CN205374497U - 测速装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种测速装置，包括：控制模块、传感器模块、供电模块、全球定位系统GPS模块和输出模块；其中，传感器模块包括霍尔传感器和磁铁；控制模块的第一输入端与霍尔传感器的输出端连接，控制模块的第二输入端与GPS模块的输出端连接，控制模块的输出端与输出模块的输入端连接；供电模块分别与控制模块、霍尔传感器、GPS模块连接。本测速装置，若移动设备的速度小于或者等于预设速度阈值，控制模块根据传感器模块采集的数据获取移动设备的速度；若移动设备的速度大于预设速度阈值，控制模块根据GPS模块采集的数据获取移动设备的速度，速度测量准确率高。

Description

测速装置

技术领域

本实用新型实施例涉及测速技术，尤其涉及一种测速装置。

背景技术

随着农业的发展，需要对一些农机进行测速以提高农业生产质量。

农机测速一般采用霍尔传感器、雷达测速仪等设备测量农机速度，由于霍尔传感器成本低、使用简单，目前，大多采用霍尔传感器测速。采用霍尔传感器测速是将传感器探头安装在农机车轮的固定轴上，在轮毂上均匀的分布若干个磁铁，让传感器探头靠近磁铁，当车轮移动时，磁铁接近传感器探头时，霍尔传感器会产生信号变化，从而捕捉脉冲信号，控制系统根据相邻两个脉冲的时间间隔计算农机速度值。

但是，采用霍尔传感器测速，当农机速度较快时，由于相邻脉冲之间的时间间隔比较短，导致时间累计误差较大，从而造成速度测量不准确。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种测速装置，以提高农机测速的准确性。

本实用新型实施例提供一种测速装置，包括：

控制模块、传感器模块、供电模块、全球定位系统GPS模块和输出模块；其中，所述传感器模块包括霍尔传感器和磁铁；

所述控制模块的第一输入端与所述霍尔传感器的输出端连接，所述控制模块的第二输入端与所述GPS模块的输出端连接，所述控制模块的输出端与所述输出模块的输入端连接；

所述供电模块分别与所述控制模块、所述霍尔传感器、所述GPS模块连接。

在本实用新型一实施例中，所述输出模块包括数字接口电路；

所述数字接口电路的输入端与所述控制模块的第一输出端连接。

在本实用新型一实施例中，所述输出模块还包括输出电路、模拟/数字D/A转换电路和放大电路；

所述输出电路的输入端与所述控制模块的第二输出端连接，所述输出电路的第一输出端与所述D/A转换电路连接，所述输出电路的第二输出端与所述放大电路连接。

在本实用新型一实施例中，所述测速装置还包括信号调理电路；所述信号调理电路的输入端与所述霍尔传感器的输出端连接，所述信号调理电路的输出端与所述控制模块的第一输入端连接。

在本实用新型一实施例中，所述供电模块包括蓄电池和稳压降压电路；所述稳压降压电路的输出端分别所述控制模块和所述信号调理电路连接。

在本实用新型一实施例中，所述测速装置还包括与所述控制模块的第三输出端连接的显示器。

在本实用新型一实施例中，所述测速装置还包括与所述控制模块的第三输入端连接的按键模块。

在本实用新型一实施例中，所述控制模块的第一输入端通过输入/输出I/O端口与所述霍尔传感器的输出端连接；

所述控制模块的第二输入端通过串口与所述GPS模块的输出端连接。

本实用新型提供的测速装置，包括控制模块、传感器模块、供电模块、GPS模块和输出模块，若移动设备的速度小于或者等于预设速度阈值，控制模块根据传感器模块采集的数据获取移动设备的速度；若移动设备的速度大于预设速度阈值，控制模块根据GPS模块采集的数据获取移动设备的速度，采用两种不同的测速方法，自动测定被检测设备的行驶速度，既可以测定慢速移动的移动设备的速度，也可测定速度较快的移动设备的速度，测量准确度高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一提供的测速装置的结构框图；

图2为霍尔传感器的测速原理图；

图3为本实用新型实施例二提供的测速装置的结构框图；

图4为本实用新型一实施例提供的测速方法的流程图。

说明书附图：

1：控制模块；

11：控制模块的第一输入端；

12：控制模块的第二输入端；

13：控制模块的输出端；

131：控制模块的第一输出端；

132：控制模块的第二输出端；

2：传感器模块；

21：霍尔传感器；

211：霍尔传感器的输出端；

22：磁铁；

3：供电模块；

31：蓄电池；

32：稳压降压电路；

4：GPS模块；

41：GPS模块的输出端；

5：输出模块；

50：输出模块的输入端；

51：数字接口电路；

511：数字接口电路的输入端；

52：输出电路；

521：输出电路的输入端；

522：输出电路的第一输出端；

523：输出电路的第二输出端；

53：D/A转换电路；

54：放大电路；

6：显示器；

7：信号调理电路；

71：信号调理电路的输入端；

72：信号调理电路的输出端；

8：按键模块；

9：串口。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例一提供的测速装置的结构框图，如图1所示，该测速装置包括控制模块1、传感器模块2、供电模块3、全球定位系统(GlobalPositioningSystem，简称GPS)模块4和输出模块5；其中，传感器模块2包括霍尔传感器21和磁铁22。控制模块的第一输入端11与霍尔传感器的输出端211连接，控制模块的第二输入端12与GPS模块的输出端41连接，控制模块的输出端13与输出模块的输入端50连接；供电模块3分别与控制模块1、霍尔传感器21、GPS模块4连接。

其中，若移动设备的速度小于或者等于预设速度阈值，控制模块1根据传感器模块2采集的数据获取移动设备的速度；若移动设备的速度大于预设速度阈值，控制模块1根据GPS模块4采集的数据获取移动设备的速度。

在本实施例中，控制装置1可以为中央处理器(CentralProcessingUnit，简称CPU)、微控制单元(MicrocontrollerUnit，简称MCU)、单片机等，控制装置1是整个测速装置的控制核心，例如，可以采用ATMEL公司生产的ATmega162单片机，该单片机是一款高速嵌入式单片机，其拥有两个全双工独立的通用同步/异步串行收发器USARTO和USART1，可相互独立工作，互不影响，满足多路通信需求。供电模块3用于给控制模块1、传感器模块2、GPS模块4供电，该供电模块3可以采用车载蓄电池作为电源，输出模块5用于提供多种接口，可以输出模拟电压、脉冲、485等多种信号。

本实施例提供的测速装置，若移动设备的速度小于或者等于预设速度阈值，控制模块1根据传感器模块2采集的数据获取移动设备的速度；若移动设备的速度大于预设速度阈值，控制模块1根据GPS模块4采集的数据获取移动设备的速度。通常情况下，可以设置预设速度阈值为1.8km/h、2km/h等，可以根据实际需求设置其他的速度阈值。该测速装置的工作原理具体如下：

当移动设备开始移动后，速度比较低，控制模块1通过霍尔传感器采集速度信号。图2为霍尔传感器的测速原理图，如图2所示，移动设备的轮毂上均匀地安装若干块(n)磁铁22，在轮子转动时，轮子上磁铁22开始转动，霍尔传感器21每接近一个磁铁，输出一个脉冲信号，当轮子转动一周时，霍尔传感器21将输出n个脉冲信号。由于轮子转动一周的距离l是固定的，而磁铁也呈均匀分布，所以相邻两个脉冲信号之间的移动距离也是相等的，将相邻两个脉冲信号之间的移动距离定义为单位脉冲距离S_d，计算公式为S_d＝l/n。当一个脉冲信号输入到控制模块1的I/O口时，信号的下降沿触发控制模块1开启定时中断，定时器启动计时，当下一个脉冲到来时，停止计时，此时通过TCNT寄存器获取相邻两个脉冲信号之间的时间间隔Δt(ms)，根据公式v＝S_d/Δt＝l/(n*Δt)计算出移动设备的瞬时速度v，本次计算完成之后，将寄存器清零，准备下一次的计算。

当移动设备的速度超过预设速度阈值时，控制模块1根据GPS模块4采集的数据获取移动设备的速度。给GPS模块上电后，经过大约1分钟的启动时间，GPS模块将以字符串的形式持续不断的输出数据帧。可以设定GPS模块的串口传输的波特率为9600，数据输出格式采用$GPRMC，频率固定为5HZ，一旦开启工作，GPS不间断的将数据传给控制模块1，但是只有当移动设备的速度超过预设速度阈值时，控制模块1才根据GPS模块4采集的数据获取移动设备的速度。控制模块1为GPS模块采集的数据信息建立了相应的数据寄存器，通过串口中断服务程序对接收到的数据进行解析和处理。由于数据帧以’$’作为起始字符，当控制模块1的串口收到起始字符为’$’时，控制模块1允许接受后续的一连串字符；如果收到的第一个字符不是’$’时，控制模块1将舍弃这一数据帧，直到接收到下一个数据帧。数据帧以回车和换行字符为结尾，当控制模块1的串口接收到这两个字符后，认定这一帧数据为有效数据。控制模块1接收到有效数据帧后，将数据信息存储在相应的数据寄存器中，数据寄存器在每次新的数据到来时进行刷新。例如，GPS模块输出的数据格式如下：$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*<13><CR><LF>，其中，1是时间(时/分/秒)，2是定位状态，3是纬度，4是纬度半球，5是经度，6经度半球，7是地面速率，8是地面航向，9是日期，10是磁偏角，11是磁偏角方向，12是模式指示，13是校验和。控制模块1在接收到一个完整数据帧后，先分析数据帧是否接受完整，如果完整，再分析数据接受是否有效；这两项通过后才能处理字符串，提取其中的速度、经度、纬度等信息，并将地面速率信息转化为数字信息，存储到相应的寄存器中。

本实用新型提供的测速装置，包括控制模块1、传感器模块2、供电模块3、GPS模块4和输出模块5，若移动设备的速度小于或者等于预设速度阈值，控制模块1根据传感器模块2采集的数据获取移动设备的速度；若移动设备的速度大于预设速度阈值，控制模块1根据GPS模块4采集的数据获取移动设备的速度，采用两种不同的测速方法，自动测定被检测设备的行驶速度，既可以测定慢速移动的移动设备的速度，也可测定速度较快的移动设备的速度，测量准确度高。

图3为本实用新型实施例二提供的测速装置的结构框图，如图3所示，输出模块5包括数字接口电路51；数字接口电路的输入端511与控制模块的第一输出端131连接。数字接口电路51用于输出数字信号，以提供一个数字信号接口，例如，数字接口电路51可以为485电路，控制模块1将采集到的速度信息，发送给另外一个串口，串口通过max485芯片直接往外输出数字信号。

可选地，如图3所示，输出模块5还包括输出电路52、模拟/数字(DigitaltoAnalog，简称D/A)转换电路53和放大电路54；输出电路的输入端521与控制模块的第二输出端132连接，输出电路的第一输出端522与D/A转换电路53连接，输出电路的第二输出端523与放大电路54连接。其中，D/A转换电路53用于将输出电路52输出的数字信号转化为模拟电压信号；放大电路54用于将输出电路52输出的数字信号进行放大，生成脉冲信号。

在本实施例中，若控制装置为单片机，则可以采用单片机的16位定时器编号为1、工作模式为15的快速PWM功能，将速度信号转化为脉冲信号。脉冲信号的占空比固定为50％，频率与速度大小呈线性关系，根据国际标准，当速度为1KM/H时，对应输出频率为130HZ的脉冲信号，折算为1m/s的速度，对应输出36.11HZ的频率信号。通过D/A转换电路53，可以将速度信号转化为0-5V的模拟电压信号。

可选地，如图3所示，该测速装置还包括与控制模块的第三输出端133连接的显示器6。显示器6可以为液晶显示器、LED显示器等，控制模块1获取速度数据后，可以将速度、时间等其他相关信息显示到显示器6上，方便用户查看。

本实用新型实施例提供的测速装置，输出模块5包括数字接口电路51、输出电路52、D/A转换电路53和放大电路54，可以提供多种数据接口，方便嵌入到其他系统，可以测量不同的行驶测量，满足不同场合需求。

可选地，如图3所示，该测速装置还包括信号调理电路7，信号调理电路的输入端71与霍尔传感器的输出端连接，信号调理电路的输出端72与控制模块的第一输入端11连接。由于霍尔传感器21输出的脉冲信号的电压是12V，需要通过信号调理电路将信号比例缩小为5V的脉冲信号，以实现对霍尔传感器21输出的脉冲信号进行平滑处理。

可选地，如图3所示，供电模块3包括蓄电池31和稳压降压电路32；稳压降压电路32的输出端分别控制模块1和信号调理电路6连接。其中，蓄电池31的电压为12V，可以直接为GPS模块4和霍尔传感器21供电，稳压降压电路32将蓄电池的12V转化为5V电压供给控制模块1和信号调理电路6，不仅能为整个测速装置提供稳定持续的电压，还可以避免控制模块1和信号调理电路6由于电压过高造成损坏。

可选地，如图3所示，该测速装置还包括与控制模块的第三输入端14连接的按键模块8。用户可以通过按键模块8向控制模块1输入指令，以控制控制模块1的启动、关闭、以及其他的操作。

可选地，如图3所示，控制模块的第一输入端11通过输入/输出(input/output，简称I/O)端口(图中未示出)与霍尔传感器的输出端211连接；控制模块的第二输入端12通过串口9与GPS模块的输出端41连接。该串口可以是232串口。控制模块通过不同的数据通信端口获取霍尔传感器和GPS模块采集的数据，在速度较慢时，采用霍尔传感器采集的数据计算速度，在速度较快时，采用GPS模块采集的数据计算速度，提高了测速的准确率。

图4为本实用新型一实施例提供的测速方法的流程图，该方法应用于上述图1-图3任一实施例所示的测速装置，如图4所示，该方法包括以下步骤：

步骤101、测速装置上电，初始化装置。

步骤102、判断移动设备的速度是否大于预设阈值；若否，则执行步骤103，若是，则执行步骤106。

步骤103、获取霍尔传感器采集的数据。

步骤104、当霍尔传感器采集的脉冲信号的下降沿到来时开启定时中断，定时器启动计时。

步骤105、获取相邻两个脉冲信号之间的时间间隔，计算移动设备的速度，并执行步骤109。

步骤106、获取GPS模块采集的数据。

步骤107、将GPS模块采集的数据存储在相应的数据寄存器中。

步骤108、从数据寄存器的数据中提取移动设备的速度。

步骤109、将移动设备的速度存储到速度寄存器中。

步骤110、将移动设备的速度通过显示到液晶显示器的屏幕上。

步骤111、通过D/A转换器将速度对应的数据信号转化为模拟电压信号并输出。

步骤112、经过速度频率转换将模拟电话信号转化为脉冲信号并输出。

步骤113、将脉冲信号转化为数字信号并输出，并返回步骤102。

本实用新型提供的测速方法，若移动设备的速度大于预设速度阈值，控制模块1根据GPS模块4采集的数据获取移动设备的速度，采用两种不同的测速方法，自动测定被检测设备的行驶速度，既可以测定慢速移动的移动设备的速度，也可测定速度较快的移动设备的速度，测量准确度高。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种测速装置，其特征在于，包括：控制模块、传感器模块、供电模块、全球定位系统GPS模块和输出模块；其中，所述传感器模块包括霍尔传感器和磁铁；

所述控制模块的第一输入端与所述霍尔传感器的输出端连接，所述控制模块的第二输入端与所述GPS模块的输出端连接，所述控制模块的输出端与所述输出模块的输入端连接；

所述供电模块分别与所述控制模块、所述霍尔传感器、所述GPS模块连接。

2.根据权利要求1所述的测速装置，其特征在于，所述输出模块包括数字接口电路；

所述数字接口电路的输入端与所述控制模块的第一输出端连接。

3.根据权利要求2所述的测速装置，其特征在于，所述输出模块还包括输出电路、模拟/数字D/A转换电路和放大电路；

所述输出电路的输入端与所述控制模块的第二输出端连接，所述输出电路的第一输出端与所述D/A转换电路连接，所述输出电路的第二输出端与所述放大电路连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的测速装置，其特征在于，所述测速装置还包括信号调理电路；所述信号调理电路的输入端与所述霍尔传感器的输出端连接，所述信号调理电路的输出端与所述控制模块的第一输入端连接。

5.根据权利要求4所述的测速装置，其特征在于，所述供电模块包括蓄电池和稳压降压电路；所述稳压降压电路的输出端分别所述控制模块和所述信号调理电路连接。

6.根据权利要求1-3任一项所述的测速装置，其特征在于，所述测速装置还包括与所述控制模块的第三输出端连接的显示器。

7.根据权利要求1-3任一项所述的测速装置，其特征在于，所述测速装置还包括与所述控制模块的第三输入端连接的按键模块。

8.根据权利要求1-3任一项所述的测速装置，其特征在于，所述控制模块的第一输入端通过输入/输出I/O端口与所述霍尔传感器的输出端连接；

所述控制模块的第二输入端通过串口与所述GPS模块的输出端连接。