摘要：隨著人民生活水平的不斷提高，汽車的普及率也越來越高，因而交通管理加重，急需對汽車車速有一個(ge) 有效的檢測手段。本文介紹可用於(yu) 智能交通中較常用的微波雷達測速更準確的新的汽車激光測速係統的設計，闡述激光測速的方法與(yu) 特點，汽車激光測速係統的組成與(yu) 原理、硬件電路的設計、主要芯片的選用等。

　　關(guan) 鍵詞：激光測速 脈衝(chong) 法 相位法 發射模塊 接收模塊 芯片 硬件

　　1、激光測速的方法與(yu) 特點

　　隨著信息社會(hui) 的發展和改革開放的不斷深入，人民生話水平不斷提高，使汽車的普及率也越來越高，交通事故也時有發生，因而迫切需要對運行汽車進行檢測，尤其是能對汽車車速有一個(ge) 有效檢測手段，這也是現代智能交通係統中的重要組成部分，是目前交通管理方麵研究的熱點問題。

　　檢測汽車車速，大多用微波雷達測速，它除了檢測範圍大等優(you) 點外，其檢測速度的準確值較差，因而研發了激光測速係統。

　　(1)激光測速的方法

　　激光測速的主要方法有下列二類：

　　①脈衝(chong) 法測速

　　激光脈衝(chong) 法測速是在測距的基礎上實現測速。而激光測距是利用激光脈衝(chong) 持續時間極短，能量在時間上相對集中，瞬時功率很大的特點進行測距，在有合作目標的情況下，脈衝(chong) 激光測距可以達到極遠的測程。在進行幾有米的近程測距時，如果精度要求不高，即使不使用合作目標，僅(jin) 利用被測目標對脈衝(chong) 激光的漫反射所取得的反射信號，也可以進行測距與(yu) 測速。

　　激光脈衝(chong) 法測速的原理是，當係統工作時，脈衝(chong) 激光由發射單元發射，以光速到達目標物後反射回來被接收單元接收，通過激光脈衝(chong) 法測距原理計算距離而得到目標物距離，進而由連續測量的距離得到某段時間內(nei) 的平均速度，因為(wei) 這個(ge) 測量時間極短，因此這個(ge) 平均速度可認為(wei) 是瞬時速度，即實現脈衝(chong) 激光的測速。

　　②相位法測速

　　激光相位法測速，也可由相位測距法多次測量距離來實現。連續激光測距一般最大可測距離達百餘(yu) 千米，采用合作目標時可測幾百至幾十萬(wan) 千米，且精度很高。在民用領域，如地形測量、產(chan) 品誤差檢測等係統中，得到了普遍應用。

　　一般，連續光波型激光測距儀(yi) 的距離分辨率是很高的。通常，相位分辨率要達到一個(ge) 周期的千分之一是很容易的。要同時保持高測量精度和大的測量範圍，還必須利用數個(ge) 不同的調製頻率對同一距離進行測量，但這樣就會(hui) 增加係統的電路複雜程度。

　　由激光相位法連續測量的距離，得到某段時間內(nei) 的平均速度，就實現了激光相位法測速。

　　(2)激光測速的特點

　　這種激光測速具有以下幾個(ge) 特點：

　　①由於(yu) 激光光束強、方向性好，其測速距離相對於(yu) 雷達測速有效距離遠，可測1km外；

　　②測速精度高，誤差小於(yu) 1km/h；

　　③激光光束必須要瞄準垂直於(yu) 激光光束的平麵反射點。由於(yu) 被測車輛距離遠而處於(yu) 移動狀態，是非合作目標而不容易瞄準。目前美國激光技術公司已生產(chan) 出帶連續自動測速功能的激光測速儀(yi) ，專(zhuan) 門用於(yu) 解決(jue) 這一問題。

　　④鑒於(yu) 激光測速原理，激光測速儀(yi) 不可能在運動中使用，隻能在靜止狀態下應用，所以一般交警都把儀(yi) 器放在巡邏車上，停車靜止時使用；

　　⑤激光測速儀(yi) 的取證能力遠遠大於(yu) 雷達測速儀(yi) ，因而受到全世界廣泛的認可和推廣；

　　⑥目前大部分國家采用的激光測速儀(yi) 使用的是一類安全激光，對人眼晴安全。#p#分頁標題#e#

　　目前，市場上的手持式激光測距測速儀(yi) 的激光工作物質主要有下列幾種：

　　①工作波長為(wei) 905nm和1540nm的半導體(ti) 激光器；

　　②工作波長為(wei) 1064nm的YAG激光器；

　　由於(yu) 1064nm的波長對人體(ti) 皮膚和眼睛是有害的,特別是如果眼睛不小心接觸到了1064nm波長的激光,則對眼睛的傷(shang) 害可能是永久性的.所以,在國外,手持激光測距速儀(yi) 中,完全取締了1064nm的激光..在國內(nei) ,某些廠家還有生產(chan) 1064nm的激光測距測速儀(yi) .對於(yu) 905nm和1540nm的測距測速儀(yi) ,可稱為(wei) “安全”的激光測距測速儀(yi) .對於(yu) 1064nm的激光測距測速儀(yi) ,由於(yu) 它對人體(ti) 有潛在的危害性,所以被稱為(wei) “不安全”的激光測距測速儀(yi) 。

　　因此，我們(men) 也選擇了安全的激光器波長，設計了用激光測量汽車速度的係統。

　　2、汽車激光測速係統的組成及原理

　　由上述可知，相位法測速測量精度高，適於(yu) 觀測地形和誨浪起伏等需要更高精度的場合，但它對光路要求非常嚴(yan) 格，設計複雜。針對民用交通測速，在遠程和精度不高的情況下，脈衝(chong) 測速功率較大，係統比相位法簡單，易實現，更易於(yu) 操作，整個(ge) 係統較其他方法易達到使用者需求。因此，應用在交通控製如電子警察方麵，脈衝(chong) 測速法無疑是最好的一種方法。

　　但是，不管脈衝(chong) 法還是相位法，激光測速係統對於(yu) 測量角度要求非常高，測速係統應該正對運動物體(ti) 的運動方向，測量偏差角度應該小於(yu) 10o，這樣才能保證準確測量。如圖1所示。
 

 圖1、激光測速係統測量角度示意圖

　　激光脈衝(chong) 測速係統的總體(ti) 結構框圖如圖2所示。

　激光脈衝(chong) 測速係統主要由光學係統、硬件電路與(yu) 軟件處理3大部分組成。其中，光學係統部分由光學準自部分、分光係統組成；硬件電路部分由發射模塊(包括脈衝(chong) 驅動電路)、接收模塊(包括信號放大、整形濾波、計數電路)、計算機接口電路組成；軟件處理部分由CPLD脈衝(chong) 驅動、計數程序和單片機串口程序，以及與(yu) 上位機通信處理部分組成。

　　在圖4內(nei) ，虛線框內(nei) 是激光發射和接收的光學係統。圖中，①、③、⑤為(wei) 雙膠合透鏡；②、④為(wei) 分束鏡；⑥為(wei) 窄帶濾波片。這種濾波片的主峰波長為(wei) 905nm，半寬2nm，主峰偏差0.5nm。

　　激光發射模塊由脈衝(chong) 驅動電路、激光器、發射光學係統組成；激光接收模塊由接收光學係統、光電探測器、信號放大器、整形濾波電路與(yu) 計數接口電路組成。此外，激光電源由160V高壓電源和12V與(yu) 5V低壓電源組成。

　　激光脈衝(chong) 測速係統的基本工作原理是，通過雙膠合透鏡①，將激光器發出的脈衝(chong) 光聚焦為(wei) 平行光發射(即激光器的準自係統)，然後一部分光經分束鏡②、④到光電探測器，這是計時開始時刻t1；大部分光經雙膠合透鏡③匯聚後射向目標點，經目標點反射回來的散射光先通過笮帶濾波片⑥濾除雜波，再由雙膠合透鏡⑤將微弱的反射光會(hui) 聚到小麵積的光電探測器上，這是計時結束時刻t2。這樣，就可得到第1次測量的距離S1=(t2-t1)c/2。同理，對應第2次測量計時開始時刻t3與(yu) 計時結束時刻t4，可得到測量的距離S2，因而可計算出這段時間內(nei) 的平均速度

　　(1)

　　由於(yu) 測量時間極短，因此這個(ge) 平均速度可以認為(wei) 是瞬時速度(注：任意兩(liang) 次測量開始的時間間隔Δt一樣，即驅動電路重複頻率的倒數)。

　　值得提出注意的是，天氣是製約激光測速的重要因素，如在大霧天氣時激光測速的效果就較差。因為(wei) 在激光脈衝(chong) 傳(chuan) 播途中存在漫反射，所以為(wei) 擴大測量範圍、提高測量精度，激光脈衝(chong) 應具有足夠的強度。無論怎樣改善光束的方向性，總不可避免要有一定的發散，再加上空氣對光的吸收和散射，目標越遠，反射回來的光能量就越弱，甚至根本接收不到。因此，為(wei) 了測量較遠的距離，一方麵要使光源發射具有較高功率密度的光強；另一方麵要求激光脈衝(chong) 的方向性要好。這樣，可以把光的能量集中在較小的發散角內(nei) ，以射得更遠一些，光斑更小一些，從(cong) 而也可準確判斷目標的方位。

　　上述兩(liang) 種措施雖可擴大測量範圍，但要提高測量精度，對激光脈衝(chong) 也還有以下三點要求：

　　①激光脈衝(chong) 的單色性要好。因為(wei) 無論白天還是黑夜，空氣中總會(hui) 存在著各種殺雜散光，它往往會(hui) 比反射回來的光信號強得多。所以，激光脈衝(chong) 的單色性越好，窄帶濾波片的效果就越佳，就越能夠有效提高接收係統的信噪比，保證測量的準確性；#p#分頁標題#e#

　　②激光脈衝(chong) 的寬度要窄。即脈衝(chong) 上升時間和持續時間要短。因為(wei) 光速極快，光往返時間極短，光脈衝(chong) 周期至少應該遠遠小於(yu) 光往返時間才能正常測量，並且減小測量誤差，還可以提高係統的信噪比；

　　③接收的探測器的響應速度要足夠快。這樣，才能有效地提取脈衝(chong) 信號。

　　此外，影響激光脈衝(chong) 測速的範圍和精度的因素還有：接收機帶寬，計數器計數的精度，天氣變化，統計的脈衝(chong) 誤差等。

　　3、汽車激光測速係統硬件電路的設計

　　激光脈衝(chong) 測速係統的硬件電路部分主要由發射模塊、接收模塊和計算機接口模塊3部分組成。激光脈衝(chong) 測速係統的發射模塊硬件結構框架圖如圖3所示。

　　

圖3、激光測速係統的發射模塊硬件結構框架圖

　　激光測速係統的發射模塊主要由激光管PGEW3S09、驅動芯片MIC4452及CPLD芯片等構成。其工作原理是，從(cong) JTAG接口下載程序到CPLD芯片後，CPLD芯片不需要初始化，上電便開始工作，即為(wei) 由激光管PGEW3S09提供驅動脈衝(chong) ，同時驅動芯片MIC4452也開始工作。CPLD將在上電後發出極小占空比的測速脈衝(chong) ，然後將脈衝(chong) 送給驅動芯片MIC4452。激光管PGEW3S09的輸入端連接驅動芯片MIC4452的輸出端，由驅動芯片MIC4452產(chan) 生大電流脈衝(chong) 驅動，並使激光管PGEW3S09產(chan) 生脈衝(chong) 激光輸出。

　　激光測速係統的接收模塊和計算機接口模塊硬件結構框圖如圖4所示。

　　

圖4、激光測速係統的接收模塊和計算機接口模塊硬件結構框圖

　　激光測速係統的接收模塊和計算機接口模塊的基本工作原理是，當激光脈衝(chong) 經目標物反射回來後，由接收光學係統進行聚焦，集中光能投射至雪崩光電二極管APD。APD將接收到的激光脈衝(chong) 進行光電轉換，變成電信號進入放大器Ua733。而放大器雖放大了信號，但也同時放大了噪聲，因而不能提高信噪比。所以，要讓信號繼續通過比較器MAX913，這樣就可設定一閾值，以提取出”幹淨”的脈衝(chong) 信號，從(cong) 而好提高測量精度。經過比較的信號進入CPLD芯片，進行計數和處理，再通過單片機處理，由串口總線送入到PC中進行計算處埋，從(cong) 而顯示輸出所測速度值。

　　4、汽車激光測速係統主要電路芯片選擇

　　(1)激光發射模塊主要芯片選擇

　　由前述己知，激光測速係統的發射模塊主要由激光管PGEW3S09、驅動芯片MIC4452及CPLD芯片等構成。

　　①選定的激光二極管為(wei) 美國EG&G公司生產(chan) 的PGEW3S09，該管內(nei) 部是一個(ge) 容性負載，其典型值是300pF。顯然，對一個(ge) 大的電容負載進行充、放電需要很大的電流。

　　激光二極管PGEW3S09在10kHz頻率下進行工作至少需要10A的電流。並且，脈衝(chong) 電流的脈衝(chong) 寬度必須要小於(yu) 激光管的發射光脈衝(chong) 的脈寬30ns。

　　②要有能滿足驅動激光二極管PGEW3S09的驅動芯片，現選定MIC4452。該芯片是MICREL公司生產(chan) 的一款超強、高效，易於(yu) 使用且非轉化型的CMOS MOSFET驅動芯片，它能產(chan) 生12A的峰值電流輸出，可以綽綽有佘地驅動最大MOSFET，在沒有任何外部電容和電阻網絡的情況下，輸入範圍在2.4V～Us之間。電路的輸入允許最大5V的負向擺動而不破壞器件。附加電路保護器件不受靜電的破壞。

　　由於(yu) PGEW3S09的容性負載為(wei) 300Pf，實際上用MIC4452對應的上升和下降時間為(wei) 5ns左右，這樣脈衝(chong) 的邊沿比較陡，產(chan) 生的脈衝(chong) 波形比較好，有利於(yu) 提高測量精度。

　　③可編程邏輯器件選用EPM7032S，它是基於(yu) Altera公司第2代多陣列矩陣(MAX)緒構，由邏輯陣列塊(LAB)、可編程連線陣列(PIA)、I/O控製塊等部分組成，並具有高阻抗、電可擦等特點。

　　設計開發環境采用Altera公司的MAX+Plus Ⅱ軟件工具。它是一種集設計輸入、編譯、仿真、綜合、器件編程等功能於(yu) 一體(ti) 的完全集成化，易學易用的可編程邏輯設計軟件。設計人員無須詳細了解器件內(nei) 部的複雜結構，隻需選擇自己熟悉的設計輸入的方法和工具，即可進行設計輸入。該軟件提供了一種真正與(yu) 結構無關(guan) 的可編程邏輯設計環境，它支持不同結構的器件，如FLEX、MAX、CLASSIC係列器件等。這樣，根據算法流程圖就可容易地設計出VHDL源文件，然後輸入到MAX+Plus Ⅱ軟件中進行調試、仿真。通過仿真波形和時序分析等功能可以驗證設計的正確性，並能迅速地在不改變硬件電路的情況下修改設計，因而可大大縮短設計周期，提高效率。當確認設計無誤後，生成的可配置文件通過Altera公司的編程電纜ByteBlaster裝入到可編程邏輯器件EPM7032S中，然後通過調試即可完成整個(ge) 設計。#p#分頁標題#e#

　　(2)發射模塊脈衝(chong) 驅動電路的設計

　　發射模塊脈衝(chong) 驅動電路是非常重要的，因為(wei) 脈衝(chong) 驅動信號，如脈衝(chong) 的上升與(yu) 下降時間和脈寬將直接影響輸出信號的質量和測量精度。我們(men) 選用的CPLD已廣泛應用在各種脈衝(chong) 驅動電路的設計中。CPLD的時鍾延遲可達納秒級，其連續式布線結構也決(jue) 定了它的時序延遲是均勻的和可預測的。

　　由於(yu) 設計要求核心是計數器，即要求準確的確定時間，因此器件內(nei) 部的時延是必須考慮的而且將準確地預測，並且對時序的要求比較嚴(yan) 格，這也是選CPLD的原因。

利用MAX+Plus Ⅱ對CPLD進行開發的一般流程如圖5所示。

　　①脈衝(chong) 驅動電路組成原理                               

 

圖5、CPLD開發流程

　　脈衝(chong) 驅動電路主要由晶振、驅動芯片MIC4452及可編程邏輯器件EPM7032S組成。晶振的主要作用是提供一個(ge) 50MHz的標準時鍾，EPM7032S中下載有產(chan) 生所需驅動脈衝(chong) 的程序，產(chan) 生脈寬20～25ns，重複頻率10～15kHz的脈衝(chong) ，輸出的驅動脈衝(chong) 最終經過驅動芯片MIC4452，出來的就是供給激光管PGEW3S09的驅動脈衝(chong) 並使之發射脈衝(chong) 激光。驅動電路的設計實現框圖如圖6所示。

　　

圖6、驅動電路的設計實現框圖

　　②實現驅動電路的方法

　　產(chan) 生所需要的符合脈寬(20～25ns)和頻率要求(10～15kHz)的脈衝(chong) ，提供給驅動芯片作為(wei) 周期性脈衝(chong) 觸發信號，可以有下述二種方法：

　　·方法1：利用555芯片和CPLD實現驅動電路

　　集成電路555是其內(nei) 部含有3個(ge) 5kHz電阻而得名。雖然它產(chan) 生的脈衝(chong) 頻率和占空比可調，但還不能滿足對脈寬和占空比的要求。因此可先用555產(chan) 生占空比50%的5kHz脈衝(chong) ，再用CPLD來精傭(yong) 地調節占空比和脈寬。

　　可將利用555得出的占空比為(wei) 50%的時鍾信號(5kHz)輸入一個(ge) LCELL延時鏈路，再把延時的結果和輸入前的時鍾信號作一次異或再輸出，就是所需要的10kHz、占空比為(wei) 0.025%的信號，其脈衝(chong) 寬度為(wei) 25ns，基本符合要求。值得提出的是，CPLD各個(ge) 器件的延時是不一樣的，因此在實際使用時對延時次數還需要多次測試，並且這個(ge) 延時次數與(yu) 所選的器件有關(guan) ，現利用LCELL延時7次。

　　利用MAX+Plus Ⅱ設計的邏輯電路如圖7所示。

　　

圖7、利用MAX+Plus Ⅱ設計的邏輯電路

　　通過這種方法，得到了驅動脈衝(chong) 的周期為(wei) 100μs的信號，也就是重複頻率10kHz、脈衝(chong) 寬度為(wei) 25ns的符合要求的信號。

　　·方法2：利用CPLD的邏輯實現驅動電路的設計

　　學電子的人知道，分頻器是數字係統設計中的基本電路，根據不同的設計需要，可用它作偶數分頻、奇數分頻、半整數分頻等，有時要求等占空比，也有時要求非等占空比。在同一設計中，有時要求多種形式的分頻。通常，由計數器或計數器的級聯構成各種形式的偶數分頻及非等占空比的奇數分頻，實現較為(wei) 簡單。

　　利用CPLD的邏輯實現驅動電路如圖8所示。

　　

圖8、利用CPLD的邏輯實現驅動電路圖

　　由圖8可知，分頻器由帶使能端的異或門、模N計數器和一個(ge) 2分頻器組成。設計用D觸發器來完成2分頻的功能，實現方法是將觸發器的Q反輸出端反饋回計數器的清零端，將計數器的一個(ge) 計數輸出端作為(wei) D觸發器的時鍾輸入端。

　　這種方法主要使用了計數器的進位思想，首先使用16位計數器中的12位作為(wei) 進位控製，這樣每212個(ge) 輸入脈衝(chong) 產(chan) 生一個(ge) 進位脈衝(chong) ，同時輸入脈衝(chong) 取反後接到D觸發器的時鍾上，D觸發器的輸出作為(wei) 計數器的清零信號，需要的驅動脈衝(chong) 由D觸發器輸出信號取反獲得。

　　在設計中，輸出驅動脈衝(chong) 的脈寬由原始輸入脈衝(chong) 的周期決(jue) 定，驅動脈衝(chong) 的重複頻率由計數器的計數位數決(jue) 定。如原始輸入脈衝(chong) 的周期為(wei) 20ns(50MHz)，則輸出脈衝(chong) 的脈寬等於(yu) 輸入脈衝(chong) 的一個(ge) 周期20ns，而輸出脈衝(chong) 的周期等於(yu) 輸入脈衝(chong) 的一個(ge) 周期與(yu) 計數器最大計數值的乘積。即 20ns×4000=80μs。#p#分頁標題#e#

　　利用MAX+Plus Ⅱ仿真即可看到，在輸入脈衝(chong) 為(wei) 50MHz、占空比為(wei) 50%時，輸出驅動脈衝(chong) 的周期為(wei) 80μs(即重複頻率12.5kHz，脈寬為(wei) 20ns)，與(yu) 設計分析結果一致。如果需要改變輸出驅動脈衝(chong) 的脈寬，可以通過改變輸入脈衝(chong) 的頻率實現；同樣，如果需要改變輸出驅動脈衝(chong) 的周期(頻率)，可以通過改變計數器的計數位數實現。

　　·方法1、2的比較

　　雖然，兩(liang) 種方法都能實現要求，但在使用第1種方法時要考慮以下2種情況：

　　一是使用555產(chan) 生占空比為(wei) 50%的5kHz脈衝(chong) ，這是輸入到CPLD的原始脈衝(chong) 。由於(yu) 實際應用中對555的PCB布線或者元器件的選擇、焊接等問題，會(hui) 使得555產(chan) 生的原始脈衝(chong) 的上升和下降沿需要一定的時間，這將給後麵的接收帶來誤差。

　　二是使用LCELL器件延時要注意，對於(yu) 不同型號的CPLD，該器件的延時時間不同，這意味著如換了不同型號的CPLD，邏輯電路要重新測試和仿真。

　　第2種方法是直接把晶振作為(wei) 原始輸入脈衝(chong) ，經過邏輯運算得到驅動脈衝(chong) ，結果比方法1更為(wei) 準確。並且，對於(yu) 這種方法的邏輯電路，不同型號的CPLD的仿真結果是一致的，不需要因為(wei) 更換CPLD的型號而重新設計邏輯電路。因此，方法2有更高的準確性和更強的實用性。

　　(3)接收模塊主要芯片選擇

　　在接收模塊中，為(wei) 保證實時信號處理中連續工作的探測器采集到的數據不丟(diu) 失，就必須要求脈衝(chong) 信號采樣和數據傳(chuan) 輸能夠同時進行。因此，要求接收模塊的芯片有很強的快速處理能力。

　　在接收模塊中，除選好與(yu) 發光器件對應波段的光電探測器件APD外，主要芯片是前置放大器與(yu) 高通比較器。

　　①前置放大器Ua733M

　　前置放大器Ua733M的選用，主要從(cong) 頻帶寬度、輸入阻抗和放大倍數來考慮。

　　·頻帶寬度

　　對於(yu) 脈衝(chong) 信號，其主要頻譜能量集中在Δf=0～1/tn以內(nei) (tn為(wei) 脈衝(chong) 寬度)。在光譜測量、光電跟蹤等係統中，並不要求嚴(yan) 格保持脈衝(chong) 信號的形狀，所以為(wei) 了得到好的信噪比而犧牲高頻分量。但在脈衝(chong) 激光測距、掃描成像等係統中，要保持脈衝(chong) 形不失真或失真很小，這就要求能通過高頻分量。

　　放大器對矩形脈衝(chong) 的響應特性與(yu) 放大器的帶寬有關(guan) 。脈衝(chong) 寬度越窄，要求放大器的帶寬越寬，否則矩形脈衝(chong) 將會(hui) 被展寬，其幅度也會(hui) 隨之下降。Δf為(wei) 放大器的3dB帶寬，隨著Δf的加寬，輸入信號與(yu) 帶寬的平方成正比，峰值功率上升，響應時間縮短。但帶寬在增加，則響應時間減少，輸出信號的功率很快達到常數且與(yu) 帶寬無關(guan) 。由於(yu) 輸出噪聲功率與(yu) 帶寬線性增加，因而有一最佳帶寬，此時信噪比最大。

　　對於(yu) 矩形脈衝(chong) ，當Δf×τ=0.5時，就出現最大值；而對於(yu) 其他各種脈衝(chong) ，獲得性噪比的帶寬都在Δf×τ=0.25～0.75的範圍內(nei) 。

·輸入阻抗

　　放大器的輸入阻抗越大越好，輸入阻抗越高，驅動這一放大器所需要的電流就越小；當輸入阻抗非常高時，則幾乎不會(hui) 消耗信號電流就可以驅動這一級工作電路。由於(yu) 能耗限製，低電流工作有利於(yu) 降低功耗。

　　·放大倍數

　　放大倍數是由接收到的返回脈衝(chong) 的能量決(jue) 定的。而接收到的能量又取決(jue) 於(yu) 發射光的能量、大氣損耗、反射麵的反射特性、光斑大小、接收麵的大小、光電探測器的轉換效率等諸多因素。

　　根據上麵3個(ge) 因素，特選用美國德州儀(yi) 器公司放大芯片Ua733M，它是有著微分輸入和微分輸出的單片放大器。它內(nei) 部的串行反饋電路使它具有寬頻帶、低相位失真和極好的增益穩定性；射極跟隨器輸出使它可驅動容性負載，並且所有的極都通過電流源偏置來獲得高的共模抑製比。如果沒有外部元件，它可以實現10、100、400個(ge) 擋位的放大。

　　通過改變連接在芯片引腳1A和1B之間電阻的大小，可實現放大倍數在10～400範圍內(nei) 連續變化。連接引腳1A和1B、2A和2B的差分輸入連續可調放大倍數的連接圖如圖9所示。

　　通過對可調電阻Radj的調節，即可實現從(cong) 10～400倍的放大。顯然，放大倍數和輸入信號的頻率有很大的關(guan) 係，信號的頻率越高，可實現的最大放大倍數會(hui) 相應地下降。但設計中的工作頻率隻有10kHz左右，因此對放大倍數幾乎沒有影響。     #p#分頁標題#e#

 

圖9、差分輸入連續可調放大倍數的連接

　　②高速比較器MAX913

　　選用的高速比較器MAX913是MAXIM公司的一款高速、低耗TTL電平輸出的比較器。它有著差分輸入和補償(chang) 輸出，極小的傳(chuan) 輸延時(10ns)，極低的供電電流和寬的共模輸入範圍(包括負向)，因而使MAX913成為(wei) 低功耗、高速、單5V(或±5V)應用的理想選擇。如V/F轉換、開關(guan) 調節等。

　　MAX913的輸出在整個(ge) 線性區保持穩定，這一特性消除了在使用低速輸入信號驅動時高速比較器不穩定這一常見的問題。

　　一個(ge) 比較器可以認為(wei) 有2個(ge) 部分：一個(ge) 輸入放大器與(yu) 一個(ge) 邏輯接口。這個(ge) 輸入放大器是完全的微分輸入，常溫下輸入偏移電壓小於(yu) 2.0mV。並且，MAX913極小的傳(chuan) 輸延時(一般為(wei) 10ns)，保證它具有極快的處理速度。MAX913的典型的連接電路如圖10所示。圖中，IN+是需要比較的電壓信號輸入，利用IN-的電位調節比較電平，其調節範圍為(wei) -5V～Vcc。                              

 

圖10、MAX913的典型的連接電路

　　比較器的上升沿和下降沿在常溫時，可以有5mV的過載驅動能力，此時MAX913的最高時鍾和信號速率為(wei) 70MHz；在有20mV的過載驅動下，器件的最大傳(chuan) 播延時為(wei) 12ns，並且時鍾和信號速率為(wei) 85MHz。

　　對於(yu) 高精度的計數，信噪比是必須要考慮的問題，高速比較器的作用就在於(yu) 此。利用比較器需設定比較電平，而比較電平主要的參考是噪聲信號的電壓幅度，比較電平應高於(yu) 噪聲信號的電壓幅度值而低於(yu) 信號的電壓電平。比較電平(門限)的設定要盡量小一點，這樣可降低係統的功耗，但太小會(hui) 濾除不了噪聲，太大又會(hui) 提取不出激光信號。由於(yu) 噪聲信號的強度和實際的背景光的強度有密切的關(guan) 係，因背景光的強度越高，噪聲電平越高。在經過比較濾波後，噪聲得到了最大限度的抑製，背景光基本濾除。一般，通過設置門限來進行初步識別。但如何設置門限值，對於(yu) 提取正確信號有著極大的影響。通常，在設置門限後，認為(wei) 高於(yu) 門限的值，都有可能為(wei) 激光的回波信號。

　　③單片機STC89C51的應用

　　單片機在實際中應用非常廣泛，設計使用單片機，通過串口用來傳(chuan) 輸數據。選擇的單片機STC89C51可以使用串口下載程序，不用買(mai) 比較貴的編譯器而降低了成本，另外它的保密性也非常好。

　　STC89C51係列單片機片上有UART用於(yu) 串行通信；有兩(liang) 個(ge) SBUF，一個(ge) 用作發送緩衝(chong) 器，一個(ge) 用作接收緩衝(chong) 器。在完成串口的初始化後，隻要將數據送入發送SBUF，即可按設定好的波特率將數據發送出去，而在接收到數據後，可以從(cong) 接收SBUF中讀到接收到的數據。

　　(4)計算機接口模塊芯片選擇

　　由圖 的計算機接口模塊中可看出，主要是MAX232芯片。這是由於(yu) 接收模塊中的單片機STC89C51需要和PC機進行串口通訊。因為(wei) 電腦串口RS232電平是-10v +10v，而一般的單片機應用係統的信號電壓是TTL電平0 +5v，顯然兩(liang) 者之間必須進行電平轉換。而這個(ge) 電平轉換的接口模塊，采用了專(zhuan) 用芯片MAX232。

　　MAX232是由德州儀(yi) 器公司（TI）推出的一款兼容RS232標準的芯片。該器件是雙通道RS232線性驅動/接收器，即

　　包含2個(ge) 驅動器、2個(ge) 接收器和一個(ge) 電壓發生器電路，以提供TIA/EIA-232-F電平。該器件符合TIA/EIA-232-F標準，每一個(ge) 接收器將TIA/EIA-232-F電平轉換成5V TTL/CMOS電平。每一個(ge) 發送器將TTL/CMOS電平轉換成TIA/EIA-232-F電平。

　　5、結束語

　　上麵詳細介紹了用於(yu) 智能交通中的汽車激光測速係統的設計，硬件電路的組成，主要芯片的選擇等，可供智能交通與(yu) 電子警察技術人員研發及管理人員選用參考。

　　實踐證明，所設計的汽車激光測速係統，不僅(jin) 技術先進、測速精度高、性價(jia) 比高，且結構簡單，使用靈活方便，實用性強，不久將會(hui) 獲得廣泛的應用。