高精度激光测距仪硬件电路研究

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用于相位法激光测距的电路系统设计

用于相位法激光测距的电路系统设计

用于相位法激光测距的电路系统设计激光测距是一种常用的非接触式测量技术,可以精确测量目标物体与测距仪的距离。

相位法激光测距是其中一种常见的方法,通过测量激光光波的相位差来计算距离。

下面将介绍一个基于相位法激光测距原理的电路系统设计。

1. 激光发射电路:设计一个激光二极管的驱动电路,可以通过电流控制二极管的发射光强。

使用一个恒流源以确保驱动电流的稳定性。

此外,还需要添加一个调节电路,可以根据需要调整激光发射的光功率。

2. 光电检测电路:将光电二极管作为光电检测元件接在测距仪上,用于接收激光反射光信号。

光电二极管产生的电流与光的强度成正比。

使用一个高增益的放大器将光电二极管产生的微弱电流信号放大。

3. 相位差测量电路:使用一个相位差测量电路来测量激光光波发射和接收之间的相位差。

该电路可以采用锁相放大器或频率调制技术。

在锁相放大器中,将激光发射的信号作为参考信号,将光电二极管接收到的信号作为待测信号输入。

锁相放大器可以精确测量相位差,并输出一个稳定的直流电压信号。

4. 距离计算电路:将锁相放大器输出的直流电压信号输入到距离计算电路中,根据相位差和激光波长的关系,计算出目标物体与测距仪之间的距离。

该电路可以通过编程芯片或者专门的测距芯片来实现距离计算。

以上是一个基于相位法激光测距原理的电路系统设计。

通过精心选择和设计各个电路模块,可以实现高精度和稳定的激光测距功能。

需要注意的是,在实际设计中还需考虑电路的抗干扰能力、功率稳定性和其他实际应用需要的因素。

在激光测距中,相位法是一种常用的方法,能够提供高精度和高稳定性的测距结果。

相位法激光测距的原理是通过测量激光发射和接收之间的光波相位差来计算目标物体与测距仪之间的距离。

在设计电路系统时,需要考虑到激光发射电路、光电检测电路、相位差测量电路和距离计算电路等各个环节。

首先,激光发射电路是相位法激光测距系统中的重要组成部分。

它负责驱动激光二极管发射具有稳定光强的激光光束。

高精度脉冲激光测距电路的研究

高精度脉冲激光测距电路的研究

提高度脉冲激光测距高精的方法研究一、概述激光测距因其主动性、准直性以及相干性等特广泛应用于激光雷达、激光制导、激光近距探测军事及民用领域。

激光测距的基本原理是通过对脉冲往返于测距仪和被测目标之间的传播时间检测来实现距离的测量的。

传统激光脉冲计数法测距的测量精度不高,一般为分米量级,大大地限制了在这样的情况下,虽然可以引入数字/模拟内插术,将待测量时间进行放大处理,或进多周期的统计平均测量,但这些处理方式较为复杂,而且单次测量时也很长,不利于激光测距机的高精度、小型化、轻量化的发展方向,大大限制了这类仪器的使用范围。

为克服传统脉冲激光测距中存在的提高测距精度和缩短测量时间两者之间的矛盾,本文提出了基于恒比值时点判别技术、光路系统误差修正补偿技术、高精度时间间隔测量技术相结合起来实现的一种中短距离高精度激光脉冲测距方法,该方法比传统脉冲重复频率测量方法具有更高的测量精度和更快的测量速度,并且有效摆脱了时间间隔测量能力对测距精度的根本限制。

二、脉冲激光测距原理脉冲测距仪发射出的激光激光据脉冲,经被测量物体的反射后又被测距仪接收,测距仪同时记录激光往返的时间t,光速c 和往返时间t 的乘积的一半,即:D=(C.t)/2测距仪系统组成图三、影响测距精度的主要因素及解决方法3.1、激光回波脉冲幅度对测距精度的影响及解决方法3.1.1 激光回波脉冲幅度对测距精度的影响分析在脉冲式激光测距系统中,整个接收部分要完成的功能是将光学脉冲转换为电压幅度信号,并且提取准确的时间鉴别点,以便进行时间间隔测量。

目前常用的方法是,时间鉴别点从脉冲信号的边沿鉴别,这种前沿鉴别技术是通过脉冲前沿与一恒定阈值电压进行比较而触发形成接收脉冲信号。

如果脉冲信号幅度变化,时间鉴别点的位置也将变化,从而产生相位误差从而影响测距精度在不考虑信号饱和引起的延时误差外,实际上,接收信号的幅度主要依赖于测量距离,目标的反射率及目标的角度。

即这个动态的范围依赖于具体的应用,很可能是1:1000或是更高,此环节由回波信号前沿(15-20ns)对测距精度的影响如下图所示(v1为触发阈值)。

一种大量程高精度激光测距仪实现方案

一种大量程高精度激光测距仪实现方案

图6
21 用 FPGA 实现相位差测量 为简化相位差计电路的设计, 减小系统的体积 和功耗, 我们采用 FPGA( 现场可编程门阵列) 配合 少量地外围电路实现相位差的测量, 换算和显示功 能见图 6。 F PGA 集成了相位差测量电路中的大部分功能 单元, 而且是通过软件编程实现的, 具有很强的可移 植性和可修改性。其中的运算单元把计数值( 相位 差) 转换成被测距离, 并且可通过算法对测试环境大 气密度、温度等因素的影响进行矫正。再经过锁存
测量与设备
一种大量程高精度激光测距仪实现方案
潘璐阳 黄芝平
( 国防科技大学机电工程与自动化学院, 长沙 410073)
吴伶锡
( 湖南科技大学物理学院, 湘潭 410004)
摘 要 本文介绍了一种连续波相位式激光测距仪的 实现方 案, 着 眼于系 统的集 成化和 小型化, 应用 了直接 数字频率合成( DDS) 技术和可编程 A SI C 技术, 解决 了激 光测距 中大 量程 与高精 度这 对矛盾, 具 有广 阔的应 用前 景。
用两个频率 f s1和 f s2的调制光去测同一距离得 到
L = L s1( m 1+ $m 1) 等效形式为:
L = L s2( m 2+ $m 2)
L= Ls( m+ $m)
其中 L s=
L s1 L s2 L s1+ L s
2
=
C 2( f s1-
f s2) =
C 2f s
m = m 1- m 2 $m = $m 1- $m 2 f s = f s1- f s2
表1
间接测尺频率 f s1
间接测尺频率 f s2

等效测尺频率 f s

超声波测距电子电路设计详解

超声波测距电子电路设计详解

超声波测距电子电路设计详解在自主行走机器人系统中,机器人要实现在未知和不确定环境下行走,必须实时采集环境信息,以实现避障和导航,这必须依靠能实现感知环境信息的传感器系统来实现。

视觉、红外、激光、超声波等传感器都在行走机器人中得到广泛应用。

由于超声波测距方法设备简单、价格便宜、体积小、设计简单、易于做到实时控制,并且在测量距离、测量精度等方面能达到工业实用的要求,因此得到了广泛的应用。

本文所介绍的机器人采用三方超声波测距系统,该系统可为机器人识别其运动的前方、左方和右方环境而提供关于运动距离的信息。

超声波测距原理超声波发生器内部由两个压电片和一个共振板组成。

当它的两极外加脉冲信号,且其频率等于压电晶片的固有振荡频率时,压电晶片将会发生共振,并带动共振板振动,便产生超声波。

反之,如果两极间未加外电压,当共振板接收到超声波时,就成为超声波接收器。

超声波测距一般有两种方法:①取输出脉冲的平均电压值,该电压与距离成正比,测量电压即可测量距离;②测量输出脉冲的宽度,即发射超声波与接收超声波的时间间隔t,根据被测距离s=vt?2来得到测量距离,由于超声波速度v与温度有关,所以如果温度变化比较大,应通过温度补偿的方法加以校正。

本测量系统采用第二种方法,由于测量精度要求不是特别高,所以可以认为温度基本不变。

本系统以PIC16F877单片机为核心,通过软件编程实现其对外围电路的实时控制,并提供给外围电路所需的信号,包括频率振动信号、数据处理信号等,从而简化了外围电路,且移植性好。

系统硬件电路方框图见图1。

图1 系统硬件电路方框图由于本系统只需要清楚机器人前方、左方、右方是否有障碍物,并不需要知道障碍物与机器人的具体距离,因此不需要显示电路,只需要设定一距离阀值,使障碍物与机器人的距离达到某一值时,单片机控制机器人电机停转,这可通过软件编程实现。

超声波发射电路超声波发射电路以PIC16F877为核心,当单片机上电时,单片机从RA0口产生40kHz的超声波信号,但是此时该信号无法通过与非门进入放大电路使超声波发射头发射超声波,只有闭合开关S1时,从RA1口发射出一门控信号,该信号的频率为4kHz,同时启动单片机内部的定时器TMR1,开始计数。

高精度激光测距关键技术研究

高精度激光测距关键技术研究

高精度激光测距关键技术研究摘要:脉冲激光测距精度受多种因素的影响,其主要原因是接收功率的偏差,而回波功率的大变动是造成这种误差的根本原因。

因此,实现高精度的定位是未来的发展方向。

本文重点讨论了激光测距仪的小型化、轻量化、高动态范围高精度激光测距技术的发展趋势。

关键词:高精度;激光测距前言:随着激光器、探测器件和集成电路技术的发展,激光测距仪逐渐走向了长距离、高精度、微型化的发展。

近几年,随着太空仪器的竞争日益加剧,我国利用卫星上的激光雷达进行遥感探测的优势已经被全世界的专家所认可,美国、欧空局、日本等国家的航天机构也在大力开发星基激光探测装置。

所以,开展高精度的激光探测技术,对于增强我国空间技术的竞争能力具有重要意义。

1激光测距方法概述1.1脉冲法脉冲激光测距技术是激光测距技术中最早的一种测距技术,它是利用激光脉冲的瞬时功率和瞬时功率,在无协同目标的条件下,由被测物体的漫反射波进行测距。

在地形测量、工程测量、云和飞机高度测量、战术前沿测距、导弹轨道跟踪、人造地球卫星测距、地月测距等方面都有广泛的应用。

激光测距的脉冲法是将一束激光脉冲或一串激光射向目标,再由计数仪测量激光到达和到达目的地所需要的时间,以此来确定与目标的距离。

它的工作原理和结构比较简单,测距远,功耗低,一次测量就能得到一段距离,但是它的绝对测距精度很低。

测量的时间宽度、测量光波速度、大气折射率、时钟频率误差、计时误差、仪器测量误差等都会对测量结果产生一定的影响。

另外,激光脉冲测距一般采用红宝石、YAG等固体激光器,输出功率大,测量距离宽,但体积较大。

1.2相位法相位法激光测距是通过测量被测物体发出的调制光与所接收的反射光的强度相差所包含的距离信息,从而达到测量被测物体的距离。

为确保测量的准确性,一般都会在被测物体上安装一个反射镜,也就是所谓的协作对象。

在不合作的情况下,它的影响范围通常在数米到数十米之间;在使用协作对象的情况下,其有效射程可以达到数万米,测量精度达到毫米,相对误差在百万分之一左右。

激光测距的高速采集与处理电路的设计

激光测距的高速采集与处理电路的设计
ADC作为数据采集的核心,采用的是美国国家半导体 公司的ADC08D500,这是一款高速双通道模数转换器,内 置2个ADC电路,单路最高采样率为500 MSPS,8 b的分 辨率。AIX;08D500提供了一种DES的工作模式,该模式 利用其内置的2个ADC对一个通道的输入模拟信号进行 双边沿采样,可以在500 MHz的时钟频率下实现1 GS/S 的采样频率。为了降低ADC输出数据速率,在数据输出 端利用了其内置的2个1:2多路分解器,将8位输出转换 为32位,使输出数据线上的数据速率降为250 Mb/s,同时 AI℃输出数据伴随时钟采用了DDR模式,时钟频率仅为 ADC采样频率的八分之一,即125 MHz[5]。 1.2 FPGA模块
(上接第98页)
2 DsP软件实现
激光测距算法的实现在DSP上完成。上电后,DSP 进行初始化配置,将CPU的工作时钟配置为300 MHz, EMIF端口的时钟配置为75 MHz,初始化完成后打开 INTO中断,进入等待状态。FPGA产生一个触发信号, 触发ADC开始采样,该触发信号的反向信号触发DSP的 INT0中断,DSP响应该中断请求,从FIFO中读取数据 到内部RAM中,如判断为无回波信号,进入等待状态, 如判断为有回波,用二进小波法计算出目标距离。
Keyworfls:laser range finding;high-speed acquisition;ADC;FPGA;DSP
0引 言
率只需要125 MHz,这样就可以利用低端FPGA内部资源 构造的FIFo来完成高速数据接收的任务,实现数据的降
激光测距仪是利用激光良好的准直性及非常小的发 散角度来测量距离的一种仪器。但目前激光测距仪大都
(下转第107页)
万方数据
王富民等:基于CF卡的无线胶囊内窥镜体外接收存储系统

单片机与激光技术的结合构建激光测距仪

单片机与激光技术的结合构建激光测距仪

单片机与激光技术的结合构建激光测距仪激光测距仪是一种利用激光技术实现测量距离的设备。

它广泛应用于建筑、地理测量、工业生产等领域。

随着技术的进步,单片机与激光技术的结合使得激光测距仪的性能和精度得到了极大的提升。

本文将介绍单片机与激光技术的结合,以及构建激光测距仪的原理和步骤。

一、单片机在激光测距仪中的应用单片机是一种集成电路,具有处理和控制数据的能力。

它的应用广泛,包括电子设备、通讯、仪器仪表等领域。

在激光测距仪中,单片机负责获取和处理激光信号,实现距离的测量和显示。

单片机通过驱动激光器发射激光脉冲信号,并通过接收器接收反射回来的激光信号。

通过测量激光信号的时间差,可以得到距离的信息。

单片机内部的定时器模块可以实现高精度的时间测量,从而提高测距的准确性。

二、激光测距仪的原理激光测距仪的原理基于激光光束的发射和接收。

首先,激光器发射短脉冲的激光光束。

激光光束经过透镜聚焦后,照射到目标物体上。

目标物体反射回来的光束经过另一个透镜再次聚焦,最后通过接收器接收到。

接收器接收到的光信号被转换成电信号,并输入到单片机中进行处理。

单片机通过测量发射和接收的时间差,计算出目标物体的距离。

根据光的传播速度和时间差,可以得到目标物体距离的精确数值。

最后,单片机将距离数据显示在液晶屏上。

三、构建激光测距仪的步骤1. 选择合适的激光器和接收器:激光器和接收器是激光测距仪的核心部件。

需要根据测距的精度和测量范围选择合适的激光器和接收器。

2. 连接激光器和接收器:将激光器和接收器连接到单片机的引脚上。

需要注意引脚的对应关系,并确保连接的可靠性。

3. 编程设置:使用单片机的开发工具,编写程序来控制激光器和接收器的工作。

程序需要包括采集激光信号、测量时间差、计算距离等功能。

4. 硬件调试:完成硬件连接和程序编写后,进行硬件调试。

通过示波器或者逻辑分析仪等工具,观察激光信号的波形和幅度,以及单片机处理的准确性。

5. 软件调试:在硬件调试通过后,进行软件调试。

激光测距仪原理图

激光测距仪原理图

激光测距仪原理图
激光测距仪是一种利用激光技术进行测距的仪器,其原理图如下所示:
1. 发射器。

激光测距仪的发射器部分主要包括激光发生器和光学系统。

激光发生器产生一
束高能激光,并通过光学系统将其聚焦成一束细线,以便于准确照射到目标物体上。

2. 接收器。

激光测距仪的接收器部分包括接收光电探测器和信号处理器。

接收光电探测器
接收被测物体反射回来的激光,并将其转换成电信号,然后通过信号处理器进行处理和放大,以便后续的测距计算。

3. 时间测量模块。

时间测量模块是激光测距仪的核心部分,它利用接收到的激光信号的时间差来
计算目标物体与测距仪之间的距离。

通过精确的时间测量,可以实现对目标物体距离的高精度测量。

4. 数据处理与显示模块。

数据处理与显示模块接收时间测量模块传递过来的距离数据,并进行进一步的
处理和计算,最终将测得的距离数据显示在仪器的显示屏上,以便用户进行观测和记录。

5. 电源模块。

激光测距仪的电源模块提供仪器所需的电能,以保证仪器正常工作。

通常采用
锂电池或者充电电池供电,以便于激光测距仪在户外环境下进行使用。

激光测距仪的原理图如上所述,通过发射器发射激光,接收器接收反射激光并
进行时间测量,最终通过数据处理与显示模块将测距结果显示出来。

激光测距仪在
工程测量、地质勘探、建筑施工等领域有着广泛的应用,其原理图的了解对于深入理解激光测距仪的工作原理具有重要意义。

ad623放大电路设计

ad623放大电路设计

ad623放大电路设计AD623是一种高精度仪表放大器,被广泛应用于传感器信号放大、激光测距仪、热电偶、压力传感器等仪表放大电路中。

在本篇文章中,我们将围绕AD623放大电路设计进行详细的探讨。

一、原理介绍AD623的输入端有两个,分别为正输入端和负输入端。

是差分放大电路,即将输入信号的正、负输入端信号进行差分放大处理。

AD623的输出端为单端输出,放大倍数由增益电阻决定。

当正、负输入端电压相等时,AD623的输出电压为0V。

二、设计步骤(1)选择输入信号在进行AD623放大电路设计前,需要选择需要进行放大的信号类型,常用的有电阻、电容、热电偶、压力传感器等。

(2)计算增益电阻根据需要放大的信号类型,我们可以计算出对应的放大系数,然后根据公式:放大系数=Rf/Rg,来计算出增益电阻Rf和Rg的取值。

(3)布置电路将AD623芯片布置在电路板上,并根据计算出来的Rf和Rg的取值进行连线,同时需要接上对应的电源线和输入信号线。

(4)调试电路在完成电路布置后,需要进行调试,可以使用万用表来测试AD623输出电压,在实验室条件下,可以使用信号发生器来输入信号,并观测放大效果是否达到预期。

三、设计要注意的问题1. 选择相应的输入信号类型,根据信号类型计算出放大系数。

2. 采用合适的增益电阻的取值,要保证不过度放大或放大不足。

3. 正确布置电路,并保证各电路之间的连接正确,其电源线和输入信号线接口清晰。

4. 进行调试时,需要注意实验环境是否对测试结果产生干扰。

总之,AD623放大电路设计是一个复杂的过程,需要依据具体发现而定。

在设计时,需要对原理进行深入理解,并采取合适的方法来实现设计目标。

同时,在实际操作中要谨慎,在进行调试前要进行充分的准备,以保证电路的稳定性和安全性。

激光测距高速采集和处理电路的设计

激光测距高速采集和处理电路的设计

1 硬 件 电路 设 计
1 . 1 电 源设计
高速 电路 板设 计 的一 个 重要 的考 虑 就是 电源 的 设计 和 网络分 配 。 电源 的设 压 强 度 、 电 压 纹 波 以及 电 流 强 度 的 要 求 。 电 源 的 网 络
分配 必须 为 高速 电路板 上各 部 分 的 电路提 供 一个 低 噪 声 的 电压 信 号 ,包 括 V C C和接 地 匹配 。 电源 分 配 网 络 同
设 计 方 案 ,具 有 可调 分 辨 率 ,最 小分 辨 率 可达 0 . 3 mv 。详 细介 绍 了 电路 的具 体设 计 方 法 。对 脉 冲 信 号 进行 测量 .结 果表 明 该方 案 可行 。
关 键 词 :激 光 测 距 : 高速 A DC
中 图分 类号 :T P 2 7 4 文 献标 识码 :A d o i : 1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 0 0 2 — 6 6 7 3 . 2 0 1 4 . 0 3 . 0 5 0
ADC + F PGA + D S P mod e i s us e d. . I t ha s a l f e x i b l e &s s o l u io f n, wh i c h ha s a v e r y s l o w v lue a 0. 3 mv. The d e s i g n i s d i s c us s e d i n de t a i l ,a me a - s u r e me n t o f p ul s e s wi t h f r e q ue nc i e s 5 K Hz nd a p u l s e wi d t h 5 0 m s ho ws t ha t t hi s c i r c ui t i s pr a c i t c a b l e .

一种激光测距专用电路及基于电路的测距方法[发明专利]

一种激光测距专用电路及基于电路的测距方法[发明专利]

专利名称:一种激光测距专用电路及基于电路的测距方法专利类型:发明专利
发明人:王伟毅,盛蕾佳,李跃明
申请号:CN202010923243.8
申请日:20200904
公开号:CN112014853A
公开日:
20201201
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开了一种激光测距专用电路及基于电路的测距方法,包括主控芯片、光电处理芯片及激光驱动芯片,光电处理芯片、激光驱动芯片与主控芯片相连,主控芯片由片上微控制器、脉冲相位IP核、第一ADC模块、第二ADC模块、数字外围设备、可编程多相位锁相环、电源管理模块、存储模块组成;光电处理芯片由第一放大器、第二放大器、电容及光电二极管组成;激光驱动芯片由电源管理模块、第一低压差线性稳压器、第二低压差线性稳压器、第三低压差线性稳压器、上电复位模块、脉冲发生器、可编程多相位锁相环、数字逻辑模块、信号误差检测模块组成。

本发明电路集成度高、面积小、受外界干扰影响小,大大降低了电路的硬件成本,能够实现远距离、高精度的测距。

申请人:杭州巨星科技股份有限公司
地址:310019 浙江省杭州市江干区九环路35号
国籍:CN
代理机构:杭州知学知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人:张雯
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基于单片机的高精度超声波测距电路

基于单片机的高精度超声波测距电路

单片机与可编程器件本文阐述了超声波测距原理,介绍了如何用单片机实现高精度超声波测距的具体电路,分析了其各单元工作原理,并给出了其程序流程图和源程序。

超声波测距原理为了研究和利用超声波,人们已经设计和制成了许多超声波发生器。

总体上讲,超声波发生器可以分为两大类:一类是用电气方式产生超声波,一类是用机械方式产生超声波。

电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等;机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。

它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同,因而用途也各不相同。

目前较为常用的是压电式超声波发生器。

压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。

超声波发生器内部结构如图1所示,它有两个压电晶片和一个共振板。

当它的两极外加脉冲信号,其频率等于压电晶片的固有振荡频率时,压电晶片将会发生共振,并带动共振板振动,便产生超声波。

反之,如果两电极间未外加电压,当共振板接收到超声波时,将压迫压电晶片作振动,将机械能转换为电信号,这时它就成为超声波接收器了。

在超声探测电路中,在发射端得到输出脉冲为一系列方波,这一系列方波的宽度为发射超声与接收超声的时间间隔,显然被测物距离越大,脉冲宽度越大,输出脉冲的个数与被测距离成正比。

超声测距大致有以下方法:(1)取输出脉冲的平均值电压,该电压(电压的幅值基本固定)与距离成正比,测量电压即可测得距离;(2)测量输出脉冲的宽度,即发射超声波与接收超声波的时间间隔t。

因此,被测距离为S=1/2vt。

本测量电路采用第二种方案。

由于超声波也是一种声波,其声速C与温度有关,附表列出了几种不同温度下的声速。

在使用时,如果温度变化不大,则可认为声速是基本不变的。

如果测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法加以校正。

本方案以单片机ATMEL 89C2051为核心,通过对其进行软件编程,实现该单片机对其外围电路的适时控制,并提供给外围电路各种所需的信号,包括频率振荡信号、数据处理信号和译码显示信号等等,大大简化了外围电路的设计难度,同时更重要的是该种设计方案大大节省了设计成本,并且由于是采用软件编程技术,所以其移植性能好,在设计电路时可以将其他更多的功能设计进去,而我们在设计电路板时就可以根据自己的设计目的焊接元件。

【电路设计论文】激光测距能量探测电路设计研究

【电路设计论文】激光测距能量探测电路设计研究

【电路设计论文】激光测距能量探测电路设计研究摘要:光电系统中,需要搭载高度集成化的光电监测设备,为系统提供目标参数信息。

文中设计的基于激光测距的能量探测电路,具有在测量目标距离的同时,获取目标对激光漫反射能量参数的功能。

在激光测距接收设备的基础上,针对测距用纳秒级激光脉冲信号,采用窄脉冲峰值保持技术设计而成,具有高度集成测距与能量采集功能,且脉冲峰值保持精度较高等特点。

最后通过试验验证了该设计电路的实用性。

关键词:激光测距;窄脉冲;峰值保持;目标监测激光测距技术是目前应用较为广泛的一种测量技术,已经广泛应用于民用及军事领域。

而脉冲式激光测距因其快速、无合作目标、测程远等优点主要在军事领域广泛应用,尤其在侦查探测和跟踪测量中应用最普遍[1-2]。

通过测量激光器发出光脉冲的时刻与光脉冲到达目标,并从目标返回接收器的时间差,计算出目标与激光测距设备间的距离信息。

激光测距设备结构框图见图1所示。

随着设备的发展,对侦查探测和跟踪测量等光电系统集成化、自动化、智能化的需求越来越高,因此需要获取图像、光谱、距离、反射特性等更多的目标信息,以提供光电系统综合处理[3-4]。

而传统的激光测距设备通常为光电系统提供目标的一维距离信息,不足以满足集成化光电设备多维信息的需求。

综上,针对集成化、智能化的光电系统获取目标多维信息的需求,需要设计集成化的光电监测设备,使其在获得测距信息的同时,具有获取目标反射特性信息的能力,提升光电系统工作效能。

因此在现有设备的测距电路中,增加窄脉冲峰值保持采集电路,并行处理激光测距脉冲回波的时刻与能量信息。

1测距接收电路设计PIN光电管量子效率高,内部倍增后的噪声近似与放大器本身的热噪声电平,提高了接收系统的信噪比,广泛应用于激光测距[5-9]。

光电探测信噪比定义为其中,M为探测器倍增因子;Is为信号产生的光电流;Fm为附加噪声因子;B为接收系统带宽;Ib为背景噪声电流;Id为探测器暗电流;K为玻尔兹曼常数;T为绝对温度;Fn为后级放大电路的噪声系数;Req为等效负载电阻。

激光测距专用集成电路概述

激光测距专用集成电路概述

激光测距专用集成电路概述深圳市天微电子有限公司 供稿一、 概述1.测距原理:利用激光的单色性和相干性好、方向性强等特点,采用间接测量时间的方法来实现距离的测量。

测距方程为: D=CT/2(D为被测距离,C为光速,T为激光脉冲信号来回于测距仪和待测目标反射脉冲的时间)。

测距仪信号处理方式采用计数方式,即在激光的发射部分耦合出一个同步于发射激光信号的电信号,作为主波信号,接收系统接收的光信号经光电变换得到的电信号作为回波信号。

主波信号使计数器开门,回波信号使计数器关门。

根据开门关门之间所计脉冲数就可以达到对时间测量的目的,从而达到距离值的测量。

2. 计数器实现方法:采用25MHz晶振,TM0610外接8个5ns延迟线圈,产生8个相差45度的25MHz时钟信号,实现同时驱动8组6Bit计数器,实现200MHz的计数效果。

3. 计算公式:L=T×C/2 (L为测量距离结果,T为计数值)T=(T1+T2+T3+T4+T5+T6+T7+T8)×Tpulse÷8Ti为6Bit计数器的结果Tpulse为40ns(25MHz信号的周期)TM0610输出的结果为Ta=Sum(Ti),8个6Bit计数值之和为9Bit。

MCU的计算公式为L=Ta×(Tpulse÷8)×C÷2取C=2.998×108m/s则L=Ta×0.7495(m)取L单位为Yard则L=0.82Ta= Ta/1.2200*由于激光发射触发信号与接收信号存在固定延迟值,L应减去一个固定值,这个可以在软件编程中实现二、管脚图三、管脚定义:编号名称释义1 COMP2 激光回波信号辅助输入22 COMP1 激光回波信号辅助输入13 /FF4 BUZIN5 BUZOUT6 CLKOUT7 PRETRIG重复触发标志(由TM0610发出)8 TRIGEN 触发允许位(由外部MCU控制)9 RS1 数据选择位(由外部MCU控制)10 RS0 数据选择位(由外部MCU控制)11 D0 数据位Bit0(由TM0610发出,由RS1、RS0选择)12 D1 数据位Bit1(由TM0610发出,由RS1、RS0选择)13 D2 数据位Bit2(由TM0610发出,由RS1、RS0选择)14 D3 数据位Bit3(由TM0610发出,由RS1、RS0选择)15 NWDAT 激光发射触发信号发出后,产生新数据标志位(由TM0610发出)16 NDCLR 新数据清除位,高电平有效(由MCU控制)17 GND 地18 GTRIG 激光发射触发信号,同时启动计数器19 LBLANK20 STEPUP 1/4占空比40us的PWM信号,可用于产生高压的电荷泵开关控制21 VDD 电源22 NC23 LCOMP0 接收到激光返回信号后该位产生上跳,触发完成后自动清除(由TM0610发出)24 DLY0 第0组计数器回波信号输入,用于终止该组计数器的计数25 DLY1 第1组计数器回波信号输入,用于终止该组计数器的计数26 DLY2 第2组计数器回波信号输入,用于终止该组计数器的计数27 DLY3 第3组计数器回波信号输入,用于终止该组计数器的计数28 DLY4 第4组计数器回波信号输入,用于终止该组计数器的计数29 DLY5 第5组计数器回波信号输入,用于终止该组计数器的计数30 DLY6 第6组计数器回波信号输入,用于终止该组计数器的计数31 DLY7 第7组计数器回波信号输入,用于终止该组计数器的计数32 CLKSEL33 50MHz34 XT2 时钟输入35 XT1 时钟输入36 GND 地37 RESET 复位脚,低电平复位38 BTEST39 VDD 电源脚 40 CLEARALL41 COMP3 激光回波信号辅助输入3 42 GND地43 COMP0 激光回波信号主输入 44GND地四、应用电路:五、应用说明:(1)RS1、RS0与TM0610内部计数值数据寄存器的9Bit 数据及回波辅助位的关系RS1 RS0 D3 D2 D1 D0 0 0 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 0 1 Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 1Comp3 Comp2 Comp1 Bit81 1 未使用未使用未使用未使用备注: 1、 Bit8至Bit0为计数器计数值为激光发射主波与激光接收回波的时间差。

自-高精度超声波测距电路的设计

自-高精度超声波测距电路的设计
3、超声波测距原理
超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时,超声波在空气中传播,途中碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s,根据计时器记录的时间t,就可以计算出发射点距障碍物的距离(s),即:s=340t/2
第二章设计方案论证
AT89C52单片机的选择:
AT89C52是51系列单片机的一个型号,它是ATMEL公司生产的。
AT89C52是一个低电压,高性能CMOS 8位单片机,片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。
P1口
P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4 个TTL逻辑
第五章软件程序设计……………………………………………………………
第六章直流电源设计……………………………………………………………
致谢…………………………………………………………………………………………
参考文献……………………………………………………………………………………
第一章绪论
1.1超声波测距的意义
摘要
本文阐述了超声波测距原理,介绍了如何用单片机实现高精度超声波曾局的具体电路,分析了其各单元工作原理,并给出了其程序流程图和源程序。提出了一种基于AT89C51单片机的超声波测距系统的设计方案。详细分析了影响测距系统精度的主要因素,设计了各单元电路的整体电路。重点介绍了提高测量精度的方案和具体实现电路。采用单片机的技术控制。并给出了控制流程图。电路具有结构简单,操作方便,精度高,应用广泛的特点。

基于FPGA和DDS技术的激光测距仪

基于FPGA和DDS技术的激光测距仪

基于FPGA和DDS技术的激光测距仪
基于FPGA和DDS技术的激光测距仪
针对传统的相位式激光测距仪电路设计复杂、精度难以保证的缺点,把现场可编程逻辑门阵列(FPGA)器件和直接数字频率合成(DDS)信号发生技术应用于传统的相位式激光测距仪的电路设计中,实现了一种结构简单、体积小、可靠性高的短程激光测距系统,测量精度为cm量级.对测距系统误差的主要来源和进一步研究的方向进行了分析.
作者:刘川孙利群章恩耀 LIU Chuan SUN Li-qun ZHANG En-yao 作者单位:清华大学,精密测试技术与仪器国家重点实验室,北京,100084 刊名:光学技术ISTIC PKU 英文刊名:OPTICAL TECHNIQUE 年,卷(期):2007 33(3) 分类号:P225.2 关键词:光学测量 FPGA DDS 相位法激光测距。

基于CPLD的高精度激光测长仪的设计与实现的开题报告

基于CPLD的高精度激光测长仪的设计与实现的开题报告

基于CPLD的高精度激光测长仪的设计与实现的开题报告一、选题背景随着科技的不断进步和应用的广泛推广,激光测量已经成为各个领域的重要手段之一,其在高精度测量、三维成像、光通讯等方面具有广泛的应用前景。

在激光测量中,激光测长仪是一种非常重要的测量工具,可以用于求解物体尺寸、位置、形状等信息,广泛应用于制造、航空航天、电子、医疗等领域。

目前市场上的激光测长仪大多采用的是单片微处理器或单片DSP芯片作为核心控制芯片,其具有调试简单、成本低等优点,但需要实现的功能有限且精度不高,不适合一些高端应用场合。

因此,采用CPLD芯片来设计和实现高精度激光测长仪,可以在保证测量精度和应用效果的同时,提高系统的可靠性和实用性,具有较高的应用价值。

二、选题内容本课题以CPLD芯片为核心,采用时分复用的测量方法,设计和实现一种高精度的激光测长仪。

通过激光发射器产生激光脉冲,经过光电探头反射后,由CPLD芯片对其中加工获得的幅值信号进行处理,可以求得经过物体的时间差,从而得到物体距离的信息。

具体包括以下内容:1、激光发射器:利用激光点阵发射的方式产生激光脉冲,确保激光脉冲具有高频率和短脉冲宽度,从而保证测量精度。

2、光电探头:用于接收反射的激光脉冲,将其转化为电信号,送入CPLD芯片进行处理。

3、时分复用测量方式:采用时分多路复用方法,将不同激光脉冲的幅值信号交替输入CPLD芯片,实现多通道测量,从而提高测量的速度和精度。

4、CPLD控制:利用CPLD芯片控制激光发射器和光电探头之间的时间差,从而计算出物体的距离信息;同时,采用二分法和微调法来提高测量的精度。

三、研究目的和意义本课题以CPLD芯片为核心,设计和实现一种高精度的激光测长仪,具有以下几个方面的研究目的和意义:1、扩展激光测量的应用领域:利用CPLD芯片控制高精度的激光测长仪,可以在制造、医疗、航空航天等领域得到更加广泛的应用。

2、提高测量精度和速度:利用时分复用测量方法,同时采用二分法和微调法,可以提高测量精度和速度,特别适用于一些对测量精度要求较高的场合。

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同时,论文对接收信号的光电检测及放大电路进行了探讨和研究,设计了具有内 外光路的光电检测电路,对接收信号的接收、放大、滤波及整形进行了研究,分析了 光电检测系统噪声的产生,并描述了减小噪声采取的措施。
此外,对设计系统电路板过程中所应该注意的各种事项进行了简单的陈述,对抗 距仪硬件电路研究
国国际激光系统公司GR500型激光测距机,采用GaAs激光器,重复频率为2kHz,脉 宽40ns,发散角5~50mrad,测程3230m,重量lOkg。美国轻型反坦克武器激光测 距机采用6aAs激光器,输出功率40v,脉宽70ns,发射角lOmrad,重复频率5.7kHz, 测距大于50 oⅡl。
Next,the paper investigated the theories of the laser diode,and designed
a drive circuit which could be auto power controller(APC);designed a
time—lapse and slow-start circuit,realized stable transmit of the laser signals;gave a simple research to the frequency synthesizers based on phase—locked loop circuits.
脉冲法是直接测量往返时间t的方法;相位法通过测量相位间接测定时间t。在 本章节中我们将对相位法激光测距进行详细的讨论。
2.1激光技术简介
激光(Laser)是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (受激辐射放大)的首字母缩写,又译作镭射、雷射。它指通过受激辐射放大和必要 的反馈,产生准直、单色、相干的光束的过程及仪器。
1.2国内外激光测距仪的研究状况
六十年代初期,出现了激光技术,这对光电测距仪的发展起了极大的推动作用。 由于激光的独特特性,如方向性强、亮度高、单色性好、相干性好等优点,因此常常 被用来作为光电测距仪的光源,激光测距仪也就应运而生。
国内外许多大学,研究机构和公司都开展了激光测距方面的研究工作。研究最早 的是芬兰奥鲁大学电气工程系和芬兰技术研究中心,从二十世纪七十年代初持续到今 天,研究内容从各分系统到整机及其应用,并且与美国、俄罗斯几家著名公司联合开 展了应用研究,其产品涉及工业、航天、海洋及机器人视觉等方面““。
激光测距仪已经被广泛应用于以下领域:电力,水利,通讯,环境,建筑,地质, 警务,消防,爆破,航海,铁路,反恐/军事,农业,林业,房地产,休闲/户外运动 等。-
1.3本论文的主要任务
论文是结合正在进行的教研室工程项目基础上完成的,该课题是教研室合作项目 之一,研制一种高精度激光测距仪,其主要技术指标为:高精度,在一百米的测程内 可达到毫米级别;安全,对人不会引起太大的伤害;体积小,便于携带;工作稳定, 可以与计算机进行通信合作。整个工程项目分为三个部分:硬件模块、软件模块和通
1绪论
1.1课题来源及背景
本课题是项目。高精度激光测距仪”中的一个组成部分。“高精度激光测距仪” 是研制一种近程测距装置(一百米范围以内),以便快速、高精度地实现测距目的。 论文是在结合工程项目的基础上完成的。本课题是导师工程项目之一,硬件设计是项 目中的一个很重要的组成部分。
激光测距仪在各种测量行业中得到了广泛的应用,无论是在军事领域,还是在科 学技术、生产建设方面,都起着重要的作用。激光测距具有测量精确度高、分辨率高、 抗干扰能力强、体积小和重量轻等一系列的优点,故激光测距仪是目前测距器材中较 理想的仪器。
此外,论文将在已经完成的工程项目基础上探讨如何提高电路的稳定性和测距数 据的准确性,对即将继续开展的课题项目提出了部分建议。
硕士论文
高精度激光测距仪硬件电路研究
2激光及激光测距技术
激光测距广泛采用飞行时间法(The Flight—Time Measurement methods)来测 距。所谓飞行时间法是指通过测量光信号在测线上往返飞行所需要的时间t来测量距 离。根据测量t的方法不同,测距方法可以分为脉冲法和相位法两种基本方法。

硕士论文
高精度激光测距仪硬件电路研究
信模块。 论文结合工程项目的开发,将会对激光测距硬件电路模块进行深入的研究和探
讨。论文的主要任务是分析激光测距的系统方案,探讨相位激光测距的具体实施方案, 详细地分析激光模组驱动电路的组成结构,对保持激光发射功率恒定的自动功率控制 电路进行设计,讨论具有内外双光路的光电检测电路,研究信号的整形和放大,探讨 如何保证激光信号的稳定发射、降噪接收和内部处理,同时对激光模组和光电器件的 选型进行初步的探索。
随着半导体激光泵浦固体激光器的发展,美国麦道公司已将它引入军事市场, 1990年初开始在F/A一18战斗机上进行试验,1991年春季投入生产。用气冷的激 光二极管泵浦Nd:YA6,输出波长为1.064um或532nm,脉冲能量达200mJ,工作温 度一35℃--+60℃,该装置的重量为4.5kg~5.7kg。1996年下半年美国Bushnell公司 推出了测距能力为366米的400型小型、轻便、省电、对人眼安全、无合作目标、低 价的LD测距仪Yardage 400(800),已被评为1997年世界一百项重要科技成果之一。 1997年Bushnell公司又在Internet网上推出测距能力为732米的800型激光测距 仪。1998年美国Tasco公司推出测距能力为800码的摄像机型Lasersite LB激光测 距仪。最近几年美国LaserTech、Leica等公司也相继推出测距能力1000米,精度 一米的手持式望远镜测距仪。
the noises. Then after,the paper analyzed various interferences of the circuit board
we designed,proposed effective solutions. At last.it is explained the test results and the progress of the work,
最后,对本系统的实验结果以及工作进展进行了简单的总结。
关键词: 激光测距,激光驱动,光电检测,接收放大
硕E论文
高精度激光测距仪硬件电路研究
ABSTRACT
Probed into the exploitation of the high precision laser ranging,and based on the technical specifications,the paper attempted to solve the problem that the precision is low in the measurements of laser ranging,gave a deeply research in the hardware design of the laser phase—shift ranging.
二极管激光测距仪开发较早.小于lkm测量距离的商用测距仪己达到实用水平, 其系统的研究开始于军事应用,随着技术的发展,广泛应用于测距报警系统、航海浮 标测距、集装箱检查等。GaAs激光测距仪以数千次每秒的脉冲重复频率工作.在距 离几公里内精度可达几厘米。80年代,美国科顿公司的M931型半导体激光测距夜视 仪,将单日夜视装置和GaAs半导体激光器集为一体,测程超过lkm,重量1.3kg。美
南京理工大学 硕士学位论文 高精度激光测距仪硬件电路研究 姓名:付宝臣 申请学位级别:硕士 专业:通信与信息系统 指导教师:宋耀良
20070601
硕士论文
高精度激光测距仪硬件电路研究
摘要
本论文围绕高精度激光测距仪开发,参照课题技术指标的基础上,旨在尝试解决 激光测距仪精度较低的问题,对相位式激光测距仪的硬件电路设计进行了深入地研究 和探讨。
目前,在工业生产中,由于产品生产速率和生产环境的需求,迫切需要一种体积 小、速度快、对人体安全、精度高(可以达到毫米级别)、能够与计算机进行通信合 作的测距仪器,在这种需求下,各种测距仪器纷纷出现,工程项目“高精度激光测距 仪”就是在这种市场背景下产生的。小型、低价、省电、对人眼安全、无合作目标的 高精度激光测距仪系列产品具有迫切的市场需求和广泛的应用前景。
gave some experience sum-up to the exploitation of the laser phase—shift
ranging.
Key
words:laser ranging,driver circuits of laser, optoelectronic detectors,amplifier circuits
1995年以来,国际上对人眼安全的半导体激光测距技术发展十分迅速,已开展了
波长在800—900nm范围内,峰值功率为10w脉冲宽度20一50ns、重复速率1—10kHz、
测量距离lOnr--lOOOm无合作目标的激光测距仪研究。 国内激光测距仪的研究始于20世纪80年代,是在固体、气体激光测距机基础上

声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果,尽我所知,在 本学位论文中,除了加以标注和致谢的部分外,不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果,也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 己在论文中作了明确的说明。
研究生签名:互主垦壁
发展起来的,目前基础技术已具备,主要是解决工程应用的问题,开发各种应用产品, 适应不同的市场需求。航天科工集团八三五八所研制出测程200米,精度0.5米,重 复频率lOOHz的激光测距仪,中国计量学院信息工程系光电子研究所与国外合作开发 了低价、省电、便携半导体激光测距仪,作用距离1000米,精度小于1米。目前, 国内激光测距仪的研究十分热门,西安、南京、上海、北京等地方相继出现了相关研 究机构。
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