一種激光測(cè)距機(jī)終端模塊的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種激光測(cè)距機(jī)終端模塊，包括微處理器、復(fù)位芯片、光耦隔離驅(qū)動(dòng)芯片和石英晶體振蕩器，所述終端模塊通過(guò)光耦隔離驅(qū)動(dòng)芯片連接激勵(lì)源發(fā)射機(jī)，微處理器的自動(dòng)增益輸出端連接接收分機(jī)的輸入端，復(fù)位芯片的輸出端連接微處理器的輸入端，終端模塊通過(guò)光耦隔離串口驅(qū)動(dòng)芯片與系統(tǒng)接口相連接，所述石英晶體振蕩器的輸出端連接微處理器的輸入端。本實(shí)用新型通過(guò)集成芯片LPC1759的微處理器作為終端分機(jī)的主體，通過(guò)其內(nèi)部集成的各個(gè)模塊進(jìn)行終端分機(jī)功能的實(shí)現(xiàn)，使終端分機(jī)變?yōu)闇y(cè)距模塊，從而使現(xiàn)有的終端分機(jī)的結(jié)構(gòu)變的簡(jiǎn)單，減少了芯片數(shù)量，提高了設(shè)備的MTBF值，使終端分機(jī)更可靠，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】一種激光測(cè)距機(jī)終端模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及激光測(cè)距領(lǐng)域，尤其涉及一種激光測(cè)距機(jī)終端模塊。

【背景技術(shù)】
[0002]測(cè)距機(jī)發(fā)展時(shí)間已經(jīng)比較長(zhǎng)，而且涉及產(chǎn)業(yè)面較為廣泛，而且在跟蹤探測(cè)動(dòng)態(tài)物體方面尤為常見(jiàn)；其中測(cè)距分析模塊屬于“信息【技術(shù)領(lǐng)域】”下的“G06計(jì)算；推算；計(jì)數(shù)領(lǐng)域”，該終端模塊現(xiàn)應(yīng)用于“脈沖激光測(cè)距機(jī)信息處理電路”，而以前現(xiàn)有的電路的設(shè)計(jì)通常以“單片機(jī)+FPGA”來(lái)實(shí)現(xiàn)信息處理裝置。以“單片機(jī)+FPGA”來(lái)實(shí)現(xiàn)信息處理裝置其存在的缺點(diǎn)是體積大、抗電磁干擾能力差、測(cè)距(測(cè)時(shí))精度低、一般只能實(shí)現(xiàn)5米精度，而且不具備數(shù)字“自動(dòng)增益控制”能力，不能有效降低后向散射帶來(lái)的虛警，不能實(shí)現(xiàn)回波通道的恒虛警控制。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種激光測(cè)距機(jī)終端模塊，體積小，功耗低，功能多，性能強(qiáng)，環(huán)境適用性強(qiáng)，進(jìn)一步的簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)、提高了成本和可靠性。
[0004]本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案:
[0005]一種激光測(cè)距機(jī)終端模塊，包括微處理器、復(fù)位芯片、光耦隔離驅(qū)動(dòng)芯片和石英晶體振蕩器，所述終端模塊通過(guò)光耦隔離驅(qū)動(dòng)芯片連接激勵(lì)源發(fā)射機(jī)，微處理器的自動(dòng)增益輸出端連接接收分機(jī)的輸入端，復(fù)位芯片的輸出端連接微處理器的輸入端，終端模塊通過(guò)光耦隔離串口驅(qū)動(dòng)芯片與系統(tǒng)接口相連接，所述石英晶體振蕩器的輸出端連接微處理器的輸入端。
[0006]還包括有溫度傳感器，所述的溫度傳感器的輸出端連接微處理器的輸入端。
[0007]終端模塊設(shè)置有SPI和I2C接口，用于實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展。
[0008]所述的微處理器為L(zhǎng)PC1759。
[0009]所述的復(fù)位芯片采用CAT1025SI。
[0010]所述石英晶體振蕩器為11.0592MH晶振。
[0011]本實(shí)用新型通過(guò)集成芯片LPC1759微處理器進(jìn)行終端分機(jī)的主體，通過(guò)其內(nèi)部集成的各個(gè)模塊進(jìn)行終端分機(jī)功能的實(shí)現(xiàn)，使終端分機(jī)變?yōu)闇y(cè)距模塊，從而使現(xiàn)有的終端分機(jī)的結(jié)構(gòu)變的簡(jiǎn)單，減少了芯片數(shù)量，提高了設(shè)備的MTBF值；同時(shí)，大大簡(jiǎn)化了脈沖激光測(cè)距機(jī)信息處理分機(jī)的設(shè)計(jì)，提高了開(kāi)發(fā)效率、縮小整個(gè)激光測(cè)距機(jī)的體積并降低了成本，通用性更強(qiáng)，而且提高了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度，降低成本，其總成本小于終端分機(jī)的一半，具有廣泛的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的原理框圖；
[0013]圖2為本實(shí)用新型所述直接計(jì)數(shù)法激光測(cè)距原理。

【具體實(shí)施方式】
[0014]常用的脈沖激光測(cè)距機(jī)，大多包括光學(xué)分機(jī)、激勵(lì)源發(fā)射分機(jī)、終端分機(jī)和接收分機(jī)，所述所述終端分機(jī)用于接收系統(tǒng)指令，控制激勵(lì)源發(fā)射分機(jī)通過(guò)光學(xué)分機(jī)探測(cè)目標(biāo)，激光照射目標(biāo)的反射光通過(guò)光學(xué)分機(jī)到達(dá)接收分機(jī)，接收分機(jī)的輸出端連接終端分機(jī)的輸入端，終端分機(jī)測(cè)量出激光發(fā)收的時(shí)間差，并解算出目標(biāo)距離，但現(xiàn)有的終端分機(jī)大多采用單片機(jī)+FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)，整體體積很大，而本實(shí)用新型則采用終端模塊來(lái)代替終端分機(jī)，且具有體積小，功耗低，功能多，性能強(qiáng)，環(huán)境適用性強(qiáng)的特點(diǎn)，具體的如圖1所示，所述的終端模塊包括微處理器、復(fù)位芯片、光耦隔離驅(qū)動(dòng)芯片和石英晶體振蕩器，所述激勵(lì)源發(fā)射分機(jī)通過(guò)光耦隔離驅(qū)動(dòng)芯片連接微處理器，微處理器的輸出端連接接收分機(jī)的輸入端，復(fù)位芯片的輸出端連接微處理器的輸入端，微處理器通過(guò)光耦隔離驅(qū)動(dòng)芯片與系統(tǒng)接口相連接，所述石英晶體振蕩器的輸出端連接微處理器的輸入端，所述的微處理器為L(zhǎng)PC1759。
[0015]還包括有溫度傳感器，所述的溫度傳感器的輸出端連接微處理器的輸入端。所述溫度傳感器的測(cè)溫芯片為DS18B20+，可實(shí)現(xiàn)0.5°C的測(cè)溫精度。
[0016]所述測(cè)時(shí)模塊設(shè)置有SPI和I2C接口，用于實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展。
[0017]所述的復(fù)位芯片采用CAT1025SI。
[0018]本實(shí)用新型所述的終端模塊的體積為(長(zhǎng)寬高)55mmX 30mmX 15mm的信息處理器模塊。該模塊包含通信、激光發(fā)射控制、接收分機(jī)狀態(tài)控制、測(cè)距機(jī)狀態(tài)檢測(cè)等功能，是一個(gè)完整的終端分機(jī)。
[0019]本實(shí)用新型通過(guò)以LPC1759微處理器為核心的實(shí)用電路設(shè)計(jì)，其包含如下功能:高速通信、低功耗、高速運(yùn)算、寬溫工作、預(yù)留接口，均由以的LPC1759為核心的電路軟硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證可以滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。而其片內(nèi)計(jì)數(shù)器運(yùn)行速度可達(dá)120MHz，故可以有冗余的實(shí)現(xiàn)測(cè)距精度小于1.5米(測(cè)時(shí)精度優(yōu)于10納秒)，此數(shù)據(jù)遠(yuǎn)小于常規(guī)的5米測(cè)距精度，提高了測(cè)距(測(cè)時(shí))精度。常規(guī)測(cè)距機(jī)通常已30MHz的石英晶體振蕩器做為計(jì)時(shí)基準(zhǔn)，這樣實(shí)現(xiàn)的測(cè)距精度為5米，而本實(shí)用新型中的模塊以IlOMHz做為計(jì)時(shí)基準(zhǔn)，所以實(shí)現(xiàn)精度1.5米。所以，以LPC1759為核心的測(cè)距電路大大簡(jiǎn)化了電路的設(shè)計(jì)。
[0020]普通的激光測(cè)距機(jī)，該曲線通常由RC模擬電路產(chǎn)生，精度差，適應(yīng)性差，一旦RC值確定，其自動(dòng)增益控制曲線就固定，設(shè)計(jì)缺少靈活性。本實(shí)用新型通過(guò)LPC1759芯片內(nèi)DMA(Direct Memory Access，直接內(nèi)存存取)驅(qū)動(dòng)LPC1759芯片內(nèi)DA的方式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制。此均為芯片內(nèi)部集成設(shè)置，只需使用時(shí)進(jìn)行設(shè)置即可，具體不在累述。所述DA的指標(biāo)為10位精度3MHz，可以產(chǎn)生任意需要的自動(dòng)增益控制曲線。本實(shí)用新型采用DMA保證了產(chǎn)生自動(dòng)增益控制曲線不會(huì)影響CPU對(duì)主回波采樣，不僅實(shí)現(xiàn)了曲線設(shè)計(jì)的靈活性，使其更接近理論曲線形狀(或工程實(shí)踐中摸索出的最優(yōu)曲線)；在測(cè)距的同時(shí)，終端模塊產(chǎn)生接收分機(jī)需要的“自動(dòng)增益控制曲線”，有效降低后向散射帶來(lái)的虛警，實(shí)現(xiàn)回波通道的恒虛警控制；而且通過(guò)對(duì)回波通道的噪聲采樣，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制曲線的負(fù)反饋閉環(huán)控制，使整機(jī)具有更好的環(huán)境適用性。
[0021]針對(duì)激勵(lì)源放電時(shí)產(chǎn)生的串?dāng)_，本實(shí)用新型采用光耦隔離的方法，首先注意地線的隔離，這樣防止干擾從地線上繞過(guò)光耦，干擾微處理器，即微處理器的地線與激勵(lì)源的地線不直接相連；其次光耦的選型應(yīng)注意選取Vceo和Veco較大的光耦，這樣能夠保護(hù)輸出端口不容易被損壞。通過(guò)光耦的采用，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)對(duì)激勵(lì)源上串?dāng)_的隔離，理論可耐2500V干擾，實(shí)際工作中，經(jīng)受了 60V的干擾，工作穩(wěn)定可靠。
[0022]本實(shí)用新型通過(guò):通過(guò)對(duì)模塊內(nèi)LPC1759片內(nèi)集成的UART寄存器的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)高速通訊。模塊內(nèi)嵌的串口通訊波特率大于115200bps，最高可達(dá)到1Mbps。
[0023]本實(shí)用新型通過(guò)LPC1759芯片內(nèi)PLL的集成配置，從而運(yùn)算速度大大提高。該模塊運(yùn)算速度高達(dá)150MIPS。為復(fù)雜數(shù)字化濾波降噪提供了硬件支撐。本實(shí)用新型滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，功耗小于0.7W。此外，模塊還有寬溫工作的特點(diǎn)，可在_45°C?+70°C環(huán)境下可靠穩(wěn)定工作。脈沖激光測(cè)距機(jī)的工作原理如下:
[0024]脈沖激光測(cè)距機(jī)的激光器產(chǎn)生激光脈沖，照射被測(cè)目標(biāo)，反射光回到探測(cè)點(diǎn)經(jīng)光學(xué)天線接收進(jìn)入接收分機(jī)，經(jīng)電路處理，測(cè)量出激光發(fā)射到接收之間的時(shí)間間隔t，可以得到被測(cè)距離R。
[0025]R = t X c / 2.......................................(I)
[0026]式(I)中
[0027]R:被測(cè)距離
[0028]t:激光在所測(cè)路程上的來(lái)回傳播時(shí)間
[0029]c:光速
[0030]在激光測(cè)距機(jī)中，通常采用直接計(jì)數(shù)法對(duì)t進(jìn)行測(cè)量，從而計(jì)算出距離。
[0031]直接計(jì)數(shù)法工作原理為:測(cè)距機(jī)發(fā)射激光時(shí)產(chǎn)生主波信號(hào)，接收激光時(shí)產(chǎn)生回波信號(hào)，當(dāng)主波來(lái)時(shí)計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作、回波來(lái)時(shí)計(jì)數(shù)器停止工作，計(jì)數(shù)器進(jìn)行讀取，達(dá)到時(shí)間測(cè)量的目的。如圖2所示。測(cè)距功能以測(cè)距精度1.5m為例，由直接計(jì)數(shù)法激光測(cè)距原理和公式(I)可知需要大于10MHz的計(jì)數(shù)時(shí)鐘和響應(yīng)速度才能實(shí)現(xiàn)，所以本實(shí)用新型采用LPC1759片內(nèi)集成的PLL技術(shù)，對(duì)輸入的11.0592MHz進(jìn)行10倍頻，實(shí)現(xiàn)了 IlOMHz的計(jì)數(shù)頻率。
【權(quán)利要求】
1.一種激光測(cè)距機(jī)終端模塊，其特征在于:包括微處理器、復(fù)位芯片、光耦隔離驅(qū)動(dòng)芯片和石英晶體振蕩器，所述終端模塊通過(guò)光耦隔離驅(qū)動(dòng)芯片連接激勵(lì)源發(fā)射機(jī)，微處理器的自動(dòng)增益輸出端連接接收分機(jī)的輸入端，復(fù)位芯片的輸出端連接微處理器的輸入端，終端模塊通過(guò)光耦隔離串口驅(qū)動(dòng)芯片與系統(tǒng)接口相連接，所述石英晶體振蕩器的輸出端連接微處理器的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測(cè)距機(jī)終端模塊，其特征在于:還包括有溫度傳感器，所述的溫度傳感器的輸出端連接微處理器的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光測(cè)距機(jī)終端模塊，其特征在于:終端模塊設(shè)置有SPI和I2C接口，用于實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光測(cè)距機(jī)終端模塊，其特征在于:所述的微處理器為L(zhǎng)PC1759。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光測(cè)距機(jī)終端模塊，其特征在于:所述的復(fù)位芯片采用CAT1025SL.
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光測(cè)距機(jī)終端模塊，其特征在于:所述石英晶體振蕩器為11.0592MH 晶振。
【文檔編號(hào)】G01S17/08GK204065408SQ201420421517
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】韓春生, 馬京川, 裴瑞廣, 李麗, 杜改麗, 吳淦華, 李番, 鄧全, 左向科, 楊炳德 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十七研究所