基于线圈感应信号匹配的车辆测速技术研究与实现

论文摘要

近年来,由车辆超速导致的交通事故时有发生,不仅造成了巨大的经济损失,而且危害着人们的生命安全。精确检测车辆的速度是治理车辆超速违规行为的一个重要手段。环形线圈检测器是目前应用最普遍的车辆测速方式之一,而现有的线圈检测器主要是用于交通信息采集和交通状态分类,在用于车辆测速时存在着测速精度不高的缺陷,不能很好地满足超速执法的需要。在综合分析了目前国内外典型的环形线圈检测器的基础上,论文提出了一种基于线圈信号匹配的车辆测速系统,并给出了系统具体设计和实现方案。该系统将采集到的频率变化数据进行相关匹配,寻找出其峰值对应的时间即“渡越时间”,从而实现对车辆速度的检测。该系统可以弥补现有线圈检测器在测速技术上的不足,能有效地提高车辆速度检测的准确性。论文介绍了系统的结构及设计原理,并详细讨论了该系统的实现方法、实现过程和相关的关键技术。论文首先设计了基于工控机的数据采集试验系统,完成了数据采集软件的设计和相关的测试工作,并对采集模块中的信号整形电路进行了改进。系统中的数据采集模块由CPLD实现。在此基础上,给出了基于DSP的车辆测速系统的总体设计方案,初步完成了该方案的原理图设计,并在软件环境上模拟了信号相关匹配的车辆测速实现过程。系统的模拟仿真和实验表明,设计完成的硬件系统和相应的软件控制系统能够较好地解决环形线圈检测器在车辆测速中存在的问题,能够满足超速执法中测速的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和目的
• 1.2 车辆测速技术的研究现状
• 1.2.1 车辆检测技术的发展
• 1.2.2 车辆测速技术的现状
• 1.3 环形线圈检测器测速技术的现状
• 1.3.1 线圈检测器测速的技术优势
• 1.3.2 线圈检测器测速技术的主要问题
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 环形线圈车辆测速技术与原理
• 2.1 环形线圈检测器及其技术
• 2.2 环形线圈检测器的结构组成及检测原理
• 2.2.1 环形线圈检测器的结构组成
• 2.2.2 环形线圈检测器的检测原理及检测过程
• 2.3 环形线圈检测器的车辆速度检测原理
• 2.3.1 单线圈测速
• 2.3.2 双线圈测速
• 2.4 基于环形线圈信号匹配的车辆测速原理
• 2.4.1 互相关的数学基础
• 2.4.2 互相关法车辆测速原理
• 第三章 车辆测速系统的设计与关键技术
• 3.1 车辆速度检测系统的设计与实现
• 3.1.1 车辆测速系统的总体设计
• 3.1.2 系统设计原理及功能实现
• 3.2 频率数据的采样技术与原理
• 3.2.1 数据采样方式的选择
• 3.2.2 采样方法与实现原理
• 3.3 数据处理技术的选择
• 3.3.1 数字信号处理的实现方法
• 3.3.2 本系统中数据处理技术的要求
• 3.4 渡越时间的测量及改进
• 3.4.1 渡越时间的计算方法
• 3.4.2 减小渡越时间测量误差的方法
• 3.5 车辆测速算法的实现原理
• 3.5.1 互相关函数与卷积的联系
• 3.5.2 用DFT 计算线性卷积
• 3.5.3 FFT 求互相关的步骤
• 第四章 基于工控机的车辆测速系统试验系统的设计
• 4.1 试验系统的设计
• 4.1.1 系统的总体设计
• 4.1.2 检测电路的设计
• 4.1.3 整形电路的改进和设计
• 4.2 数据采集系统的硬件设计
• 4.2.1 CPLD 的硬件功能设计与实现
• 4.2.2 数据采集的硬件设计仿真
• 4.2.3 基于PCI 总线的数据采集卡的设计
• 4.3 数据采集系统的软件实现
• 4.3.1 数据采集与传输方式
• 4.3.2 软件实现流程
• 4.3.3 采集软件功能设计
• 4.4 试验结果分析及系统验证
• 第五章 基于DSP 的车辆测速系统设计
• 5.1 DSP 芯片选用
• 5.2 TMS320C5402 DSP 的硬件资源
• 5.2.1 TMS320C5402 DSP 的功能结构
• 5.2.2 TMS320C5402 DSP 片内资源
• 5.2.3 TMS320C5402 DSP 存储器结构
• 5.3 基于DSP 的车辆测速系统
• 5.3.1 DSP 处理系统的硬件设计
• 5.3.2 CPLD 与DSP 数据通信
• 5.4 A/D 采样以及D/A 接口电路的设计
• 5.4.1 A/D 或D/A 芯片的选用
• 5.4.2 A/D 及D/A 接口电路的设计原理
• 5.5 存储器电路设计
• 5.6 DSP 系统的其它外围电路设计
• 5.6.1 电源及电源管理电路
• 5.6.2 复位电路
• 5.6.3 时钟信号电路
• 5.6.4 JTAG 仿真接口电路
• 5.6.5 串行通信接口电路
• 5.7 DSP 芯片的初始化
• 5.8 DSP 程序的引导
• 第六章 车辆测速软件功能的实现
• 6.1 软件设计思想及实现流程
• 6.2 互相关测速的模拟仿真
• 6.3 互相关算法的软件开发环境及其实现
• 6.3.1 DSP 软件开发环境CCS
• 6.3.2 FFT 算法的编程与实现
• 6.4 车辆测速中的数据软件预处理
• 结论
• 结论与总结
• 后续工作的研究建议
• 参考文献
• 附录A 基于工控机试验系统的PCI 采集卡设计原理图
• 附录B 基于DSP 处理的车辆测速硬件原理图
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢