冲频率的转速检测装置，其特征在于：所述光电传感器的芯片型号为E3JK-5M3。

4.根据权利要求1所述的一种基于电源控制及输出脉冲频率的转速检测装置，其特征在于：所述微控制器模块采用FLEX10K系列的CPLD芯片。

5.根据权利要求1所述的一种基于电源控制及输出脉冲频率的转速检测装置，其特征在于：所述显示模块为LCD显示屏。