激光测距仪的设计
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。
《相位法激光测距仪设计》
《相位法激光测距仪设计》摘要：I.引言- 激光测距仪背景和应用- 相位法激光测距仪的优势II.相位法激光测距仪原理- 相位法基本原理- 激光测距仪系统构成III.相位法激光测距仪设计- 系统硬件设计- 激光发射器- 激光接收器- 数字鉴相器- 系统软件设计- 相位差计算- 距离计算IV.相位法激光测距仪应用- 军事领域- 民用领域V.结论- 相位法激光测距仪的优势- 发展前景正文：激光测距仪是一种利用激光技术测量物体距离的仪器，广泛应用于军事、民用等领域。
相位法激光测距仪作为其中一种类型，具有高精度、高效率等优势，成为近年来研究的热点。
相位法激光测距仪基于相位法原理，通过检测发射光和反射光之间的相位差来检测距离。
其系统构成主要包括激光发射器、激光接收器、数字鉴相器等部分。
其中，激光发射器负责发射激光束，激光接收器负责接收反射光，而数字鉴相器则负责计算相位差。
在设计相位法激光测距仪时，需要考虑系统硬件和软件的设计。
在硬件方面，激光发射器和接收器需要具有较高的稳定性和精度，以保证测量结果的准确性。
此外，数字鉴相器的设计也非常重要，其性能直接影响到相位差计算的准确性。
在软件方面，相位差计算和距离计算的算法需要优化，以提高计算速度和精度。
相位法激光测距仪在军事和民用领域具有广泛的应用前景。
在军事领域，相位法激光测距仪可以应用于侦查、定位、导航等方面，提高作战效率和精度。
在民用领域，相位法激光测距仪可以应用于土地测量、建筑测量、无人机导航等领域，为生产生活提供便捷。
总之，相位法激光测距仪具有显著的优势，其设计和应用值得进一步研究和探讨。
自制低成本3D激光扫描测距仪(3D激光雷达)
来自CSK的低成本3D scanner。
Very Impressive！在开始介绍原理前，先给出一些扫描得到的3D模型以及演示视频，给大家一个直观的认识。
视频链接相关的图片：扫描得到的房间一角(点击查看原始尺寸)扫描的我(点击查看原始尺寸)扫描仪实物本文结构1. 简单介绍了激光雷达产品的现状2. 激光三角测距原理3. 线状激光进行截面测距原理4. 3D激光扫描仪的制作考虑5. 参考文献简介-激光扫描仪/雷达这里所说的激光扫描测距仪的实质就是3D激光雷达。
如上面视频中展现的那样，扫描仪可以获取各转角情况下目标物体扫描截面到扫描仪的距离，由于这类数据在可视化后看起来像是由很多小点组成的云团，因此常被称之为：点云(Point Clould)。
在获得扫描的点云后，可以在计算机中重现扫描物体/场景的三维信息。
这类设备往往用于如下几个方面：1) 机器人定位导航目前机器人的SLAM算法中最理想的设备仍旧是激光雷达(虽然目前可以使用kinect，但他无法再室外使用且精度相对较低)。
机器人通过激光扫描得到的所处环境的2D/3D点云，从而可以进行诸如SLAM 等定位算法。
确定自身在环境当中的位置以及同时创建出所处环境的地图。
这也是我制作他的主要目的之一。
2) 零部件和物体的3D模型重建3) 地图测绘现状目前市面上单点的激光测距仪已经比较常见，并且价格也相对低廉。
但是它只能测量目标上特定点的距离。
当然，如果将这类测距仪安装在一个旋转平台上，旋转扫描一周，就变成了2D激光雷达（LIDAR）。
相比激光测距仪，市面上激光雷达产品的价格就要高许多：图片: Hokuyo 2D激光雷达上图为Hokuyo这家公司生产的2D激光雷达产品，这类产品的售价都是上万元的水平。
其昂贵的原因之一在于他们往往采用了高速的光学振镜进行大角度范围(180-270)的激光扫描，并且测距使用了计算发射/反射激光束相位差的手段进行。
当然他们的性能也是很强的，一般扫描的频率都在10Hz以上，精度也在几个毫米的级别。
相位式激光测距仪激光接收部分设计
相位式激光测距仪激光接收部分设计激光测距仪是一种测量目标物体距离的工具，其原理是利用激光束在空气中传播的特性，通过测量激光束的往返时间来计算出目标物体与测距仪的距离。
激光接收部分是激光测距仪的核心组成部分之一，其设计的好坏直接影响到测量结果的准确性和稳定性。
在设计激光接收部分时，需要考虑以下几个关键因素：1.激光接收器的选择：激光接收器是接收激光信号的关键部件，其性能直接影响到激光测距仪的灵敏度和测距范围。
常见的激光接收器有光电二极管（PD）和光电效应晶体管（APD）。
PD具有较高的响应速度和较低的噪声，适用于近距离测距场景；APD具有较高的增益和较低的噪声，适用于远距离测距场景。
2.光学系统的设计：光学系统包括透镜、滤波器等光学元件，其作用是将入射的激光束聚焦到激光接收器上。
在设计光学系统时需要考虑激光束的聚焦效果、散斑噪声等因素，以提高测距仪的测量精度和信噪比。
3.信号放大和滤波电路的设计：激光接收器输出的信号很弱，需要经过放大和滤波才能得到可信的测距信号。
放大电路可以采用运算放大器等电路实现，滤波电路可以采用RC滤波器或数字滤波器等实现。
通过合理设计放大和滤波电路，可以提高信号的噪声抑制和动态范围。
4.时间测量电路的设计：激光测距仪是通过测量激光束的往返时间来计算距离的，因此需要设计一个高精度的时间测量电路。
常用的时间测量电路有计数器、时钟等，可以通过采样和比较测量激光脉冲信号的上升沿和下降沿来计算出往返时间。
在设计激光接收部分时，还需考虑以下一些技术细节：5.温度补偿：激光测距仪的测量精度受到温度的影响，尤其是光学元件和电子元件的温度变化。
因此，需要设计温度补偿电路，通过测量环境温度并补偿光学和电子元件的参考值，提高测量精度。
6.光路对齐：激光测距仪的激光发射和接收部分需要在一条直线上对准，才能确保测量结果的准确性。
因此，需要设计一个精密的光路对齐机构，确保激光束的传输方向稳定。
7.防干扰设计：激光测距仪易受到外界光源干扰，导致测量结果偏差。
手持式激光测距仪系统方案
手持式激光测距仪系统方案一．系统主要功能（1）通过“脉冲测距法”来完成激光测距仪对距离的测量。
（2）完成面积测量，体积测量，连续测量，存储测量数据等功能。
（3）还可完成对测量距离的加、减运算。
二．主要技术资料1.电源：3伏直流电2.测量范围：5cm至200m，从前端起5cm,最大识别距离750m,不含目标板传统测量范围：白色砌石墙面，70m；水泥，50m；砖墙，50m。
最大测量距离由以下条件而定：（1）目标物表面的反射性（2）周围环境光照条件。
3.精确度：一般情况下，测量一次或多次的精确度为±1.5mm。
4.最小显示单位：1mm5.光束直径：在10m处小于6mm，在50m处小于30mm，在100m处小于60mm。
6.基本操作模式：单一测量，连续测量，计算/功能7.显示：液晶显示器，显示操作情况及电池情况。
8.激光：可见光，620-690nm,激光等级2级，输出功率<1mw。
三．系统测量原理激光测距仪一般采用两种方式来测量距离：脉冲法和相位法。
本系统采用脉冲法，需要对时间进行精确测量，采用了高精度时间测量芯片TDC-GP2。
在脉冲激光测距中，使用激光器对被测目标发射一个光脉冲，然后接收目标反射回来的光脉冲，通过用TDC-GP2测量光脉冲往返所经历2S的时间t，就可以算出目标的距离，即：S=v*t/2，式中v为光速，v=3×108m/s。
1.TDC-GP2的时间测量原理1.1内部结构TDC-GP2内部主要有脉冲产生器、数据处理单元、时间数字转换器、温度测量单元、时钟控制单元、配置寄存器以及与单片机相接的SPI接口组成。
TDC-GP2的工作电压：输入输出为1.8~5.5V，核电压为1.8~3.6V，所以可以采用电池供电。
同时和单片机由4线的SPI相连，可以把TDC-GP2作为单片机的一个外围设备来操作。
通过单片机的控制由TDC-GP2采样脉冲激光的发射和接收，通过内部ALU单元计算出时间间隔，并将结果送入结果寄存器保存起来。
基于51单片机的手持式激光+测距仪设计与实现-毕业论文
---文档均为word文档，下载后可直接编辑使用亦可打印---1.1 课题的背景和意义 (2)1.2 国内外现况 (3)1.3 本课题主要研究内容 (4)1.最小的单芯片系统的硬件设计; (4)2.液晶屏的硬件设计; (4)3.警告声光报警电路; (4)4.硬件功能测试程序。
(4)1.4 开发环境介绍 (4)1) 开发环境 (4)2) 运行环境 (5)第二章硬件介绍 (6)2.1 STC89C52概述 (6)图2-1 51单片机管脚图 (6)1 主电源引脚 (7)2 时钟源 (7)3 控制,选通或复用 (7)4 多功能I/O端口 (7)2.2 keilC51的开发环境 (8)2.2 Nokia/诺基亚5110 LCD (9)图2-2 Nokia5110显示屏 (10)2.3 GP2Y0A02YK0F红外激光测距模块 (10)1、距离测量范围： 20 to 150 cm (10)2. 信号输出类型：电压模拟信号 (10)3. 包装尺寸：29.5×13×21.6 mm (10)4. 功耗：标称值33 mA (10)5. 供电电压：4.5 to 5.5 V (10)6.精度和采集的AD位数以及转化计算公式相关，10AD一般能达到0.1CM (10)图2-3 测距原理 (12)图2-4传感器数值曲线图 (12)第三章硬件系统介绍 (13)3.1 红外激光测距的实现构想 (13)3.2 结构框图 (13)图3-1 结构框图 (13)3.3系统硬件结构电路图 (14)图3-2 整体电路图 (14)3.3.1 ISP电路 (14)图3-3 下载与擦除电路 (15)3.3.2 稳压电路 (15)图3-4 稳压电路 (15)3.3.3 显示模块Nokia5110lcd (15)图3-5 5110显示电路 (16)3.3.4 键盘 (16)图3-6 按键 (17)3.3.5红外激光测距模块 (17)图3-7 测距模块 (17)3.3.6复位电路 (17)图3-8 复位电路 (18)3.3.7 时钟电路 (18)图3-9 时钟电路 (19)3.3.8蜂鸣器电路 (19)图3-10 蜂鸣器电路 (19)3.4测距原理与测距方法的选择 (20)3 3.1相位激光测距 (20)3.4.2脉冲法激光测距 (20)3.4.3 激光三角法测距 (21)3.4.4激光的选择 (22)1. 采用红外激光的发光二级管，结构很简单，体积小，成本较低 (23)2. 对红外的调制很简单，能够实现编码发射 (23)3. 红外线不会通过阻碍物 (23)4. 具有低耗能，反应快的特点 (24)5. 具有极强的在干扰环境下工作的能力 (24)6. 不会对环境造成污染，基本上对于人畜无害 (24)第四章软件系统设计 (25)4.1 系统软件流程图 (25)图4-1 软件流程图 (25)4.2 部分代码 (26)LCD部分 (26)c -= 32; (27)x <<= 3; (27)y <<= 1; (27)第五章实物制作与调试说明 (31)5.1 材料的选择 (31)5.2 电路板PCB的设计 (31)5.3 印刷电路板的制作 (32)5.4 单片机测试 (32)5.5 电路调试 (32)5.6 红外激光测距的调试 (33)第六章总结 (33)第一章绪论1.1 课题的背景和意义这个项目的需求是不用进行接触测量，开发出运行快速，准确度高，而且具有能够忍受强干扰，体积小，重量轻的激光测距仪。
激光测距仪课课程设计
激光测距仪课课程设计一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握激光测距仪的基本原理、结构和使用方法。
知识目标包括了解激光测距仪的工作原理、掌握其构造特点和熟悉其使用技巧。
技能目标则要求学生能够独立操作激光测距仪，进行实际测量并准确读取数据。
情感态度价值观目标则是培养学生的实践操作能力，提高他们对科学技术的兴趣和好奇心，增强他们的创新意识和探究精神。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括激光测距仪的原理、构造和使用方法。
首先，学生需要了解激光测距仪的工作原理，包括激光发射、接收和信号处理等方面。
其次，学生要掌握激光测距仪的构造特点，如激光器、接收器、显示器等部件的功能和作用。
最后，学生要熟悉激光测距仪的使用方法，包括仪器的设置、测量操作和数据读取等步骤。
三、教学方法为了实现本节课的教学目标，我们将采用多种教学方法。
首先，通过讲授法，向学生讲解激光测距仪的基本原理和构造特点。
其次，利用讨论法，让学生分组讨论激光测距仪的使用方法和操作技巧，促进学生之间的交流与合作。
此外，我们还将采用案例分析法，通过分析实际案例，使学生更好地理解和应用所学知识。
最后，结合实验法，让学生亲自动手操作激光测距仪，进行实际测量，提高他们的实践能力。
四、教学资源为了支持本节课的教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源。
首先，教材和参考书，为学生提供理论知识的学习材料。
其次，多媒体资料，如教学PPT、视频等，为学生展示激光测距仪的工作原理和操作方法。
再次，实验设备，包括激光测距仪、测量工具等，为学生提供实践操作的机会。
最后，网络资源，如相关、论坛等，为学生提供更多的学习资源和交流平台。
五、教学评估本节课的教学评估将采用多元化的评估方式，以全面、客观、公正地评价学生的学习成果。
评估方式包括平时表现、作业、考试等。
平时表现主要考察学生的课堂参与度、提问回答、小组讨论等，占总评的30%。
作业主要包括课后练习和实验报告，占总评的30%。
课程设计脉冲激光测距仪
外设接口设计
设计必要的外设接口，如按键、显示屏、通信接口等，以便于用户操作和数据显示。
软件编程
编写控制程序，实现测距仪的初始化、参数设置、数据采集、数据处理和结果显示等功能。
微控制器选择
根据测距需求和预算，选择合适的微控制器，如STM32、Arduino等。
04
CHAPTER
脉冲激光测距仪软件设计
脉冲接收
控制与显示系统
发射光学系统
将激光脉冲聚焦并导向目标，包括准直透镜和发射镜等。
光电探测器
将接收到的光信号转换为电信号，通常采用雪崩光电二极管或PIN光电二极管等。
信号处理电路
对电信号进行放大、滤波和数字化处理，以便后续的距离计算和显示。
产生短促、高强度的激光脉冲，通常采用半导体激光器或固体激光器。
实现基本测距功能
要求学生所设计的脉冲激光测距仪应达到一定的性能指标，如测量范围、测量精度、分辨率等。
性能指标要求
要求学生完成实验报告，包括设计原理、制作过程、实验结果分析和结论等，并进行答辩，展示设计成果和实验效果。
完成实验报告和答辩
02
CHAPTER
脉冲激光测距仪基本原理
通过测量激光脉冲从发射到接收的时间差来计算距离。
激光器
接收光学系统
接收反射回来的激光脉冲，并将其聚焦到光电探测器上，包括接收镜和聚焦透镜等。
控制测距仪的工作状态，显示测量结果，通常采用微处理器和液晶显示屏等实现。
03
CHAPTER
脉冲激光测距仪硬件设计
根据测距需求和预算，选择合适的激光器，如固体激光器、半导体激光器等。
激光器选择
设计合适的驱动电路，以提供稳定的电流和电压，确保激光器正常工作。
自制低成本3D激光扫描测距仪(3D激光雷达)
来自CSK的低成本3D scanner。
Very Impressive！在开始介绍原理前，先给出一些扫描得到的3D模型以及演示视频，给大家一个直观的认识。
视频链接相关的图片：扫描得到的房间一角(点击查看原始尺寸)扫描的我(点击查看原始尺寸)扫描仪实物本文结构1. 简单介绍了激光雷达产品的现状2. 激光三角测距原理3. 线状激光进行截面测距原理4. 3D激光扫描仪的制作考虑5. 参考文献简介-激光扫描仪/雷达这里所说的激光扫描测距仪的实质就是3D激光雷达。
如上面视频中展现的那样，扫描仪可以获取各转角情况下目标物体扫描截面到扫描仪的距离，由于这类数据在可视化后看起来像是由很多小点组成的云团，因此常被称之为：点云(Point Clould)。
在获得扫描的点云后，可以在计算机中重现扫描物体/场景的三维信息。
这类设备往往用于如下几个方面：1) 机器人定位导航目前机器人的SLAM算法中最理想的设备仍旧是激光雷达(虽然目前可以使用kinect，但他无法再室外使用且精度相对较低)。
机器人通过激光扫描得到的所处环境的2D/3D点云，从而可以进行诸如SLAM 等定位算法。
确定自身在环境当中的位置以及同时创建出所处环境的地图。
这也是我制作他的主要目的之一。
2) 零部件和物体的3D模型重建3) 地图测绘现状目前市面上单点的激光测距仪已经比较常见，并且价格也相对低廉。
但是它只能测量目标上特定点的距离。
当然，如果将这类测距仪安装在一个旋转平台上，旋转扫描一周，就变成了2D激光雷达（LIDAR）。
相比激光测距仪，市面上激光雷达产品的价格就要高许多：图片: Hokuyo 2D激光雷达上图为Hokuyo这家公司生产的2D激光雷达产品，这类产品的售价都是上万元的水平。
其昂贵的原因之一在于他们往往采用了高速的光学振镜进行大角度范围(180-270)的激光扫描，并且测距使用了计算发射/反射激光束相位差的手段进行。
当然他们的性能也是很强的，一般扫描的频率都在10Hz以上，精度也在几个毫米的级别。
激光测距仪方案设计
激光测距仪方案设计激光测距仪用途多用于精密测量距离，能够完美替代卷尺、皮尺、盒尺。
广泛应用在家居测量、家电安装、室内装潢、测绘勘测、工业测控等行业。
不过在之前，多用于军事，用于地形测量，战场测量，坦克，飞机，舰艇和火炮对目标的测距，测量云层、飞机、导弹以及人造卫星的高度等。
它是提高坦克、飞机、舰艇和火炮精度的重要技术装备。
一、产品特色：1、长距离测量：500米，高精度：±1.5毫米（0.06英寸），高分辨率：1毫米2、多次测量距离加减自动计算。
3、3、面积、体积自动计算。
4、勾股法二次、三次间接测量。
5、20组测量数据存储读取。
6、多达100次的连续测量。
7、仪器顶部、底部测量切换。
8、操作错误代码提示。
9、超大屏幕LCD背光、四行显示（最后4次测量结果同时显示在屏幕上）、操作图标指示及蜂鸣音提示、单位符号全显示，直观明了。
10、米、英寸、英尺三种转速单位选择。
11、电池电量指示、电源手动/自动关机（3分钟）。
12、采用最新科技的微处理器技术和激光技术相结合，仪表更智能、更可靠。
二、技术参数：1、测量范围：0.1-80米2、分辨力：1毫米3、准确度：±1.5毫米4、激光等级：Ⅱ级5、激光类型：635nm，＜1mW6、电源：1.5V（AAA）7号电池3节7、产品尺寸：113x56x30mm8、产品重量：140g（包括电池）9、标准配件：7号电池3节、保修卡、说明书10、标准包装：便携包+双吸塑三、操作提示：1、测量时将测距仪指向太阳或其他强光光源以及在测量浅色液体（如：水等）、透明玻璃、泡沫塑料或其他半透明、低密度物质时会导致错误、测量不准确。
2、在日光下或者目标反光过弱的情况下，建议使用反射板。
3、测试过程中请小心仪表发射的激光不要直射眼睛，测试结束后请即时套上保护套，仪表须放置在小孩接触不到的地方。
汽车用激光测距仪的设计
脉 冲测 距 是基 于测 量脉 冲激 光束 传播 时 间确 定 距 离 的技术 。脉 冲激 光束 若在 它 的传播 路 径上 遇到物 体就 反 射 回来 ， 量从 发射 时刻 到反 射 光 测
距离 、 间 和 相 位 三 者 之 间相 互 对 应 ， 的数 时
返 回到发射 点 所经过 的 时间 ｔ物 体 的距离 Ｌ便 可 ，
［ 者 简 介 ］ 庆 刚 （９７ ） 男 ， 南 鹤 壁 人 ， 壁 职 业 技 术 学 院 助 教 ． 事 物 理 教 学 与 研 究 。 作 蒋 １ 一 ． 河 ７ 鹤 从
维普资讯
３ ０
安 阳 师 范 学 院 学 报
２０ ０６年
进 气 风扇 ） 一个过 滤 器及膨 胀盒 组成 。 ，
３ ３ 激 光 接 收 器 ．
激光 接 收器 方框 图如 图 ３所示 ：
由蔗射来起动 控 由 一 个输 入 光 学 系 统 和一 个 带 有 控 制 电
路及 放大 器 的雪 崩光 电二级 管组 成 ， 动 脉 冲（ 起 激 光 器发射 ） 和停止 脉 冲 （ 受 到 的 激 光 回波 ） 间 接 之
程 ， 光 反 射 机 和 激 光 接 口器 ； 光 测 距 仪 配 备 于 汽 车 上 ， 仅 可 提 高 汽 车 的 安 全 系 数 ， 为 汽 车 智 能 仪 提 供 了可 能 。 激 激 不 也 【 键 词 ］ 光 测 距 ； 光测 距 仪 ； 光 测 距 系 统 关 激 激 激
［ 图分 类 号 ］Ｎ ４ 中 Ｔ ２８ ［ 文献 标 识 码 ］ Ａ ［ 章 编 号 ］６ １ ３ ０２０ ）５０ ２—３ 文 １７— ３ （０６ ０ — ９０ ５ ０
１ 引言
随着汽 车 行业 及 公 共 交 通 的 飞 速 发 展 ， 在汽 车上 配备先 进 的科 学仪 器 ， 在 发达 国 家 已 经进 这
激光测距仪光学系统设计
激光测距仪光学系统设计摘要：激光测距仪是利用激光器来对距离进行准确测量的仪器。
相位式激光测距仪工作时会向目标发射一束准直光，由感光元件接收目标漫反射回的光，计算准直光从发射到接收的时间，从而算出从观测者到目标的距离。
本文利用相位式测距原理的激光测距仪，在无合作目标测距时，采用可见激光进行瞄准，这对激光光斑有非常高的要求，激光的准直程度是指光斑在被测目标上的大小，这直接影响到测距精度和测程，所以，激光测距的发射光学系统的设计至关重要，解决这个问题对提高无合作目标的测程和精度都是十分有益的。
关键词：无合作目标；激光；相位测距；激光准直1无合作目标相位激光测距原理将相位式测距系统中的发射器和接收器同轴放置，发射器发出的是调制频率为的正弦调幅波，当发出的激光照射到待测目标点时，物体的表面会发生漫反射，这中间的与发射波同轴的返回波会被探测器所接收。
由于发射波和接收波之间会产生一个相位差，记为，通过测试相位差，就可以得到要测量的距离d。
；其中，c是真空中的光速；为系统的调制频率，通常在10MHz以上。
测距仪的测距能力是由从被测目标反射回探测器的光能量的多少来决定的。
由此探测器接收的最大功率的表达式就是；其中，D是接收透镜直径，是发射光学系统透过率，是接受光学系统透过率，P是发射激光平均功率，是被测物反射率，是被测点法线和测量方向之间的夹角，是大气衰减系数，d是被测距离。
上式是假定反射光照射在目标上产生漫反射，实际调制时一般都采用大口径长焦距平行光管，这就可以使可见激光光源在无穷远处的成像同接收光纤或APD所成的像相重合，接收光纤或者APD都可以用可见光对其表面进行照射，这样在平行光管里就能观察到它的像。
在短程测距时，一般不需要在被测目标上单独放置像棱镜之类的合作目标，只需要利用接收器直接来接收物体表面的漫反射信号，从而实现测距功能，也就是我们所说的无合作目标测距。
便携式无合作目标的激光测距仪体积一般较小，使用方便，主要应用于家庭或室内装修测距。
基于自动数字检相技术的激光测距仪设计
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｓ ｒ Ｒａ ｇ － ｎ ｅ ｓ ｄ ｏ ｔ － ｇ ｔ ｌＰｈ ｓ ｍ ｅ ｅ ｓｇ ｆ Ｌａ ｅ ｎ ｅ Ｆｉ ｄ ｒ Ｂａ ｅ ｎ Ａｕ ｏ Ｄｉ ｉ ａ ｏ ｔ ｒ ａ
２ ．Ｍｉ ａ ｅｒ ｅｔ ｉ ｆ ｃ ｉ Ｓ ｉ ｚｕ ｎ Ｓ ｉ ｚ ｎａ ｖ Ｏ ｅ ｎ ｈ ｉ ｈ ａｇ， ｈ ｉ ｈ ａ ｇＨ ｂｉ ５ ０ １ Ｃ ｉ ｉ ｙ ｔ ｓ ｔｅ ｆ ｊ ｉ ａ ｊ ａ ａ
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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。
得力激光测距仪课程设计
得力激光测距仪课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解激光测距仪的基本原理，掌握其操作步骤；2. 学生能运用激光测距仪进行距离测量，并正确读取数据；3. 学生能了解激光测距仪在生活中的应用，认识到科学技术对生活的影响。
技能目标：1. 学生能独立操作激光测距仪，进行简单的距离测量；2. 学生能通过观察、分析测量数据，解决实际问题；3. 学生能运用激光测距仪进行小组合作探究，提高团队协作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生对激光测距仪产生兴趣，激发学习自然科学的好奇心；2. 学生在实践操作中，培养动手能力和解决问题的信心；3. 学生认识到科技发展对生活质量的提升，增强科技创新意识。
课程性质：本课程为自然科学实践活动，结合理论知识与实际操作，注重培养学生的实践能力和创新精神。
学生特点：六年级学生具备一定的科学知识基础，好奇心强，喜欢动手操作，善于合作探究。
教学要求：教师需引导学生掌握激光测距仪的基本原理和操作方法，注重实践与理论相结合，鼓励学生主动参与，培养其科学素养。
通过本课程的学习，将目标分解为具体的学习成果，以便后续教学设计和评估。
二、教学内容1. 理论知识：- 激光测距仪的基本原理；- 激光测距仪的操作步骤；- 激光测距仪的注意事项及安全使用方法；- 激光测距仪在生活中的应用实例。
2. 实践操作：- 激光测距仪的操作演示；- 学生分组操作激光测距仪进行距离测量；- 学生针对实际问题进行测量，如测量教室长度、宽度等；- 学生对测量数据进行记录、分析，解决问题。
3. 教学大纲安排：- 第一课时：导入激光测距仪的基本原理，介绍操作步骤和安全使用方法；- 第二课时：演示激光测距仪操作，学生分组实践操作；- 第三课时：学生运用激光测距仪测量实际距离，分析数据，解决问题；- 第四课时：总结激光测距仪的应用，探讨科技对生活的影响。
教材章节关联：- 《科学》六年级下册：“工具与测量”章节；- 《科学》六年级下册：“生活中的科技”章节。
基于单片机激光测距毕业设计
基于单片机激光测距毕业设计本科生毕业设计基于单片机的激光测距院系电气信息工程学院专业电子信息工程班级学号学生姓名联系方式指导教师职称：2011年 5 月独创性声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计）是本人在指导老师指导下取得的研究成果。
除了文中特别加以注释和致谢的地方外，论文（设计）中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。
与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在论文（设计）中作了明确的说明并表示了谢意。
签名：年月日授权声明本人完全了解许昌学院有关保留、使用本科生毕业论文（设计）的规定，即：有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文（设计）的复印件和磁盘，允许毕业论文（设计）被查阅和借阅。
本人授权许昌学院可以将毕业论文（设计）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文（设计）。
本人论文（设计）中有原创性数据需要保密的部分为（如没有，请填写“无”）：签名：年月日指导教师签名：年月日摘要激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性等优点，所以，利用激光传感器技术和自动控制技术相结合的测距方案中，激光测距是目前应用最普遍的一种，本课题介绍了激光传感器的原理和特性，以及Atmel公司的AT87C51单片机的性能和特点，并在分析了激光测距的原理基础上，指出了设计测距系统的思路和所需考虑的问题，给出了以AT87C51单片机为核心的低成本，高精度。
微型化数字显示激光测距的硬件电路和软件设计方法，该系统设计合理，工作稳定，能量良好，检测速度快，计算简单。
易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业应用的要求。
关键字：激光；测距；单片机ABSTRACTLaser possesses high brightness, high directional, high monochromatic and high coherence wait for an advantage, therefore, by using laser sensor technology and automatic control technology in combination of measurement program, laser range is most broadly applied , the subject of laser sensors is introduced, and the principle and characteristics of single chip AT87C51 Atmel company performance and characteristics, and analyzes the principle of laser range finder, points out the basis of ideas and design ranging system needed consider the question, given a AT87C51 singlechip is low cost, high precision. Miniaturization digital display laser ranging hardware circuit and software design method, the system design is reasonable, stable work, energy, detection speed, good simple calculation. Easy to achieve real-time control, and the precision in measurement can reach the request of industrial applications.Key word: laser; ranging; microcontroller目录1 绪论 12 激光测距的基础 22.1 激光测距设计的思路 22.2 激光测距设计的原理 32.3 本激光测距设计的要求 42.4 本论文的主要研究内容 43 脉冲激光测距系统设计 53.1 激光测距仪系统结构 53.2 激光脉冲发生电路 63.3 脉冲激光接收电路7光电检测传感器的比较选择7雪崩光电二极管APD 8雪崩光电二极管APD的反向偏压 9 电路工作原理9电压控制反馈电路10放大电路124 计时及显示部分设计144.1 计时部分14计时原理 14内插法14利用单片机和CPLD实现模拟内插 15 4.2 距离计算部分17最小系统17计算部分子程序设计184.3 计算机控制LED显示部分19LED说明1974HC573说明20控制的LED显示部分电路设计21显示部分程序设计234.4 系统控制部分设计245 误差分析及总结 255.1 误差分析255.2 总结展望26参考文献27附录28致谢321 绪论二十世纪以来，激光传感器技术日趋成熟，并开始大量应用于测距系统。
《相位法激光测距仪设计》
《相位法激光测距仪设计》摘要：一、引言二、相位法激光测距仪的原理与结构1.相位法测距原理2.激光测距仪的结构组成三、相位法激光测距仪的设计方法1.欠采样技术与同步检测原理2.晶体滤波器和直接数字频率合成计四、实验结果与分析1.系统整体结构和性能改进2.数字化与自动化程度的提高五、结论正文：一、引言激光测距仪是一种非接触式的测量仪器，它利用激光束测量目标物体与测量仪器之间的距离。
根据测距方法的不同，激光测距仪可分为相位法激光测距仪和脉冲法激光测距仪。
相位法激光测距仪通过检测发射光和反射光之间的相位差来测量距离，具有较高的测量精度和较远的测量范围。
因此，本文将重点介绍相位法激光测距仪的设计方法。
二、相位法激光测距仪的原理与结构1.相位法测距原理相位法激光测距仪的原理是利用激光器发出一束激光，经过调制后射向目标物体，然后通过接收器接收目标物体反射回的激光束。
由于激光在传播过程中会发生相位变化，因此通过检测发射光和反射光之间的相位差，可以计算出目标物体与测量仪器之间的距离。
2.激光测距仪的结构组成激光测距仪主要由激光器、调制器、发射器、接收器、相位检测器和数据处理器等组成。
激光器负责发射激光束，调制器负责对激光束进行调制，发射器负责将激光束射向目标物体，接收器负责接收目标物体反射回的激光束，相位检测器负责检测发射光和反射光之间的相位差，数据处理器负责对测量结果进行处理。
三、相位法激光测距仪的设计方法1.欠采样技术与同步检测原理为了降低数据处理的复杂程度，可以采用欠采样技术与同步检测原理改进测相方法。
欠采样技术是指在采样频率较低的情况下，通过增加采样时间来提高采样精度。
同步检测原理是指通过同步检测发射光和反射光的相位差，来消除环境因素对测量结果的影响。
2.晶体滤波器和直接数字频率合成计为了改进测距仪的滤波与调制手段，可以采用晶体滤波器和直接数字频率合成计（DDS）。
晶体滤波器具有较高的滤波性能和较低的功耗，可以有效地抑制干扰信号。
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三极管LED驱动电路：
(EP1C3T144C8N，EPM570) Spartan系列和Virtex系列 (XC3S50) 速度： -8，-6，-4 选择原则：速度，规模
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—MCU选择
本系统核心为测定激光往返所需时间。
时间测量精度为
1m 2 3108 m/s
6.67
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—微处理器的选择
常用处理器分类及其特点: 单片机：
特点：单指令（动作）处理速度一般在25MHz以下， 易于编程， IO操作方便，有丰富的片上资源（定时 器、UART、SPI、IIC、中断等）。常用于人机交互 设计及控制功能的实现。
分类：8位机，16位机。 51机系列，MSP430系列，NEC系列，ST系列
优点：具有相位变换连续、频率转换速度快、频率稳定度高、易于调 整等多种优点。
图 DDS原理框图
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—调制信号发生器
f0
直接数字频率合成(DDS)
信号发生器输出波形的频率可依据下式计算，即：
fc
f0
k M 2N
式中：
f c －晶振频率
k －可预置分频器的分频比
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—微处理器的选择
常用处理器分类及其特点: CPLD、FPGA：
特点：可方便的支持并行处理，处理速度高。基于硬件实现软件功能， 实时性好。可高速的实现数字信号处理，逻辑控制能力较差。编程较 难。
分类：
公司： altera、xilinx 种类： CPLD， FPGA 规模: max II,cyclone I,cyclone II, cyclone III,stratix v
选择原则：片内Flash大小，RAM大小，片上资源， IO口数量，中断资源，低功耗特性等
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—微处理器的选择
常用处理器分类及其特点: ARM：
特点：单指令（动作）处理速度一般在70MHz以上，易于编程， IO操作方便，也有丰富的片上资源（定时器、UART、SPI、 IIC、中断等）。常用于人机交互设计及控制功能的实现。可嵌 入操作系统（ucos、linux、wince）。
分类： ARM7系列： ARM9 、ARM9E系列 ： ARM10E 系列 、 ARM11系列、 Cortex 系列、 Xcale系列：
选择原则 ：是否需要嵌入操作系统，对实时性的要求、片上资源
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—微处理器的选择
常用处理器分类及其特点: DSP：
*109
s
，故测量频率
>150MHz。时间测量精度决定距离测量精度，对实时
性要求高，故采用CPLD EPM570
还需实现按键及液晶显示，并考虑功耗，故增加一个430 单片机 MSP430F2232。
系统微处理器构成： MSP430F2232+ EPM570
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—调制信号发生器
特点：单指令（动作）处理速度一般在100MHz1.2GHz，带有数字加速算法可方便快速的实现数字 信号处理。易于编程。
分类：工业控制类（TMS320C2000），低功耗类 （ TMS320C55x ），浮点类（ TMS320C67x ）， 高速类（ TMS320C64x）
选择原则：应用场合、算法的复杂度、功耗的要求
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—调制信号发生器
利用单片集成波形发生器芯片（ ICL8038、 MAX038 ）实现测试信号产生：
缺点： 不能利用单片机控制
图减小失真度和频率范围在20Hz～20KHz可调的ICL8038电路
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—调制信号发生器
器件
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—激光调制驱动器
常见驱动电路： 场效应管驱动电路：
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—激光调制驱动器
常见驱动电路
三极管电机驱动
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
三极管喇叭驱动
单元电路设计—激光调制驱动器
常见驱动电路：
集成运放驱动电路
电子系统设计过程
何先灯
综合开发应用实验室
测距系统简介
传统测距：尺 现代测距：超声波测距、雷达测距、激光测距
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
电子系统的一般设计步骤
设 计 要 求
选设 择计 总单 体元 方电 案路
选 择 元 器 件
计 算 参 数 （ 仿 真 ）
画 出 总 体 电 路 图 初 稿
审 图
N －相位累加器位数 － M 即相位累加器的步长
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—调制信号发生器
本系统选择DDS方案：在CPLD内部生成一 个DDS，以产生系统所需的脉冲信号。
通过430单片机和CPLD的通信，控制产生 不同间隔、不同宽度的脉冲，以满足激 光测距的需求。由于只需产生脉冲信号， 无需DA。
采用数字方式进行控制的电路如图所示 ：
缺点：这种方 案是改变电容 充放电电流来 达到改变频率 的目的，精度 不高，所以也 不予采用
图用三个8位D/A转换器实现频率调节（IIN和FADJ）和占空比调节（DADJ）的数字控制电路
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—调制信号发生器
直接数字频率合成(DDS)
)
(
实 验 和 测 试 系 统 仿 真
画 出 正 式 的 总 体 电 路 图
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
总体方案设计—设计要求
测距距离：3m—600m 测距精度：≤±1m 采用电池供电，功耗尽可能低
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
总体方案设计—总体设计
测距方案选择：相位法（高精度，复杂）、脉冲法（低精度、简单） 测距精度：≤±1m 脉冲法
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—激光调制驱动器
西安电子科技大学 综合开发应用实验室
单元电路设计—激光调制驱动器
CPLD产生的信号为TTL信号，输出电流最 大10mA，不能推动喇叭、灯、激光管 等功率器件，需要做功率放大。
小信号
信号放 大
功率放 大
器件
TTL CMOS 信号
功率放 大