基于LM567的紅外線測速原理分析與設(shè)計

1、引言

在對機動車輛進行噪聲、加速性能、最高車速、油耗等環(huán)保、安全、經(jīng)濟指標進行測試時，都需要對車速進行測量和控制，現(xiàn)有國家標準中所規(guī)定的車速測量方法大都采用電子計時裝置或秒表，測量車輛行駛過一段固定距離所用的時間，然后求出平均車速。一般電子計時裝置的處理器和顯示器部分基本相同，只是測速傳感器部分有所不同，而傳感器的特性又直接影響到測量結(jié)果的準確性。目前常用的測速傳感器有壓敏傳感器、COMS攝像頭配合平行光源等，前者結(jié)構(gòu)簡單，但鋪設(shè)比較麻煩，傳感器易受損，長期使用后靈敏度降低，從而影響測量結(jié)果；后者靈敏度高，測量精確，但成本過高，涉及較多設(shè)備，對光源的擺放也有較高要求。

考慮到以上問題，筆者利用LM567設(shè)計出一種新的紅外線測速傳感器。這種傳感器體積小、成本低，操作簡單，使用方便，具有較高的靈敏度、準確性、穩(wěn)定性和抗干擾能力，適用于測量車輛在一段固定行駛距離內(nèi)的平均速度。

2、傳統(tǒng)測速裝置的工作原理

下面以測量摩托車加速噪聲為例，介紹目前通常采用的傳統(tǒng)測速裝置的原理及其優(yōu)缺點。圖1是摩托車加速噪聲試驗的布置簡圖。

圖1 ?試驗布置簡圖

（1）對于采用壓帶路試儀的測速方法，分別在AA’、BB’、CC’、DD’處擺放壓帶并將壓帶與路面良好粘貼，AA’與BB’、CC’與DD’之間的距離（即測速區(qū)）為1米，用線纜將壓帶與路試儀按順序連接，當車輛經(jīng)過AA’處壓帶時，觸發(fā)壓帶中的壓敏傳感器，該觸發(fā)信號被送到路試儀中，使其內(nèi)部計時裝置開始計時，當車輛通過BB’時，再次產(chǎn)生觸發(fā)信號使計時裝置停止計時，利用路試儀的內(nèi)部處理器，將通過AA’與BB’之間這段距離所用的時間轉(zhuǎn)換為車速，并顯示在液晶屏上。同理在CC’與DD’之間也可測得一個車速值，從而滿足噪聲測量的要求。這種測速方法工作原理簡單，但鋪設(shè)比較麻煩，傳感器易受損，長期使用后會造成靈敏度降低，從而影響測量結(jié)果。

（2）對于采用激光路試儀的測速方法，分別在A、B、C、D四個位置擺放四個平行激光光源，在A’B’C’D’四個位置擺放四個接收激光信號用的CMOS攝像頭，調(diào)整光源使其發(fā)出的激光對準攝像頭中心，將攝像頭按順序連接至路試儀，當車輛經(jīng)過AA’時，光線被阻擋，攝像頭產(chǎn)生一個觸發(fā)信號，使路試儀內(nèi)部計時裝置工作，當車輛通過BB’時，再次產(chǎn)生觸發(fā)信號使計時裝置停止計時，利用路試儀的內(nèi)部處理器，將通過AA’與BB’之間這段距離所用的時間轉(zhuǎn)換為車速，并顯示在液晶屏上。同理可在CC’與DD’之間測得一個車速值。這種測速方法的靈敏度和測量精確度都很高，但是操作極其不便，每個激光光源都需要獨立的電源供電，而且激光信號必須正對攝像頭的中心接收點，對光源的擺放有很高的要求，否則傳感器難以正常工作。

3、基于LM567的紅外線測速傳感器的工作原理

本文利用鎖相環(huán)音頻譯碼芯片LM567，設(shè)計出一種新的紅外線測速傳感器，其電路圖及工作原理如下。

3.1、LM567的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能

LM567專門用于解調(diào)某一單音頻率的調(diào)制信號，其工作頻率可高達500kHz。在工業(yè)自動控制、遙控遙測、保安報警等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。

圖2 ?LM567

LM567主要由正交相位檢波器、鎖相環(huán)和放大器等組成。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。LM567的5、6腳分別外接定時用的阻容元件R、C，R、C決定了鎖相環(huán)內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率f0，即f0≈1/1.1RC。電阻R跨接在5、6腳之間，6腳通過電容C接地（Uss）。若R取2~20kΩ，則LM567能解調(diào)出0.01~500kHz范圍內(nèi)的單音信號。LM567的1、2腳分別對地接一電容器，形成輸出濾波網(wǎng)絡(luò)和鎖相環(huán)低通濾波網(wǎng)絡(luò)，2腳上的外接電容器C2的容量決定了鎖相環(huán)的捕捉帶寬，其大小為Bw≈1070（Uin/f0C2）^1/2式中，Uin為由3腳輸入的正弦波信號電壓的有效值，要求Uin≥25mV，一般在100~200mV之間。1腳外接電容C1為正交相位檢波器的輸出濾波電容，其容量大小為2腳所接的電容C2容量的二倍以上，即應(yīng)滿足C1≥2C2。

（1）LM567作頻率調(diào)制器

2腳接鎖相環(huán)的低通濾波器的輸入端。從2腳加入的調(diào)制信號經(jīng)低通濾波器濾除帶外雜音和噪聲后，加至壓控振蕩器的中心頻率f0進行調(diào)頻，然后由5腳輸出調(diào)頻信號。調(diào)頻信號的中心頻率f0由接在5、6腳的RC阻容網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)來確定。用LM567作頻率調(diào)制電路時只使用了它內(nèi)部鎖相環(huán)路的低通濾波器和壓控振蕩器。改變RC網(wǎng)絡(luò)落的參數(shù)值，可實現(xiàn)對不同頻率的調(diào)制。

（2）LM567作頻率解調(diào)器

已調(diào)制信號從3腳輸入，當輸入信號的中心頻率與LM567內(nèi)的壓控振蕩器的中心頻率f0相等時，環(huán)路的低通濾波器（2腳）輸出已解調(diào)信號。