一种用于车辆的测速装置及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108469530A(43)申请公布日2018.08.31(21)申请号201810313925.X(22)申请日2018.04.09(71)申请人吴卓航地址110000辽宁省沈阳市皇姑区香炉山路航院小区10-4号(72)发明人吴卓航(51)Int.Cl.G01P3/64(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种用于车辆的测速装置及方法(57)摘要本发明涉及一种用于车辆的测速装置，特别涉及高温等恶劣环境下的车辆测速装置。本发明核心为传感器，所述传感器具有多个发射装置(3)设置在车轮上，具有一个接收装置(2)设置在车轮正上方的车辆底盘上，所述传感器采用非接触的感应原理，具有耐高温的特点。另外，所述测速装置一般包括：MCU模块,传感器检测模块，传感器单元，电源供电模块，定时模块，显示模块。本发明通过传感器检测模块对车辆进行数据测量，通过定时模块进行时间计算，通过MCU模块对数据进行卡尔曼数字滤波处理后，换算成车速，最后通过显示模块对当前车速进行实时显示。本发明测速准确、体积小、成本低量、对恶劣环境适应能力强，可广泛应用于车速的测量。CN108469530ACN108469530A权利要求书1/2页1.一种用于车辆的测速装置，其特征在于由以下部件组成：装置主要由MCU模块(5)、显示模块(6)、传感器检测模块(7)、传感器单元(8)、电源供电模块(9)、定时模块(10)组成；其核心部件为传感器检测模块(7)，传感器接收装置(2)和一个传感器发射装置(3)组成；一个传感器单元(8)，多个传感器单元组成传感器检测模块(7)；传感器单元的发射装置(3)通过螺丝安装在车轮(4)上，接收装置(2)通过螺丝安装在车轮正上方的车辆底盘(1)上；接收装置通过非接触的方式接受来自每个发射装置的信号；当接受装置与发射装置位于一条直线上时可以接受到发射装置发出的信号；MCU模块(5)分别与传感器检测模块(7)、定时模块(10)、显示模块(6)通过导线连接，电源供电模块为整个系统提供电源；MCU模块(5)使用具有高速处理能力的32位单片机，用于快速处理从传感器检测模块采集到的数据，并对数据进行相关运算，得到车辆的速度；对采集数据进行的相关处理采用的是卡尔曼数字滤波法。2.根据权利要求1所述的一种用于车辆的测速装置，其特征在于，所述的传感器检测模块采用非接触式的感应原理，具有耐高温的特点。3.根据权利要求1所述的一种用于车辆的测速装置，其特征在于，所述的传感器单元的接收装置和发射装置均采用耐高温材料制成。4.根据权利要求1中所述的一种用于车辆的测速装置，其特征在于，所述的定时模块(10)采用的是16位定时器。5.根据权利要求1中所述的一种用于车辆的测速装置，其特征在于，所述的显示模块(6)使用的是5位数码管。6.根据权利要求1中所述的测速装置，本发明提供以下测速方法：在车轮半径为r的情况下，本装置可以在车轮(1)上均匀的安装36个传感器发射装置；相邻两个接收装置之间圆心角为α＝10°，弧长可以根据以下公式①得到：式中l为相邻两个传感器之间的弧长，单位为m；α为相邻两个接收装置之间圆心角，单位为度；r为车轮半径，单位为m；定时模块(10)采用的是16位定时器，两个中断信号之间的时间间隔tk由所述定时模块获得，并将时间tk保存在MCU中；MCU上电之后，首先对定时器，中断，显示器进行初始化；然后开启定时器，定时器开始计时；当传感器的接收装置与其中一个发射装置在一条直线上时，接收装置将会被触发，并会通过中断的方式将信号传递给MCU；MCU接收到来自传感器接收端的中断信号后，存储当前的计时时间tk，并将定时器清零重新开始计时；为了实现时间的精确测量，提高测速精度，本发明采用卡尔曼滤波算法对采集到的时间tk进行处理，卡尔曼滤波算法原理和方法如下；卡尔曼滤波算法能够滤除随机性大，幅度较小，频带较宽的白噪声干扰；本发明结合卡尔曼滤波器原理和基本公式，建立系统的基本数学模型及相应核心算法如下；2CN108469530A权利要求书2/2页假设现在的系统状态是根据系统的模型，基于系统的上一个状态预测出现在的状态，如公式②所示：X(k|k-1)＝AX(k-1|k-1)+BU(k)②式中X(k|k-1)为利用上一个状态预测的结果；X(k-1|k-1)为上一个状态的最优结果；A为状态转移矩阵；B为控制矩阵；U(k)为现在状态的控制量，如果没有控制量，则为0；P(k|k-1)＝AP(k-1|k-1)A′+Q③式中P(k|k-1)为X(k|k-1)对应的协方差；P(k-1|k-1)为X(k-1|k-1)对应的协方差；Q为系统噪声；A′为A的转置矩阵；结合式②和式③得到的系统现在状态的