基于TDC-GP21的激光测距设计
基于TDCGP1的激光测距仪的设计
2、激励源(泵浦源)
为了使工作介质中出现粒子数反转，必须用一定的方法去激励原子体系，使处于上能级的粒子数增加。一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子，称为电激励;也可以用脉冲光源来照射工作介质，称为光激励;还有热激励、化学激励等。各种激励方式被形象化的称为泵浦或抽运。为了不断得到激光输出，必须不断的泵浦以维持处于上能级的粒子数比下能级多。
1.3.2相位测距法6
1.3.3三角测距法8
1.3.4反馈测距法8
1.4现行的激光测距技术比较8
1.5基于时间数字转换器TDC-GP1的激光测距方法9
1.6本文研究的内容9
1.7本文结构10
第二章基于TDC-GP1的激光测距系统组成10
2.1硬件系统构成10
2.2系统主要工作过程11
第三章TDC-GPl芯片结构与功能特性11
has larger scale，higher speed higher differentiate,and smaller error.It can cut short the scale of
一款基于TDC-GP21的低功耗热量表设计与实现
一款基于TDC-GP21的低功耗热量表设计与实现背景与概述在家庭、公寓、办公楼等大量建筑物中，热能消耗占据了非常大的比例，因此监测和控制热量的消耗和分配是非常重要的。
根据热量的测量方法不同，传统的低功耗热量表通常采用机械式、电子式、电离式等测量方法，这些方法在测量准确度、实时性以及维护成本等方面存在问题。
为了满足现代低功耗热量测量对精度和实时性的要求，本文提出了一款基于TDC-GP21芯片的低功耗热量表设计与实现。
TDC-GP21芯片介绍TDC-GP21芯片是一款集成了时间数字转换器和计数器模块的高性能低功耗芯片。
TDC-GP21最大的特点是能够实现高精度的计时并提高测量精度。
其内部时钟频率高达1GHz，最高能够计数到1.024秒，并提供了 SPI 接口驱动，能够和 MCU系统集成。
基于TDC-GP21芯片的低功耗热量表，通过对芯片的时间计数和测量，能够实现对热量的高精度计量和追踪。
低功耗热量表整体设计一款基于TDC-GP21的低功耗热量表，主要由传感器、计算模块、显示模块和MCU等模块组成。
其中传感器和计算模块为核心部件，负责实现热量的测量和计算，而显示模块则用于显示热量数据，MCU则作为控制模块，控制整个系统的运行和处理。
传感器传感器是整个热量表测量的核心部分，负责实时监测水流量和温度的变化。
本文选择热能传感器作为测量传感器。
计算模块计算模块实际上就是基于TDC-GP21芯片的计数器模块。
该模块负责测定冷热水进出口的时间差，并通过这个差值计算出每秒钟的冷热水体积。
通过脉冲的计数和时间计数，计算出流量。
显示模块显示模块主要是将计算模块得到的热量数据实时显示给用户。
本文选择了一块4位7段数码管模块作为显示模块。
这种模块在价格上比LCD显示屏等其他显示模块便宜，且比较简单。
这种模块有较低的功耗，并且可以实时显示正在测量的数据。
MCUMCU控制模块负责控制显示模块的输出，从传感器提取数据，并处理和转换数据以便于实时显示。
基于TDC—GPl的高精度激光测距研究
（ １ Ｅ 京交通大学 电子信息工程学院， 北京 １ ０ ０ ０ ４ ４ ；
２ ． 中 国科 学 院半 导 体 研究 所 ， 北京 １ ０ ０ ０ ８ ３ ； ３ ． 潍 坊 港 华燃 气 有 限公 司 ， 山东 潍坊 ２ ６ １ ０ ０ ０ ）
要求 。
关键 词 ： 时 间 间隔 测量 ； Ｔ Ｄ Ｃ — Ｇ Ｐ １ ； 高精 度
中图分 类 号 ： Ｔ Ｎ ７ １ ０ ． ６ 文献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ６ ７ ３ — １ ２ ５ ５ （ ２ ０ １ ３ ） 一 ０ １ — ０ ０ ６ ０ — ０ ６
Ｈｉ ｇ ｈ Ａｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ Ｌａ ｓ ｅ ｒ Ｒａ ｎ ｇ ｉ ｎ ｇ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＴＤＣ－ ＧＰ１
第２ ８ 卷第 １ 期
２ ０ １ ３ 年２ 月
光 电技术应 用
ＥＬ ＥＣＴ Ｒ０一 ＯＰ Ｔ Ｉ Ｃ ＴＥ ＣＨＮＯＬ ＯＧＹ ＡＰ Ｐ ＬＩ ＣＡＴ Ｉ ＯＮ
ＶＯ １ ． ２ ８． Ｎｏ ． １
Ｆ ｅ ｂ ｒ ｕ ａ ｒ ｙ，于Ｔ Ｄ Ｃ— ＧＰ １ 的高精 度激光测距研究
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｍ ｅ ａ ｓ ｕｒ ｅ ｍｅ ｎｔ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｏ ｆ ｔ ｉ ｍｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｖ ａ ｌ ｐ ｌ ａ ｙ ｓ ａ ｄ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｖ ｅ ｒ ｏ ｌ ｅ ｉ ｎ ｒ ａ ｎｇ ｉ ｎ ｇ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｉ ｎ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｒ ａ ｎ ｇ ｉ ｎｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ． Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｏ ｆ ｔ ｉ ｍｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｖ ａ ｌ ， ａ ｈｉ ｇ ｈ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐｏ ｓ ｅ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＴＤＣ—ＧＰ１ ｃ ｏ ｕ ｎｔ ｉ ｎｇ ｃ ｈ ｉ ｐ． Ｔｉ ｍｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｖａ ｌ ｉ ｓ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｌ ｙ ｃ ｏ ｎｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ ｈ ｉ ｇ ｈ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｎ ｕ ｍｂ ｅ ｒ ． Ｉ ｎ ｃ ｏ ｒ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｏ ｆ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｈ ｒｄ ａ ｗａ ｒｅ ，ＴＤＣ— ＧＰ１ ｉ ｓ ｃ ｏ ｎ ￣ｏ ｌ ｌ ｅ ｄ ｂ ｙ ＤＳＰ ｃ ｈ ｉ ｐ ｔ ｏ ｐ ｅ ｆｏ ｒ ｒ ｍ ｉ ｔ ｍｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｖ ａ ｌ ｍｅ ａ — ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ —ｃ ｈａ ｎｎ ｅ １ ． Ｔｉ ｍｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｖａ ｒ ｌ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｓ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｉ ｎ ｎｅ ｒ ｃ ｏ ｒｓ ａ ｅ ｃ ｏ ｕ ｎ ｔ ｅ ｒ ｓ ｎｄ ａ ｉｎ ｆ ｅ ｄ ｅ ｌ ａ ｙ ｔ ｉ ｍｅ ｃ ｈ ｎｎ ａ ｅ ｌ ｓ ． Ｔｉ ｍｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｖ ａ ｌ ｔ ｏ ｂｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｅ ｄ ｉ ｓ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｌ ｙ ｃ ｏ ｎｖ ｅ ￣ｅ ｄ ｉ ｎｔ ｏ ｄ ｉ ｇ ｉ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ａ ｄ ｏ ｕ ｔ ． Ｔｈ ｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｉｍｅ ｒ ｎ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈｏ ｗ ｔ ｈａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ｈａ ｓ ｆ ａ ｓ ｔ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｒｅ ｆ ｑ ｕｅ ｎ ｃ ｙ ， ｇｏ ｏ ｄ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｉ ｔ ｙ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈｅ ｓ ｉ ｎｇ ｌ ｅ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｉ ｓ ｌ ｅ ｓ ｓ ｔ ｈａ ｎ １ ０ ０ ｐ ｓ ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ａ ｎ ｍｅ ｅ ｔ ｈｅ ｔ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｉ ｎ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ａ ｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ．
TDC-GP21在激光测距中的应用
的分辨率 ， 能 够 以较 高的 精 度 获得 准 确 的 脉 冲往 返 时 间 ， 从 而 能 够 更 为 准 确 地 计 算 出 实 际距 离。 详 细 论 述 了硬 件 电路 中 ，
Ｔ ＤＣ — ＧＰ ２ １的 外 围电路 以 及 工 作 方 式 ， 以及 其 内部 的误 差校 验 方 式 。 在 实 际设 计 与 实现 过 程 中 ， 针 对 不 同量 程 ， 设 置 不 同的 闽值 比 较 电压 能 较 精 确 的 测 量 出 时 间 间 隔 。
周期的个数来得出时间间隔 ， 为 了达 到 较 高 的精 度 ， 对 硬 件 电路 有极 高 的 要求 ， 不 易 实 现 且 增 加 了设 计 成 本 Ｊ 。 Ｔ Ｄ Ｃ— ＧＰ ２ １ 作 为 Ａ ＣＡ Ｍ公 司 Ｔ Ｄ Ｃ— ＧＰ ２的 下一 代 时 间数 字转 换 器 产 品 ， 因 其 良好 的性 能 ， 为 测 量激 光 脉 冲往返 时 间 提供 了 一个 较好 的解决 方 案 。 该 芯片 应 用 电路 简 单 ， 且 时 间测 量 的精 度 满 足实 际应 用 中 的需 求 。
《 工业控制计算机｝ ２ ０ １ ７年 第 ３ Ｏ卷 第 ６期
１ ２ ７
Ｔ Ｄ Ｃ — Ｇ Ｐ ２ １ 在激光测距中的应用
Ａｐ ｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｔ ＤＣ－ＧＰ２ １ ｉ ｎ Ｐｕ ｌ ｓ ｅ ｄ Ｌ ａ ｓ ｅ ｒ Ｒａ ｎ ｇｉ ｎ ｇ
脉冲式激光测距方案。
保 证 。 实 际 工 作 过 程 中 的测 量 精 度 取 决 于 内部 电流 信 号 通 过 单 个逻 辑 门 的传 播 时 间 。
ＴＤＣ ＧＰ ２ １ 具有 两个测量范 围 ， 其 中测 量 范 围 １的 时 间 测
基于TDC_GP2的脉冲激光测速系统设计
激光测速是从六十年代中期发展起来的，利用激光的单色性、能量高度集中的特点，用测频的方法直接测物体的速度。
比起老式的雷达测速仪，最新的激光测速仪的性能有了明显的提高。
激光测速的主要方法有脉冲法和相位法。
由于相位法对光路要求非常严格，且外围电路设计复杂，成本太高，不利于工业领域大范围应用，因此，目前激光测速多采用脉冲法。
1脉冲激光测速原理脉冲激光测速系统是通过测量激光器发出的光脉冲与光脉冲返回光接收机的时间间隔来计算目标距离，从而根据距离推算出目标速度。
激光测距公式为：R＝C×△t ／2n軈＝Cm ／2n 軈f （1）式中，R 为目标距离，C 为真空中的光速（2．998×108m ／s ），n軈为光束路径上大气折射率的平均值，m 为时标振荡器在光往返过程的脉冲个数，f 为计数时钟频率。
激光测速系统是在激光测距的基础上，用直接探测法来进行测速的，即分别在t 1、t 2时刻测量目标距离R 1、R 2，再计算径向平均速度。
激光测速公式为：V＝（R 1－R 2）／（t 1－t 2）（2）由于脉冲时间极短，可将径向平均速度看成瞬时速度。
影响脉冲激光测速的关键在于测距精度，由式(1)可见，影响测距精度的关键，在于发射和接收到的激光脉冲之间的时间间隔的测量精度。
由于激光的速度非常快，所以发射和接收到的激光脉冲之间的时间间隔非常短。
例如要测量1km 的距离，分辨率要求为1cm ，则时间间隔测量的分辨率要求高达67ps ，因此时间测量对于脉冲激光测速系统来说是非常重要的一个环节。
本激光测速系统采用ACAM 公司的TDC－GP2芯片测量发射和接收到的激光脉冲之间的时间间隔,采用STC89C52单片机进行控制。
2TDC－GP2芯片简介TDC－GP2是德国ACAM 公司继TDC－GP1之后新推出的一款高精度时间间隔测量芯片。
与TDC－GP1相比，TDC－GP2具有更高的精度和更小的封装，价格仅为TDC－GP1的40％，更适合应用于低成本的工业领域。
TDC-GP2激光测距应用
单位（ns）
未平均 397 396.9 396.8 396.7 396.6 396.5 396.4 396.3
1 25 49 73 97 121 145 169 193 217 241 265 289 313 337 361 385 409 433 457 481
应用平均的情况下：
在这个测量模式下测量流程以及典型的寄存器设置如下：
上电复位 寄存器配置
检查在什么地 方有问题
发送初始化命令
TDC测 量 进 入 状 态 等 待 start,stop脉 冲
测量
测量
完成
溢出
再读数据
判断中断
写入新的计算方法 (计 算 多 于 一 个 脉 冲
时)
1个 脉 冲
读数据
读状态寄存器看是否 测 量 正 常 ,还 是 溢 出
//测量循环： void measurement() { SPIwrite8 (0x70) ;//初始化测量，通知 gp2 进入测量准备状态
Check INTN=0? SPIwrite32 (0xb4) ; //发送命令读状态寄存器 SPIread8 (STAT) ; STAT&0x0600>0？//=>说明有测量溢出，有问题 SPIwrite32(0xb0) ; //发送命令读 reg0 结果 SPIread32(reg0) ; }
那么上面所述的一些需要注意的问题在这里我们并不做讨论，我们假设其他方面都已 经解决，那么这里我们着重介绍一下如何应用单片机和 TDC-GP2 来控制时间测量。
对于 tdc-gp2 而言，这颗芯片本身有两个测量范围，测量范围 1 和测量范围 2。 测量范围 1 的时间测量从 0ps-1.8us,相对于距离来讲大约为 0-270m。测量范围 2 的测量 范围从 2 倍的高速时钟周期到 4ms.也就是说最高的距离测量可以到 25 公里以外.那么 我们下面就以不同的测量范围来进行介绍.
基于TDC-GP2的激光测距飞行时间测量系统
基于TDC-GP2的激光测距飞行时间测量系统
姚万业;龙洋;张东峰;游勇华
【期刊名称】《工矿自动化》
【年(卷),期】2008(000)006
【摘要】在激光盘煤测量系统中,激光飞行时间的测量是影响整个系统精度的关键因素.文章基于高精度时间间隔测量芯片TDC-GP2设计了一种用于激光盘煤测量系统中的激光飞行时间间隔测量系统,介绍了TDC-GP2激光测距原理,给出了系统硬件及软件设计.试验结果表明,该系统结构简单、测量精度高,具有较高的可行性.【总页数】3页(P47-49)
【作者】姚万业;龙洋;张东峰;游勇华
【作者单位】华北电力大学控制科学与工程学院,河北,保定,071003;华北电力大学控制科学与工程学院,河北,保定,071003;华北电力大学控制科学与工程学院,河北,保定,071003;华北电力大学控制科学与工程学院,河北,保定,071003
【正文语种】中文
【中图分类】TD605;TN247
【相关文献】
1.基于共振的激光脉冲飞行时间测距时刻探测技术 [J], 黄民双;李剑;田丰
2.基于铷原子钟和双TDC-GP2的高精度时间基准测量系统的设计 [J], 崔永俊;刘阳;杨兵
3.基于TDC-GP2的高精度时间间隔测量系统设计 [J], 张彬彬;崔永俊;杨兵
4.高精度时间测量芯片TDC-GP2在激光测距中的应用 [J], 仲峰;万莉萍;岳宇军
5.基于TDC-GP2的时间间隔测量系统设计 [J], 杨兵;崔永俊;贾磊;王晋伟
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TDC_GP21中文数据手册
3
Time-to-Digital-Converter
TDC-GP21
4
acam-messelectronic gmbh - Am Hasenbiel 27 - D-76297 Stutensee-Blankenloch - Germany - www.acam.de
TDC-GP21
1
概述
TDC-GP21为TDC-GP2的下一代升级产品.这颗芯片提供了对于TDC-GP2的管脚完全兼容的功能,
0.06
0.04
0,02% < 0.01%
0.012 0.0082
单位 Bit dB
%/V %/10 K
acam-messelectronic gmbh - Am Hasenbiel 27 - D-76297 Stutensee-Blankenloch - Germany - www.acam.de
1-1
2-1 2-2 2-3 2-6 2-7 2-8
3-1 3-11 3-13 3-14
4-1 4-7 4-14 4-16
5-1 5-4 5-7 5-7
6-1
7-1
acam-messelectronic gmbh - Am Hasenbiel 27 - D-76297 Stutensee-Blankenloch - Germany - www.acam.de
如果应用tdcgp21的模拟部分那么一个超声波热量表的典型测量功耗可以下降到22ua11特性测量范围2?单通道90ps典型精度?双精度模式45ps四精度模式22ps?测量范围500ns到4ms?2xclkhs脉冲最小间隔最多可以接受3个脉冲?3个脉冲每个都可以设定精准的时间窗口窗口精确度达10ns模拟输入部分?斩波稳定低噪声比较器?2个模拟开关作为输入选择?外部电路仅需要2个电阻和2个电容特殊功能?脉冲产生器可以产生最多127个脉冲?可以选则上升沿和或下降沿敏感?通过窗口功能精确接受stop脉冲?低功耗32khz振荡器500na?时钟标定单元?7x32位eeprom温度测量单元?2或4个传感器?pt500pt1000或者更高?集成的施密特触发器?应用外部施密特触发器为16位有效精度对于铂电阻来说0004c分辨率应用内部集成低噪声施密特触发器为17
TDC-GP21在激光测距中的应用
TDC-GP21在激光测距中的应用
陈超;叶桦;陈晓涛
【期刊名称】《工业控制计算机》
【年(卷),期】2017(30)6
【摘要】脉冲式激光测距,原理明晰,结构简洁,其测量精度主要取决于时间测量模块的精度,提高时间测量的精度,有利于提高测量距离的精度.以TDC-GP21作为时间测量芯片,该芯片利用逻辑门的延迟来实现高精度的时间测量,具有极高的分辨率,能够以较高的精度获得准确的脉冲往返时间,从而能够更为准确地计算出实际距离.详细论述了硬件电路中,TDC-GP21的外围电路以及工作方式,以及其内部的误差校验方式.在实际设计与实现过程中,针对不同量程,设置不同的阈值比较电压能较精确的测量出时间间隔.
【总页数】3页(P127-128,130)
【作者】陈超;叶桦;陈晓涛
【作者单位】东南大学自动化学院,江苏南京210096;东南大学自动化学院,江苏南京210096;东南大学自动化学院,江苏南京210096
【正文语种】中文
【相关文献】
1.便携式激光测距仪在架空电力线路测距中的应用 [J], 张慧兵
2.二氧化碳激光器在激光测距机中的应用研究 [J], 赵宇
3.风冷免调固体激光器在军用激光测距机中的应用 [J], 张兴民
4.免调试固体激光器在军用激光测距系统中的应用 [J], 程勇;王晓兵;孙斌
5.大气对532nm激光影响在漫反射激光测距中的应用 [J], 翟东升;伏红林;熊耀恒因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
TDC-GP21在超声波传播时间测量中的应用
图 １ 超 声 波 传 播 时 间 测 量 逻 辑 图
值 时的过零点 。 到首次 过零点 之间 的时间 间隔在 系统校 准
方 案采 用 Ｓ Ｔ Ｍ ３ ２ Ｆ １ ０ ３单 片 机 为主控 制 芯 片， Ｔ Ｄ Ｃ—Ｇ Ｐ ２ １ 高精度 计时芯片作 为超声 波传播 时 间测量 芯片 。系统 总框 图
ｚ ｅ ｒ ｏ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｔ ｈ ａ ｔ ｉ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｅ ｎ ｈ ａ ｎ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ， ａ ｎ ｄ ａ ｚ ｅ ｒ ｏ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｗ ｉ ｔ ｈ ｈ ｉ ｇ ｈ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ — ｔ ｏ ・ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｌｉ ａ ｚ ｅ ｄ
１ １ ６ ０ ２ ３ ） （ 大 连理 工大 学电子科 学与技术 学院 ， 辽宁大连
摘要 ： 在超 声波应用中， 超 声波传播 时 间的测 量精度 非常 关键 。提 出了基 于 Ｓ Ｔ Ｍ ３ ２ Ｆ １ ０ ３单 片机和 Ｔ Ｄ Ｃ—Ｇ Ｐ ２ １芯 片 的超声 波传播时 间测量方案和一种提 高过零点检测精 度的测量原 理及 高信噪 比过零点选择 比较 电路 。 系统 实现 的 时间
０ 引 言
通过超声波传播 时间测 量厚度 、 距离、 流量 等应 用越 来越 广泛 ， 对超声波传播时 间测 量 的精 度要 求也 达到 了 ｎ ｓ 级 甚至
激励信号 阙值 电压
ｎ ｎ ｎ
ｐ ｓ 级。目 前 高精度时 间测量 方法 有电子计 数法 、 模 拟 内插 法 ，
时间线延迟法 （ Ｔ Ｄ Ｃ） 、 游标 法 、 幅度 一时间转换法 （ ｒ ｒ Ｖ ｃ ） 等… 。
基于TDC-GP21的激光测距设计
随着科学技术的快速发展，激光将在测距仪中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，激光波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，无庸置疑，未来的激光波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合,形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。
若要距离分辨率 ≤30cm，则要求 ≤2×10-9s，即要求时标脉冲的频率最低为500MHz。距离测量的精度主要取决于发射激光脉冲的上升沿、接收通道的带宽、探测器的信噪比、时间间隔测量的分辨率等因素有关。
TOF（飞行时间）测距系统构成相对简单，因而获得了普遍的应用。军用的作用距离大于1km的测距机基本上全都是基于TOF的。当前，采用精密的时间间隔测量方法，脉冲飞行时间激光测距的单次测量精度可以达到厘米量级。为获得更高精度，可以采取多次测量平均的方法，但是这需要更长的测量时间，从而限制了它的应用范围。自触发脉冲飞行时间激光测距法，其原理利用激光接收单元的输出信号自行控制激光发射单元，进而触发激光脉冲向测距目标发射，即激光接收单元接收到激光脉冲之后，去触发激光发射单元产生下一个激光脉冲。激光脉冲的发射和接收是循环相关的。经过多个脉冲后，接收的这一周期信号经过周期测量再除以接收的周期数，从单个周期得到距离。实际上是对测量结果进行多次平均，从而提高精度。分析其原理可知，这种方法仅对静止目标有效，而且为了获得由距离而产生的测距周期信号，激光器会长时间的处于发射状态，就效率而言是相对较低的，同时，这也限制了触发脉冲飞行时间激光测距法只能在低功率激光器件上运用，从而其应用仅限于室内的短距离测量。
用TDC—GP1芯片设计手持激光测距仪
结 语
类 实现 界 面
本 文介绍了车载信息 系统开发的部分实现方法 。通过
实例讲 述 了 Ｌｎ ｘ的开 发 过 程 ， 括 驱 动 开 发 和 应 用 程 序 ｉ ｕ 包
ｎ 《 ； 车Ｉ ； 扭
入 毒 刍厢 ：
路 。ＴＤＣ—ＧＰ １是 一 个 通 用 的 可 多 次 采 样 的 双 通 道 时 间
一
６
ห้องสมุดไป่ตู้
无
Ｓ ＡＲＴ Ｔ
关键词
激 光 测 距 脉 冲 法 时 间 测 量 芯 片
Ｔ ＤＣ —ＧＰ Ｍ Ｓ ４ ０ １ ９ １ Ｐ ３ Ｆ ４
由式 （ ） 见 ， 响 脉 冲法 测距 精 度 的关 键 ， 于 发 射 １可 影 在
引 言
脉 冲激 光 测距 以 其 峰 值 功 率 高 、 测 距 离 远 、 距 精 探 测 度高 、 光 源 相 干 性 要 求 低 等 优 点 ， 工 业 、 空 航 天 、 对 在 航 大 地测 量 、 筑 测 量 和 机器 人 等 领 域 得 到 了广 泛应 用 。不 同 建 的应 用对 测 量 范 围 与精 度 有 不 同 的要 求 ：在 军 事 上 ， 量 测
摘 要
仪 ， 用德 国 ＡＣ 利 ＡＭ 公 司 的 高精 度 时 间 间 隔 测 量芯 片 ＴＤＣ—ＧＰ １作 为 时 间 间 隔测 量 模 块 。 该 文详 细介
绍 了测 时芯 片 ＴＤ Ｃ～ＧＰ １的 测 时原 理 ， 以及 在 测 距 应 用 中 系统 硬 件 和 软 件 的 实现 方 法 。
界面。
图 ４ Ｔ ｅｒ ｍｅｅ ｈ ｒ０ ｔ ｒ ｒ ０
TDC-GP21 超声波热量表完美解决方案
TDC-GP21完美适合超声波热量表的解决方案朱登科acammesselectronic GmbH前言：从2009年开始，中国北方供热改革已经真正的迈开了脚步，在未来的几年当中，北方各地将会加快对于供热计量方面的改革力度，按热量计价收费将会成为今后北方供热供暖方面的一个重点工作。
而超声波热量表由于其测量方式无接触部件，低压降和低能量消耗而且测量高精度，正在逐渐取代机械式的热量表，成为北方供热供暖热计量方案的首选。
应用德国acam公司的第一代产品TDC-GP2实现的超声波热量表已经在市场被广泛的应用，而且由于其集成度高，测量性能好功耗低的优势，受到广大的热量表公司的认可。
而今，acam公司进一步推出了针对超声波热量表的高集成度TDC-GP21，在性能质量，功耗及其他各个方面将全面超越TDC-GP2，成为超声波热量表的首选。
TDC-GP21介绍：在2010年的11月底，德国acam公司在原有的基础上，又专门针对超声波热量表的一些特性，进行了更深入的研究和改进，最终推出了新一代针对超声波热量表所设计的的芯片TDC-GP21。
这颗芯片采用QFN32管脚的封装形式，除了具备了TDC-GP2的功能以外，还额外集成了超声波热量表所需要的信号处理模拟部分，比如模拟开关，以及低噪声斩波稳定（自动进行温度电压校正）模拟信号比较器，以及内部集成了温度测量所需施密特触发器，使超声波热量表的设计开发非常简单，大大降低材料和人工成本，并且将测量质量和功耗提升到了一个前所未有的等级，实现了更高集成度，更低功耗，更高精度的超声波热量表方案。
TDC-GP21所能够实现的性能，是TDC-GP2所无法达到的。
TDC-GP21内部结构图上图中绿色部分，为专门针对热量表所集成的单元。
模拟控制部分将信号的发射接收的处理变得前所未有的简单，模拟信号和整个流程控制直接由这个部分来处理和自动操作，而且斩波稳定比较器可以保证测量的质量;温度部分集成了施密特触发器，直接接上温度传感器和参考电阻就可以进行高精度的测量，测量的性能远远超过热量表所需的要求;7x32的eeprom 单元可以让客户存储整表的一些ID 信息以及配置寄存器的信息。
基于TDC_GP2的激光测距系统设计_李玉株
第32卷第6期增刊仪器仪表学报V ol.32 No.6 2011年6月Chinese Journal of Scientific Instrument Jun. 2011 基于TDC-GP2的激光测距系统设计李玉株肖江黄丽燕刘君（北京林业大学北京市海淀区清华东路35号）摘要：为解决激光测距系统普遍存在成本高、稳定性差等问题, 设计了一个基于TDC-GP2计时单元，以飞行时间TIME-OF-FLIGHT（TOF）法中的脉冲激光测距法来实现激光测距的系统。
应用低功耗Atmega128单片机和低成本的SPLPL90_3作为激光发射管，实现了激光的发射, 并采用OSRAM公司生产的SFH203PFA作为激光探测器,将光信号转换为电流信号，经过放大、滤波等进一步处理后，通过TDC-GP2计时，从而实现激光测距。
它不需要用高压来供电，增加了系统的稳定性。
经试验证明，该系统在要求测量范围（50m）内，测量精度可以达到0.01m。
为汽车间距测量和机器人避障等领域中问题提供可行的测量距离的方法。
关键词：TDC-GP2 激光测距飞行时间 SPLPL90_3 SFH203PFA。
Design of laser rangefinder System based on the TDC - GP2Li Yuzhu Xiao Jiang Huang Liyan Liu Jun(Beijing forestry university, Beijing, haidian district number 35, tsinghua road)Abstract：Aiming at solving the problems of high cost, poor stability existed in Laser rangefinder system. A system is designed based on TDC - GP2 timing unit and FLIGHT TIME - - a FLIGHT (TOF) method to implement laser ranging system, which uses the low-power AVR atmega128 microcontroller and the low-cost SPLPL90_3 as laser tube to realize the launch, and the approach of the SFH203PFA as laser detector the laser OSRAM company produced. And the laser rangefinder is realized via further treatment TDC - GP2, the optical signals are converted to current signal, amplified, filtering, after. Without the high pressure to power supply, it increases the stability of the system. Experiments show that the measurement accuracy of this system at requirements measurement range (50m) can reach 0.01 m. It provides feasible method to measure the distance for actual operation such as automobile distance measurement and robot obstacle avoidance fields.Key words：TDC-GP2 Laser rangefinder TIME-OF-FLIGHT SPLPL90_3 SFH203PFA1引言激光测距是以激光器作为光源进行测距，其方法从技术途径上一般可分为三角测距法和飞行时间（TOF）法两大类。
一种基于TDC的远距离高精度激光测距装置及测距方法[发明专利]
![一种基于TDC的远距离高精度激光测距装置及测距方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/940ed15869dc5022abea00d9.png)
专利名称：一种基于TDC的远距离高精度激光测距装置及测距方法
专利类型：发明专利
发明人：王立红
申请号：CN201910240652.5
申请日：20190328
公开号：CN109870702A
公开日：
20190611
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于TDC的远距离高精度激光测距装置及测距方法，以消除激光回波系统误差。
测距装置包括测距控制器、发射驱动电路、激光发射电路、分光镜、光电检测器、回波处理电路和时间间隔测量电路；测距控制器同时向发射驱动电路和时间间隔测量电路发送窄脉冲信号，发射驱动电路触发激光发射电路，激光发射电路向目标物发射窄脉冲激光束，分光镜将一部分窄脉冲激光束反射入光电检测器；光电检测器接收窄脉冲激光束和目标物回波脉冲并将其输送至回波处理电路分别进行处理并输送至时间间隔测量电路；时间间隔测量电路记录接收到的窄脉冲信号、反射窄脉冲激光束和目标物回波脉冲的三个时间点输送至测距控制器，由测距控制器进行测距运算。
申请人：河北镭族光电科技有限公司
地址：050200 河北省石家庄市鹿泉区经济开发区御园路99号光谷科技园东孵化楼513室
国籍：CN
代理机构：石家庄知住优创知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：王丽巧
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基于TDC_GP21的激光测距仪设计
基于TDC_GP21的激光测距仪设计
纪晓轮;蒋钱;陈江伟;张旭野
【期刊名称】《盐城工学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2015(028)003
【摘要】为提高激光测距仪测距精度,采用ACAM公司的时间数字转换芯片TDC_GP21,设计了高精度的时间间隔测量模块,采用数据拟合算法对测距系统进行了标定,并用多项测距算术平均值的方法提高系统测距精度.测量结果表明系统电路简单、精度较高、成本更低、具有量产可行性.
【总页数】4页(P26-28,74)
【作者】纪晓轮;蒋钱;陈江伟;张旭野
【作者单位】江苏国电南自海吉科技有限公司,江苏南京 210000;江苏国电南自海吉科技有限公司,江苏南京 210000;江苏国电南自海吉科技有限公司,江苏南京210000;江苏国电南自海吉科技有限公司,江苏南京 210000
【正文语种】中文
【中图分类】TH744.5
【相关文献】
1.基于激光测距仪和开源硬件的井深测量系统设计 [J], 胡永建;孙成芹;韩昊辰;孙琦;王天娇
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5.基于FreeRTOS的AIOT定角激光测距仪系统设计 [J], 徐霞;陈鹏;李妍;陈学禄因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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[Key Words]Laser ranging,Time intervals,TDC-GP21,Ranging precision measurement
第一章
1.1 激光测距技术
激光测距是指根据激光往返待测距离的时间来测定距离的方法，激光测距技术是随着激光技术的出现而发展起来的一种精密测量技术，因其良好的测距性能而广泛应用在军事和民用领域。
【关键词】激光测距，时间间隔测量，TDC—GP2ห้องสมุดไป่ตู้，测距精度
Laser RangingBased onTDC-GP21
[Abstract]The laser range finder is developing in small,low-power and high-precision direction.A portable laser range finder with high precision was researcher in this paper. We have studied the pulsed laser ranging technology, and the priority is the critical technology of the high-precision measurement in short intervals. In this paper,we have proposed the solutions of the portable diode laser rangefinder system based on the high-precision time interval measurement chip TDC-GP21, through a deep research of the principle of the pulsed laser rangefinder. studied the time measuring principle of the TDC-GP21, designed the time interval measurement unit that based on the TDC-GP21, designed the driven power of the pulse- semiconductor lasers and the driven circuit of the photoelectric detector. To solve the error caused by the count resolution in a limited distance, we have combined traditional methods to improve the time resolution, and with the research, development and innovation of the technology, we have ensured and developed the time measurement accuracy of the ranging system, reduced the cost of the hardware and simplified the control circuit.
激光测距方法从原理上分主要有相位测距法和脉冲测距法两种。由于相位测量技术较为成熟，因此测距精度较高，目前的测距技术大多采用此法，但相位测距电路较为复杂，技术难度较大，测程短。脉冲式测距方法结构简单，信号易于处理，并且易于实现实时测量，具有测程长的优点，因此发展潜力很大。
1.2激光测距的发展
国外许多大学,研究机构和公司都开展了这方面的研究工作。芬兰奥鲁大学电器工程系和芬兰技术研究是最早的研究中心,从 20世纪 70年代初至今持续了30多年,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许多方面。美国有许多家著名公司开展了这方面的研究,Schwartz Electro-Optics 公司为美国国家数据中心研制了激光海浪测量装置,用于无人看守的海浪测量站为美国联邦政府高速公路管理局研制了激光自动探测系统,用于车辆速度和高度的测量,提高了交通效率还为军方研制了直升机防撞告警装置。近期又有几家美国公司开展这方面研究的报道,1992 年美国亚特兰大激光公司为警方专门设计的便携式人眼安全激光二极管测距机,用于对车辆的测距和测速。1996 年下半年美国 Bushnell公司推出了测距能力为400码的400型的激光测距仪Yardage 400(800)；1997年Bushnell公司在Internet网上又推出测距能力为800码的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 LD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1米的手持式望远镜测距仪。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,峰值功率为脉冲宽度20-50ns、重复频率1-10kHz、测量距离10m-1km无合作目标的激光测距机研究。
基于TDC-PG21的激光测距
【摘要】激光测距仪正朝着小型、低功耗和高精度方向发展，尝试研制一种高精度的便携式脉冲激光测距仪。针对脉冲式激光测距技术展开，重点研究短时间间隔的高精度测量这一关键技术。在对普通脉冲激光测距机的时间间隔测量方法分析后，提出了基于高精度时间间隔测量芯片TDC-GP21的便携式脉冲半导体激光测距仪系统方案。分析了TDC-GP21时间测量原理，设计了基于TDC-GP21的时间间隔测量单元，脉冲半导体激光器的驱动电源、光电探测器的驱动电路。针对有限距离的计数分辨率引起的误差，结合传统提高时间分辨率的方法，并对这一技术进行研究、发展和创新，使得测距系统的时间测量精度得到了很好的保证及提高，降低了硬件成本，简化了控制电路。