基于ARM的红外激光测速与数据传输系统设计

1、68传感器与微系统（Transducer and Microsystem Technologies ）2011年第30卷第6期基于ARM 的红外激光测速与数据传输系统设计张海艇，冯桂兰，田维坚（中国计量学院光学与电子科技学院，浙江杭州310018）要：针对目前车辆测速误判率较高，精度较低的现状，提出一种基于ARM 的红外激光测速与以太网TDC _GP2作为测速芯片，利用以太网控制芯片传输系统。该系统采用了LPC2103作为主处理器，摘ENC28J60实现系统与PC 机的连接，完成数据采集与传输功能。系统体积小，结构简单。模拟实验结果表明：系统可准确测量车速，并能快速可靠地传输数据。关键词：AR

2、M ；红外激光测速；数据传输；TCP /IP中图分类号：TP 3931文献标识码：A文章编号：10009787（2011）06006803Design of infrared laser velocimetry and datatransmission system based on ARMZHANG Hai-ting ，FENG Gui-lan ，TIAN Wei-jian（School of Optical and Electronic Technology ，China Institute of Metrogy ，Hangzhou 310018，China ）Abstract ：Aime

3、d at the condition that the velocimetry has high rate misjudgment and low precisionAn infrared laser velocimetry and ethernet transmission system is proposedThe system is based on ARMLPC2103is adopted as the main processor of the systemTDC _GP2is adopted as the velocimetry chipIn order to complete d

4、ata transmission ，the ethernet controller chip ENC28J60is adopted to accomplish the link between system and PCSimulation experiment show that the system can complete data transmission reliably and quickly with the standard ethernetKey words ：ARM ；infrared laser velocimetry ；data transmission ；TCP /I

5、P引言目前，国内各交管系统测速主要采用的方法有：雷达测速、地感线圈测速和激光测速。相比雷达测速与地感线圈测速，激光测速误判率更低、测速精度更高。激光测速主要有相位法和脉冲法，由于相位法所需电路更为复杂，成本更高，因此，目前脉冲法更为普遍。本文介绍了一种基于ARM 的红外激光测速与以太网传输系统。系统采用GB 724712001规定对人眼最为安全的I 类激光1图1Fig 1系统总体框图Overall structure block diagram of system：905nm 激光，作为测速用激光；采用专用12系统工作原理激光器射出的激光经分束镜后，一部分经扩束后射向测速芯片TDC _GP2进

6、行测速，最终通过由LPC2103与ENC28J60构成的以太网上传到PC 终端。1总体方案设计一小部分经分束镜反射后进入信号采集系统，信号采物体，集处理系统将此时刻记为T A 1，并开始计时；出射激光遇到部分漫反射激光通过透镜汇聚，进入系统，同时停车辆后，并将此时刻记为T A 2。此时可测得与车辆之间的距止计时，离D 1为D 1=（T A 2T A 1）c /2，（1）11系统总体架构系统主要由光学部分和电路部分组成。电路部分又可分为信号采集处理与以太网传输，总体架构如图1所示。收稿日期：20101017第6期式中c 为光速。张海艇，等：基于ARM 的红外激光测速与数据传输系统设计69所以，选

7、用雪崩光电二极管（APD ）作为光电转换元件，弱，既实现光电转换，又实现电信号的放大。APD 需要较高的因此，需加一高压模块反向偏压才能正常工作，（2）3T A 42个时刻，同理，再记录T A 3，可得D 2。因此，在这段时间内车辆的速度为v =（D 2D 1）/（T A 4T A 2）端22。信号放大芯片选用具有宽带宽、低相位失真、增益稳定的A733。由于信号放大的同时会将背景噪声同时放大，因此，其后需接一比较电路，以实现背景噪声信号的滤除。本系统选用高速（10ns 传输延时）、低功耗的MAX913。2）计时与驱动4计时选用德国ACAM 公司的TDC_GP2高精度时间此数据通过处理后，最后通

8、过以太网将其传至PC 终。电路系统设计21电路系统硬件设计ARM 模块、系统硬件主要分为光电转换、处理模块、以太网接口模块，其电路系统硬件设计框架如图2所示。自带SPI 接口，可与微机直接通信。该芯片间隔测量芯片，自身有2种测量范围，本系统选用测量范围为0ps 18s ，间隔脉冲对分辨能力为15ns 。驱动选用SCT89LE52微机，其全面兼容传统51单片机，并具有更强处理能力。为其设计的串口，不仅可用于程同时可起到校验以太网传输的准确性的作用。序下载，图2Fig 2基于ARM 的红外激光测速与传输系统结构框架图3）ARM 与以太网接口ARM 选用PHLIPS 公司的LPC21035，实现最小

9、ARM 系统。选用ENC28J60作为以太网控制器。该以太网控制器仅28个管脚，能完成数据链路层（MAC ）和物理层（PHY ）各项功能。其硬件电路连接如图3所示。Structure block diagram of infrared laser velocimetry and ethernet transmission system based on ARM1）光电转换与放大比较由于经车辆漫反射后所得到的激光脉冲信号十分微图3Fig 3以太网控制电路Ethernet controller circuit22电路系统软件设计软件设计主要有两部分组成：测速程序设计和以太网ENC28J60驱动代码

10、移植。系统移植了其关于实现IP （网TCP （传输控制协议），ARP （地址解析协议），IC-际协议），MP （网络控制报文协议）的部分代码6。ENC28J60驱动代码移植了AVRLIB 库中的enc28j60c 与enc28j60h 。系统初始化后，等待接收数据包，并对接收到的数据包进行判若为空，则继续等待下一个断。首先判断数据包是否为空，数据包。当接收到的数据包不为空时，读入以太网数据头，根据字段类型判断该帧类型。若为ARP 请求帧，则做出相应应答；若为IP 请求帧，则根据其协议字段内容转入相应程序设计。将触发TDC_GP2开始计数的信号记作开始信号，将触发芯片停止计数的信号记作停止信号。

11、此时TDC_GP2记并控制下一次测量，测量n （n =下时间间隔数值存入微机，10）次后退出。最后将这n 个量取平均值，得到平均时间间进而计算出相应速度值，送至以太网传输模块。隔，以太网程序设计最主要的部分是TCP /IP协议移植与70传感器与微系统第30卷TCP 与ICMP 响应程序7。其软件流程图如图4所示。对上述数据进行处理与分析，根据概率统计理论，以所测量的算术平均值的极限误差来表示系统误差珋= lim x 式中3，8，即（3）n 为测量次数，为所测量数据标准差最大的一项，0000346s ，这两组数据标准差分别为0000076，因此，取后者。代入公式后，得到其系统误差为 0464ns

12、 。因此，可保证速度测量精度在1km /h以内。通过比较单片机液晶显示值与以太网网页显示值，可得知以太网具有较高的传输正确率，已实现可靠连接。4结束语设计了一种基于ARM 红外激光测速与以太网传输系实验证明：该系统具有较高的测量精度，能与PC 终端统，建立有效的以太网连接传输数据。在本系统的基础上可继续研究和开发，朝着测速抓拍与传输一体化方向进一步发图4Fig 4程序流程图Flow chart of program展。参考文献：1GB 724712001，激光产品的安全第1部分：设备分类、要求和用户指南S 2霍玉晶，陈千颂，潘志文脉冲激光雷达的时间间隔测量综2001，31（3）：136139述

13、J 激光与红外，3郭冠军，中李树凯利用雪崩二极管检测激光脉冲信号J 2002，29（6）：541543国激光，4Park K ，Park JTime-to-digital converter of very high pulse stretc-hing ratio for digital storage oscilloscopes J Review of Scientific 1999，70（2）：15681574Instruments ，5周立功ARM 微控制器基础与实践M 2版北京：北京航2005：534，398402空航天大学出版社，6Stevens W RTCP /IP协议详解卷一：协

14、议M China-Pub ，2000：15译北京：机械工业出版社，7Axelson J嵌入式Ethernet 和Internet 通信设计技术M 骆丽，张岳强，欧小龙，译北京：北京航空航天大学出版3模拟实验测试结果由于条件和精确参考速度选取困难的限制，通过模拟实验，采用间接测量的方法，实现测速精度的计算。由式（1）、式（2）可知，对速度的测量可转换为对时间间隔的测量。模将反射回来的激光所产生的电信拟实验加入可控延时电路，号分为两路，一路经过延时电路，一路不经过延时电路，两路信号分别作TDC_GP2的开始计时和停止计时的信号，测得数据如表1所示。表1Tab 1所测时间间隔与已知延时对照表know

15、n time delay已知延时时间（s ）测试时间（s ）单片机液晶024884002489930248024899302490540248901037350503741760374037381003745120374176以太网网页0248840024899302489930249054024890103735050374176037381003745120374176Contrast sheet of measured time interval and2006：141143社，8费业泰现代误差理论及其基本问题J 宇航计测技术，1996（Z1）：25作者简介：张海艇（1985），男，浙江

16、嘉兴人，硕士研究生，研究方向为CCD 信号处理与传输。檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸（上接第64页）4张逊頔基于VxWorks 的VDR 人声识别技术的改进研究D 2006哈尔滨：哈尔滨工程大学，5胡海清说话人识别算法研究及其实现D 广州：广东江门2006五邑大学，6Gokhun T S ，Hamza OVoice activity detection in non-stationarynoise J IEEE Transactions on Speech and Audio Processing ，2000，8（4）：49507Reynolds D AAn overview of automatic speaker recognition tech-nology C Proc of the International Conference on Acoustics ，Speech and Signal Processing （ICASSP ），20028Reynolds D A ，Rose R CRobust text-independent speaker iden-J IEE