激光測(cè)距系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種激光測(cè)距系統(tǒng)，該激光測(cè)距系統(tǒng)在發(fā)射模塊上同時(shí)設(shè)置正弦波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)電路和脈沖激光驅(qū)動(dòng)電路兩種信號(hào)產(chǎn)生電路，兩個(gè)電路通過雙刀雙擲繼電器與激光二極管連接，這樣就可通過控制雙刀雙擲繼電器使該激光測(cè)距系統(tǒng)在相位法測(cè)距和脈沖法之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化，這樣使用者就可根據(jù)具體的分辨率、測(cè)速、測(cè)程要求通過雙刀雙擲繼電器選擇相位法測(cè)距或脈沖法進(jìn)行測(cè)距。本發(fā)明采用相位法和脈沖法合二為一的綜合激光測(cè)距方法，發(fā)揮了激光相位法和激光脈沖法測(cè)距的各自優(yōu)勢(shì)，形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，而且系統(tǒng)成本較低，使用的電子元器件較普通，采購(gòu)容易，光學(xué)結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)潔。
【專利說明】激光測(cè)距系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光測(cè)距【技術(shù)領(lǐng)域】，特別一種分辨率、測(cè)速、測(cè)程可變的激光測(cè)距系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]激光相位測(cè)距方法是通過激光作為光源對(duì)目標(biāo)距離進(jìn)行精確測(cè)定的一種方法，目前激光測(cè)距主要通過干涉法、相位法、脈沖法三種方式實(shí)現(xiàn)。其中干涉法激光測(cè)距對(duì)震動(dòng)很敏感，只適于測(cè)量相對(duì)位移量，在無震動(dòng)、測(cè)程很短的精密測(cè)量中能適用，因此這種激光測(cè)距方法應(yīng)用范圍較窄，不能得到較為廣泛的應(yīng)用。脈沖法激光測(cè)距是通過將激光脈沖飛行時(shí)間換算成測(cè)程的方式進(jìn)行測(cè)距，由于激光發(fā)射器能在瞬間輸出超強(qiáng)功率的紅外波段的激光脈沖，且單次脈沖持續(xù)的時(shí)間很短，因此該測(cè)距方法的優(yōu)點(diǎn)是:超遠(yuǎn)程、對(duì)人體無傷害、抗干擾能力較強(qiáng)等；缺點(diǎn)是，測(cè)量分辨率低。相位式激光測(cè)距方式是通過計(jì)算二個(gè)頻率較高的測(cè)量信號(hào)的相位差來計(jì)算測(cè)程，激光發(fā)射器發(fā)射的是經(jīng)調(diào)制的可見光，所以該測(cè)距方法的優(yōu)點(diǎn)是:測(cè)量分辨率高，應(yīng)用靈活；缺點(diǎn)是:測(cè)程短，單次測(cè)量速度較慢，由于使用的是可見光，抗可見光干擾的能力差。
[0003]在人們進(jìn)行測(cè)距活動(dòng)的過程中，測(cè)量的距離越短，要求的分辨率就越高，測(cè)距的速度也要求較快，測(cè)量的距離越遠(yuǎn)，要求的分辨率就越低，測(cè)距的速度要求不高。這就是我們?cè)诖蠖鄶?shù)實(shí)際應(yīng)用中要求的狀況。比如，我們?cè)谑覂?nèi)裝修或建筑測(cè)量中，測(cè)程一般在100米以內(nèi)，但是測(cè)量分辨率要求較高，在毫米級(jí)的水平；再比如，在機(jī)動(dòng)車輛安全距離檢測(cè)的應(yīng)用中，測(cè)量距離在某個(gè)范圍以內(nèi)時(shí)，測(cè)量分辨率要求在毫米級(jí)，測(cè)量速度也要求較快，當(dāng)測(cè)量距離在某個(gè)范圍以外時(shí)，測(cè)量的分辨率就顯得并不重要。在測(cè)距望遠(yuǎn)鏡的實(shí)際應(yīng)用中，能做到近距離分辨率較高，且盲區(qū)較小，那么該測(cè)距望遠(yuǎn)鏡就顯得更有優(yōu)勢(shì)。因此對(duì)于激光測(cè)距系統(tǒng)來說，最好能做到測(cè)量的分辨率、測(cè)速、測(cè)程靈活可變，然而就現(xiàn)有技術(shù)而言，實(shí)現(xiàn)這種方式將會(huì)使激光測(cè)距系統(tǒng)的成本大幅升高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種分辨率、測(cè)速、測(cè)程可變的激光測(cè)距系統(tǒng)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供激光測(cè)距系統(tǒng)，其包括:發(fā)射模塊，所述發(fā)射模塊包括正弦波發(fā)射信號(hào)形成電路、正弦波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)電路、脈沖激光驅(qū)動(dòng)電路、雙刀雙擲繼電器、激光二極管、發(fā)射透鏡和單片機(jī)微控制器電路，正弦波發(fā)射信號(hào)形成電路與正弦波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)電路連接，所述正弦波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)電路、脈沖激光驅(qū)動(dòng)電路分別與所述雙刀雙擲繼電器的兩個(gè)輸入端連接，所述雙刀雙擲繼電器的輸出端與所述激光二極管連接，所述激光二極管發(fā)出光經(jīng)發(fā)射透鏡變?yōu)槠叫泄猓鰡纹瑱C(jī)微控制器電路與所述雙刀雙擲繼電器連接，所述控制所述雙刀雙擲繼電器使正弦波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)電路或脈沖激光驅(qū)動(dòng)電路向所述激光二極管發(fā)送信號(hào)；接收模塊，所述接受模塊包括接收透鏡、APD雪崩光電二極管、APD偏壓自混頻運(yùn)放電路、本振耦合APD偏壓電路、所述收透鏡用于接收反射光并照射在APD雪崩光電二極管上，APD雪崩光電二極管上與APD偏壓自混頻運(yùn)放電路連接，APD偏壓自混頻運(yùn)放電路與本振耦合APD偏壓電路連接；混頻電路，所述混頻電路的信號(hào)輸入端與激光二極管驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)輸出端連接，混頻電路的本振頻率輸入端與正弦波本振形成電路連接,所述正弦波本振形成電路還與本振耦合APD偏壓電路的本振頻率輸入端連接；所述混頻電路的輸出端通過運(yùn)放整形電路與一計(jì)時(shí)電路連接，所述Aro偏壓自混頻運(yùn)放電路通過運(yùn)放整形電路與所述計(jì)時(shí)電路連接。
[0006]優(yōu)選地，所述計(jì)時(shí)電路通過一 CPLD邏輯器件實(shí)現(xiàn)。
[0007]優(yōu)選地，所述本振耦合APD偏壓電路為倍壓升壓及本振耦合APD偏壓電路，所述倍壓升壓及本振耦合APD偏壓電路與PWM緩沖驅(qū)動(dòng)電路連接，所述倍壓升壓及本振耦合APD偏壓電路通過PWM信號(hào)的占空比控制升壓值，所述倍壓升壓及本振耦合APD偏壓電路還與一 APD偏壓取樣電路連接，所述APD偏壓取樣電路與所述單片機(jī)微控制器電路連接，所述單片機(jī)微控制器電路與所述CPLD邏輯器件連接，所述CPLD邏輯器件與所述PWM緩沖驅(qū)動(dòng)電路連接；單片機(jī)微控制器電路根據(jù)APD偏壓取樣電路反饋信號(hào)大小通過所述CPLD邏輯器件控制PWM緩沖驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)輸出。
[0008]優(yōu)選地，所述正弦波本振形成電路為緩沖正弦波本振形成電路，該緩沖正弦波本振形成電路的信號(hào)輸入端與所述CPLD邏輯器件連接，所述CPLD邏輯器件輸出本振方波信號(hào)給所述緩沖正弦波本振形成電路。
[0009]優(yōu)選地，所述脈沖激光驅(qū)動(dòng)電路還與一脈沖激光控制電路連接，所述脈沖激光控制電路與所述CPLD邏輯器件連接，所述CPLD邏輯器件通過所述脈沖激光控制電路控制所述脈沖激光驅(qū)動(dòng)電路的脈沖輸出頻率。
[0010]優(yōu)選地，所述單片機(jī)微控制器電路通過一繼電器驅(qū)動(dòng)電路與所述雙刀雙擲繼電器連接。
[0011]優(yōu)選地，所述單片機(jī)微控制器電路上設(shè)有外部復(fù)位、RS232接口及ISP接口。
[0012]優(yōu)選地，所述APD偏壓自混頻運(yùn)放電路為APD偏壓自混頻及高精密運(yùn)放電路。
[0013]如上所述，本發(fā)明的激光測(cè)距系統(tǒng)具有以下有益效果:該激光測(cè)距系統(tǒng)在發(fā)射模塊上同時(shí)設(shè)置正弦波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)電路和脈沖激光驅(qū)動(dòng)電路兩種信號(hào)產(chǎn)生電路，兩個(gè)電路通過雙刀雙擲繼電器與激光二極管連接，這樣就可通過控制雙刀雙擲繼電器使該激光測(cè)距系統(tǒng)在相位法測(cè)距和脈沖法之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化，這樣使用者就可根據(jù)具體的分辨率、測(cè)速、測(cè)程要求通過雙刀雙擲繼電器選擇相位法測(cè)距或脈沖法進(jìn)行測(cè)距。本發(fā)明采用相位法和脈沖法合二為一的綜合激光測(cè)距方法，發(fā)揮了激光相位法和激光脈沖法測(cè)距的各自優(yōu)勢(shì)，形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，而且系統(tǒng)成本較低，使用的電子元器件較普通，采購(gòu)容易，光學(xué)結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)潔，能廣泛使用于建筑、裝修行業(yè)的測(cè)距儀，還能用于高爾夫測(cè)距儀和野外狩獵測(cè)距儀中。在機(jī)動(dòng)車防撞測(cè)距系統(tǒng)中也能用到，還能用于機(jī)器人系統(tǒng)和工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，在軍事領(lǐng)域也能用到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)框圖。
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的工作原理示意圖。【具體實(shí)施方式】
[0016]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0017]請(qǐng)參閱圖1。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0018]如圖1所示，該激光測(cè)距儀系統(tǒng)包括主要包括發(fā)射模塊、接收模塊和混頻電路幾部分。其中發(fā)射模塊包括緩沖及正弦波發(fā)射信號(hào)形成電路16、正弦波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)電路4、脈沖激光驅(qū)動(dòng)電路30、雙刀雙擲繼電器31、發(fā)射管21、發(fā)射透鏡22和單片機(jī)微控制器電路
I。緩沖及正弦波發(fā)射信號(hào)形成電路16與正弦波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)電路4連接，正弦波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)電路4、脈沖激光驅(qū)動(dòng)電路30分別與雙刀雙擲繼電器31的兩個(gè)輸入端連接，雙刀雙擲繼電器31的輸出端與發(fā)射管21連接，發(fā)射管21為發(fā)光二極管，經(jīng)該激光二極管發(fā)出光經(jīng)發(fā)射透鏡22變?yōu)槠叫泄狻纹瑱C(jī)微控制器電路I與雙刀雙擲繼電器31連接，雙刀雙擲繼電器31控制雙刀雙擲繼電器使正弦波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)電路或脈沖激光驅(qū)動(dòng)電路向發(fā)射管21發(fā)送信號(hào)。
[0019]正弦波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)電路4是相位法激光發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路，該電路采用正弦波調(diào)制且具有一定功率的信號(hào)去驅(qū)動(dòng)激光發(fā)射管在測(cè)量時(shí)間內(nèi)發(fā)出一段時(shí)間的905納米的紅外光。脈沖激光驅(qū)動(dòng)電路30是脈沖法激光發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路，該電路采用電容儲(chǔ)能元件，通過將儲(chǔ)存在高壓電容內(nèi)的能量瞬間(100納秒以內(nèi))通過激光發(fā)射管釋放的方法，使激光發(fā)射管在瞬間發(fā)出波長(zhǎng)是905nm的高功率(幾十瓦以上)的紅外光。雙刀雙擲繼電器31用于切換正弦波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)電路4和脈沖激光驅(qū)動(dòng)電路(30)，當(dāng)用相位法測(cè)距時(shí)，雙刀雙擲繼電器31接通正弦波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)電路4至發(fā)射管21，當(dāng)用脈沖測(cè)距時(shí)，雙刀雙擲繼電器31接通脈沖激光驅(qū)動(dòng)電路30至發(fā)射管21。
[0020]單片機(jī)微控制器電路I通過一繼電器驅(qū)動(dòng)電路32與雙刀雙擲繼電器31連接。雙刀雙擲繼電器31的控制信號(hào)由繼電器驅(qū)動(dòng)電路32提供，該控制信號(hào)是由單片機(jī)微控制器電路I發(fā)出的，當(dāng)進(jìn)行近距離測(cè)量時(shí)，單片機(jī)微控制器電路I發(fā)出控制信號(hào)去控制雙刀雙擲繼電器31接通正弦波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)電路4至發(fā)射管21，進(jìn)行相位法測(cè)距，當(dāng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)量時(shí)，單片機(jī)微控制器電路I發(fā)出控制信號(hào)去控制雙刀雙擲繼電器31接通脈沖激光驅(qū)動(dòng)電路30至發(fā)射管21，進(jìn)行脈沖法測(cè)距，其工作原理如圖2所示。
[0021 ] 正弦波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)電路4與IFl混頻電路13連接，IFl混頻電路13的信號(hào)輸入端與正弦波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)電路4的信號(hào)輸出端連接，IFl混頻電路13的本振頻率輸入端與緩沖及正弦波本振形成電路15連接。緩沖及正弦波本振形成電路15還與倍壓升壓及本振耦合APD偏壓電路8的本振頻率輸入端連接；IF1混頻電路13的輸出端通過運(yùn)放整形電路與一計(jì)時(shí)電路連接，該計(jì)時(shí)電路通過CPLD邏輯器件I來實(shí)現(xiàn)。從正弦波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)電路4取出一路發(fā)射信號(hào)去IFl混頻電路13進(jìn)行下變頻得到發(fā)射中頻信號(hào)IF1，IFl混頻電路13的本振頻率來自緩沖及正弦波本振形成電路15。
[0022]接收模塊包括接收透鏡24、接收管23、APD偏壓自混頻及高精密運(yùn)放電路9、倍壓升壓及本振耦合APD偏壓電路8。接收透鏡24用于接收反射光并照射在接收管23上，接收管23采用APD雪崩光電二極管，接收管23與倍壓升壓及本振耦合APD偏壓電路8，倍壓升壓及本振耦合APD偏壓電路8用于向接收管23提供APD偏壓，倍壓升壓及本振耦合APD偏壓電路8還與APD偏壓自混頻及高精密運(yùn)放電路9連接。APD偏壓自混頻及高精密運(yùn)放電路9對(duì)接收管23形成的和發(fā)射信號(hào)同頻率的電流信號(hào)進(jìn)行混頻下變頻并變成電壓信號(hào)IF2中頻信號(hào)，并進(jìn)行高精密的放大，該電路的APD反相偏壓來自倍壓升壓及本振耦合APD偏壓電路8，倍壓升壓及本振耦合APD偏壓電路8采用倍壓升壓電路，通過調(diào)節(jié)PWM的占空比可改變升壓值，其中PWM信號(hào)來自PWM緩沖驅(qū)動(dòng)電路7，該倍壓升壓及本振耦合APD偏壓電路8還將來自緩沖及正弦波本振形成電路15的本振信號(hào)耦合到APD偏壓上，這樣APD偏壓自混頻及高精密運(yùn)放電路9就實(shí)現(xiàn)了混頻下變頻的功能。APD偏壓自混頻及高精密運(yùn)放電路9通過運(yùn)放整形電路與CPLD邏輯器件I中的計(jì)時(shí)電路連接。
[0023]如附圖1中所示，虛線框中的發(fā)射模塊和接收模塊結(jié)合成一整體的發(fā)射接收模塊，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)結(jié)構(gòu)和發(fā)射管、接收管及小信號(hào)高頻電路的緊密結(jié)合，使得高頻小信號(hào)的失真度能有效的減小，保證測(cè)量的精度。
[0024]下面先詳細(xì)描述單頻相位法測(cè)距的工作流程及原理。
[0025]當(dāng)雙刀雙擲繼電器31接通正弦波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)電路4至發(fā)射管21時(shí)，激光發(fā)射管21工作，發(fā)出905nm的正弦波調(diào)制的紅外光，通過發(fā)射透鏡22變成小束平行激光發(fā)射出去，激光發(fā)射管輸出的光功率大約5mw左右，因?yàn)楣夤β屎苄?，所以?duì)人體是安全的。同時(shí)從正弦波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)電路4取出一路發(fā)射信號(hào)去IFl混頻電路13進(jìn)行下變頻得到發(fā)射中頻信號(hào)IF1，IFl混頻電路13的本振頻率來自緩沖及正弦波本振形成電路15。ATO偏壓自混頻及高精密運(yùn)放電路9對(duì)接收管23形成的和發(fā)射信號(hào)同頻率的電流信號(hào)進(jìn)行混頻下變頻并變成電壓信號(hào)IF2中頻信號(hào)，并進(jìn)行高精密的放大，該電路的APD反相偏壓來自倍壓升壓及本振耦合APD偏壓電路8，倍壓升壓及本振耦合APD偏壓電路8采用倍壓升壓電路，通過調(diào)節(jié)PWM的占空比可改變升壓值，其中PWM信號(hào)來自PWM緩沖驅(qū)動(dòng)電路7，該電路還將來自緩沖及正弦波本振形成電路15的本振信號(hào)耦合到Aro偏壓上，這樣AH)偏壓自混頻及聞精密運(yùn)放電路9就實(shí)現(xiàn)了混頻下變頻的功能。
[0026]APD偏壓取樣電路實(shí)現(xiàn)對(duì)來自倍壓升壓及本振耦合APD偏壓電路8的APD偏壓信號(hào)進(jìn)行取樣并送往單片機(jī)微控制器電路I的ADC端口，這樣單片機(jī)能得到Aro偏壓的真實(shí)大小，然后通過CPLD邏輯器件2輸出的PWM控制信號(hào)來調(diào)節(jié)倍壓升壓及本振耦合APD偏壓電路8輸出的AH)偏壓的大小。IF2運(yùn)放10對(duì)來自AH)偏壓自混頻及高精密運(yùn)放電路9的IF2中頻信號(hào)進(jìn)行第二次放大，這樣IF2信號(hào)就能達(dá)到較大的幅值，以供后續(xù)處理使用。
[0027]高精度有源晶振17產(chǎn)生誤差小于5ppm的較高穩(wěn)定度的高頻方波信號(hào)，該信號(hào)輸出到緩沖及正弦波發(fā)射信號(hào)形成電路16，由緩沖及正弦波發(fā)射信號(hào)形成電路16將方波信號(hào)經(jīng)反相器緩沖后，由LC濾波器濾掉高次諧波分量，使其成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的正弦波信號(hào)，該正弦波信號(hào)輸出到正弦波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)電路4，形成發(fā)射信號(hào)。CPLD邏輯模塊2可輸出的本振方波信號(hào)輸出至緩沖及正弦波本振形成電路15，緩沖及正弦波本振形成電路15將方波信號(hào)經(jīng)反相器緩沖后，由LC濾波器濾掉高次諧波分量，使其成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的正弦波信號(hào)，該正弦波信號(hào)作為本振信號(hào)，輸出到倍壓升壓及本振耦合APD偏壓電路8和IFl混頻電路13，供混頻下變頻使用。
[0028]CPLD邏輯模塊2輸出PWM控制信號(hào)至PWM緩沖驅(qū)動(dòng)電路7，經(jīng)該電路驅(qū)動(dòng)的PWM控制信號(hào)去控制倍壓升壓及本振耦合APD偏壓電路8，使其產(chǎn)生APD偏壓。CPLD邏輯模塊2同時(shí)輸出開關(guān)SW控制信號(hào)至開關(guān)SW驅(qū)動(dòng)電路3，SW信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)后作為開關(guān)信號(hào)去控制正弦波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)電路4，Sff能控制正弦波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)電路4是處于工作還是停止?fàn)顟B(tài)。IFl混頻電路13輸出的IFl中頻信號(hào)至IFl運(yùn)放5，IFl經(jīng)放大到理想幅值后輸出至IFl過零比較器整形電路6，IFl正弦波經(jīng)IFl過零比較器整形電路6整形后輸出IFl方波信號(hào)至CPLD邏輯模塊2的計(jì)時(shí)電路，該IFl方波信號(hào)的相位減去IF2方波信號(hào)的相位就是發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)的相位差，該相位差和測(cè)量距離成正比。
[0029]IF2方波信號(hào):IF2運(yùn)放10輸出理想幅度的正弦波IF2信號(hào)至IF2過零比較器整形電路11，經(jīng)整形后IF2過零比較器整形電路11輸出IF2方波信號(hào)至CPLD邏輯模塊2的計(jì)時(shí)電路。IFl運(yùn)放5輸出的正弦波IFl信號(hào)也送至檢波電路14，經(jīng)檢波后輸出和正弦波IFl信號(hào)幅值成正比的直流電平信號(hào)至單片機(jī)微控制器電路I的ADC端口進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，單片機(jī)微控制器根據(jù)正弦波IFl信號(hào)幅值的大小通過CPLD邏輯模塊2輸出的PWM信號(hào)的占空比來調(diào)節(jié)APD偏壓的大小。
[0030]下面再詳細(xì)描述脈沖法測(cè)距的工作流程及原理。
[0031]當(dāng)雙刀雙擲繼電器31接通脈沖激光驅(qū)動(dòng)電路30至發(fā)射管21時(shí)，發(fā)射管21工作，發(fā)出905nm的單次持續(xù)時(shí)間IOOns左右的瞬間光功率可達(dá)幾十瓦的脈沖紅外光，通過發(fā)射透鏡22變成小束平行激光發(fā)射出去，因?yàn)閱未蚊}沖光的持續(xù)時(shí)間很短，且是905nm的紅外光，所以該激光對(duì)人體是安全的。當(dāng)目標(biāo)物體反射905nm紅外激光回波至接收管23時(shí)，APD偏壓自混頻及高精密運(yùn)放電路9對(duì)接收管23形成的回波脈沖電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖電壓信號(hào)并進(jìn)行高精密的放大，APD偏壓自混頻及高精密運(yùn)放電路9的APD反相偏壓來自倍壓升壓及本振耦合APD偏壓電路8。IF2運(yùn)放10對(duì)來自APD偏壓自混頻及高精密運(yùn)放電路9的回波脈沖電壓信號(hào)進(jìn)行第二次放大，這樣回波脈沖電壓信號(hào)就能達(dá)到較大的幅值，以供后續(xù)處理使用。
[0032]IF2運(yùn)放10輸出的較大的幅值的回波脈沖電壓信號(hào)至IF2過零比較器整形電路11，經(jīng)整形后IF2過零比較器整形電路11輸出回波脈沖方波信號(hào)至CPLD邏輯模塊2的計(jì)時(shí)電路。CPLD邏輯模塊2的計(jì)時(shí)電路比較發(fā)射信號(hào)和回波脈沖方波信號(hào)的前沿，就可以得出激光從發(fā)射到接收所經(jīng)歷的時(shí)間，CPLD邏輯模塊2的計(jì)時(shí)電路將該時(shí)間告知單片機(jī)微控制器電路1，再根據(jù)光在空氣中的傳播速度，單片機(jī)微控制器電路I就可計(jì)算出激光測(cè)距系統(tǒng)和目標(biāo)物體之間的距離。脈沖激光驅(qū)動(dòng)電路30還與一脈沖激光控制電路33連接，脈沖激光控制電路33與CPLD邏輯器件2連接，單片機(jī)微控制器電路I通過CPLD邏輯器件2、脈沖激光控制電路33控制脈沖激光驅(qū)動(dòng)電路33的脈沖輸出頻率。
[0033]單片機(jī)微控制器電路I和CPLD邏輯模塊2通過數(shù)據(jù)、地址、控制信號(hào)來進(jìn)行通信。單片機(jī)微控制器電路I還可以通過外部復(fù)位25進(jìn)行強(qiáng)制復(fù)位。RS232外部接口 26負(fù)責(zé)單片機(jī)微控制器電路I和外部進(jìn)行通信，比如測(cè)量距離數(shù)據(jù)的傳輸?shù)?。單片機(jī)微控制器電路I通過ISP接口程序下載及通信27進(jìn)行實(shí)施程序下載、燒錄以及和外部的通信等功能。CPLD邏輯模塊2通過程序下載JTAG 28進(jìn)行程序下載和燒錄等。CPLD邏輯模塊2通過外部控制TG1，2 29對(duì)外實(shí)施雙向控制功能。
[0034]該系統(tǒng)的外部電源接口采用外接12V直流電源的方式通過12V電源輸入接口 18接入12V直流電源。12V直流電經(jīng)5V穩(wěn)壓電路19輸出紋波小的5V直流電供整個(gè)系統(tǒng)使用，主要是模擬電路部分使用。5V直流電再經(jīng)過3.3V穩(wěn)壓電路20輸出3.3V紋波小的直流電供系統(tǒng)的數(shù)字電路部分使用?？傊?，CPLD模塊2負(fù)責(zé)實(shí)施IF1、IF2方波信號(hào)相位差的檢測(cè)和回波脈沖信號(hào)和發(fā)射信號(hào)的前沿的比較以及發(fā)射、接收的控制功能。單片機(jī)微控制器電路I負(fù)責(zé)實(shí)施反饋采樣信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換和相位/距離轉(zhuǎn)換計(jì)算功能以及外部通信的功能，另外，外部接口功能也由單片機(jī)微控制器電路I負(fù)責(zé)實(shí)施。
[0035]本發(fā)明采用單頻相位法和脈沖法合二為一的綜合激光測(cè)距方法，發(fā)揮了激光相位法和激光脈沖法測(cè)距的各自優(yōu)勢(shì)，形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。本發(fā)明的鮮明特點(diǎn)是，根據(jù)人們?cè)诟鞣N測(cè)距情形下對(duì)測(cè)量分辨率、測(cè)速及測(cè)程的要求有所變化的特點(diǎn)，采用二種較為流行且通用的激光測(cè)距方法的組合，即單頻相位激光測(cè)距法和脈沖激光測(cè)距法的組合，以達(dá)到使用一種測(cè)距系統(tǒng)就能滿足各種測(cè)量分辨率、測(cè)速及測(cè)程的不同組合要求，所以采用該方法原理開發(fā)的產(chǎn)品具有性價(jià)比極高的優(yōu)點(diǎn)，而且系統(tǒng)成本較低，使用的電子元器件較普通，采購(gòu)容易，光學(xué)結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)潔，能廣泛使用于建筑、裝修行業(yè)的測(cè)距儀，還能用于高爾夫測(cè)距儀和野外狩獵測(cè)距儀中。在機(jī)動(dòng)車防撞測(cè)距系統(tǒng)中也能用到，還能用于機(jī)器人系統(tǒng)和工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，在軍事領(lǐng)域也能用到。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
[0036]上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種激光測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于，其包括: 發(fā)射模塊，所述發(fā)射模塊包括正弦波發(fā)射信號(hào)形成電路、正弦波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)電路、脈沖激光驅(qū)動(dòng)電路、雙刀雙擲繼電器、激光二極管、發(fā)射透鏡和單片機(jī)微控制器電路，正弦波發(fā)射信號(hào)形成電路與正弦波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)電路連接，所述正弦波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)電路、脈沖激光驅(qū)動(dòng)電路分別與所述雙刀雙擲繼電器的兩個(gè)輸入端連接，所述雙刀雙擲繼電器的輸出端與所述激光二極管連接，所述激光二極管發(fā)出光經(jīng)發(fā)射透鏡變?yōu)槠叫泄?，所述單片機(jī)微控制器電路與所述雙刀雙擲繼電器連接，所述控制所述雙刀雙擲繼電器使正弦波調(diào)制激光驅(qū)動(dòng)電路或脈沖激光驅(qū)動(dòng)電路向所述激光二極管發(fā)送信號(hào)； 接收模塊，所述接受模塊包括接收透鏡、APD雪崩光電二極管、APD偏壓自混頻運(yùn)放電路、本振耦合APD偏壓電路、所述收透鏡用于接收反射光并照射在APD雪崩光電二極管上，APD雪崩光電二極管上與APD偏壓自混頻運(yùn)放電路連接，APD偏壓自混頻運(yùn)放電路與本振耦合AH)偏壓電路連接； 混頻電路，所述混頻電路的信號(hào)輸入端與激光二極管驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)輸出端連接，混頻電路的本振頻率輸入端與正弦波本振形成電路連接，所述正弦波本振形成電路還與本振耦合APD偏壓電路的本振頻率輸入端連接； 所述混頻電路的輸出端通過運(yùn)放整形電路與一計(jì)時(shí)電路連接，所述APD偏壓自混頻運(yùn)放電路通過運(yùn)放整形電路與所述計(jì)時(shí)電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于:所述計(jì)時(shí)電路通過一CPLD邏輯器件實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于:所述本振耦合APD偏壓電路為倍壓升壓及本振耦合APD偏壓電路，所述倍壓升壓及本振耦合APD偏壓電路與PWM緩沖驅(qū)動(dòng)電路連接，所述倍壓升壓及本振耦合APD偏壓電路通過PWM信號(hào)的占空比控制升壓值，所述倍壓升壓及本振耦合APD偏壓電路還與一 APD偏壓取樣電路連接，所述APD偏壓取樣電路與所述單片機(jī)微控制器電路連接，所述單片機(jī)微控制器電路與所述CPLD邏輯器件連接，所述CPLD邏輯器件與所述PWM緩沖驅(qū)動(dòng)電路連接；單片機(jī)微控制器電路根據(jù)APD偏壓取樣電路反饋信號(hào)大小通過所述CPLD邏輯器件控制PWM緩沖驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于:所述正弦波本振形成電路為緩沖正弦波本振形成電路，該緩沖正弦波本振形成電路的信號(hào)輸入端與所述CPLD邏輯器件連接，所述CPLD邏輯器件輸出本振方波信號(hào)給所述緩沖正弦波本振形成電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于:所述脈沖激光驅(qū)動(dòng)電路還與一脈沖激光控制電路連接，所述脈沖激光控制電路與所述CPLD邏輯器件連接，所述CPLD邏輯器件通過所述脈沖激光控制電路控制所述脈沖激光驅(qū)動(dòng)電路的脈沖輸出頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于:所述單片機(jī)微控制器電路通過一繼電器驅(qū)動(dòng)電路與所述雙刀雙擲繼電器連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于:所述單片機(jī)微控制器電路上設(shè)有外部復(fù)位、RS232接口及ISP接口。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于:所述AH)偏壓自混頻運(yùn)放電路為APD偏壓自混頻及高精密運(yùn)放電路。
【文檔編號(hào)】G01S17/08GK103760566SQ201410007313
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月8日
【發(fā)明者】孫叢林 申請(qǐng)人:蘇州新橋電子科技有限公司