本發(fā)明循環(huán)式多脈沖激光測速雷達(dá)與控制方法，涉及能精確地快速測量運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)速度的一種循環(huán)式多脈沖激光測速雷達(dá)。

背景技術(shù)：

目前市場上出現(xiàn)的激光測速雷達(dá)，其測量原理大多數(shù)是單脈沖方式，單脈沖激光測速是采用單個(gè)脈沖激光對運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行測量，向運(yùn)動(dòng)物體發(fā)射一個(gè)脈沖激光，接收其回波，計(jì)算出物體與激光器之間的距離，間隔了很短的時(shí)間后，再向運(yùn)動(dòng)物體發(fā)射一個(gè)脈沖激光，接收其回波，計(jì)算出兩者的第二個(gè)距離，再利用矢量三角形計(jì)算出兩個(gè)位置間的距離，用這個(gè)距離除以兩個(gè)脈沖激光的時(shí)間間隔，從而得出被測物體運(yùn)動(dòng)速度。由于光速很大，激光來回時(shí)間很短，而測量儀器的反應(yīng)時(shí)間同激光來回傳播的時(shí)間相比較，可以達(dá)到同等量級，因此單脈沖激光測量對脈沖往返時(shí)間的測量誤差較大，對兩次距離的測量誤差就會(huì)較大，同樣利用矢量三角形計(jì)算出兩個(gè)位置間的距離誤差也較大，因此不能做到精確測量物體的運(yùn)動(dòng)速度，其應(yīng)用范圍受到了一定的限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明循環(huán)式多脈沖激光測速雷達(dá)與控制方法，目的在于提供一種循環(huán)式多脈沖激光測速雷達(dá)，該雷達(dá)能快速精確測量運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)速度，提高測量精度，有效地減小測量誤差。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明循環(huán)式多脈沖激光測速雷達(dá)與控制方法，系統(tǒng)包括直流電源、led顯示屏顯示電路、和控制電路，由直流電源提供直流電給控制電路。所述控制電路包括ta89c52單片機(jī)、晶體振蕩電路、鎖相環(huán)電路、激光觸發(fā)器、脈沖激光器、伺服機(jī)構(gòu)、激光接收器、信號放大電路、透鏡ⅰ和透鏡ⅱ。其中，led顯示屏與控制電路中的單片機(jī)ta89c52連接，伺服機(jī)構(gòu)的一端與脈沖激光器連接，另一端與激光接收器相連。所述控制電路還包括型號為max7000b的在線可編程邏輯計(jì)數(shù)電路；晶體振蕩電路通過鎖相環(huán)電路和在線可編程邏輯計(jì)數(shù)電路max7000b與單片機(jī)ta89c52連接，鎖相環(huán)電路產(chǎn)生高穩(wěn)定度振蕩信號后，通過在線可編程邏輯計(jì)數(shù)器max7000b送入單片機(jī)ta89c52進(jìn)行控制，單片機(jī)ta89c52通過激光觸發(fā)器和脈沖激光器與透鏡ⅰ相連，透過透鏡ⅰ聚焦后發(fā)射激光束；所述激光接收器的一端與透鏡ⅱ相接，另一端與信號放大器相連，激光束由透鏡ⅱ聚焦后進(jìn)人光電轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成電信號后再送入信號放大器進(jìn)行放大，信號放大器的輸出端與在線可編程邏輯計(jì)數(shù)器max7000b的輸入端相連，信號放大后送入在線可編程邏輯計(jì)數(shù)器max7000b中，經(jīng)過在線可編程邏輯計(jì)數(shù)器max7000b后，再送入單片機(jī)ta89c52進(jìn)行控制。

在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明循環(huán)式多脈沖激光測速雷達(dá)與控制方法，對運(yùn)動(dòng)物體兩個(gè)位置與激光器之間距離的測量，采用首尾相接循環(huán)多脈沖激光測距。每一次測量過程是，先設(shè)定多脈沖循環(huán)的時(shí)間，即單片機(jī)輸出一個(gè)時(shí)間相對較長的脈沖信號，在此時(shí)間間隔內(nèi)，計(jì)數(shù)器1和計(jì)數(shù)器2開始計(jì)數(shù)，直到脈沖結(jié)束。晶體振蕩器通過鎖相環(huán)電路產(chǎn)生高穩(wěn)定度振蕩信號作為基準(zhǔn)時(shí)間的時(shí)鐘信號，.本發(fā)明采用50mhz晶體振蕩器通過鎖相環(huán)電路6倍頻產(chǎn)生高穩(wěn)定度300mhz振蕩信號，其震蕩周期為3乘10的九次方分之一秒，達(dá)到飛秒量級。時(shí)鐘信號經(jīng)過在線可編程邏輯計(jì)數(shù)器max7000b啟動(dòng)單片機(jī)ta89c52，單片機(jī)ta89c52啟動(dòng)激光觸發(fā)器，激光觸發(fā)器的觸發(fā)信號觸發(fā)脈沖激光器，透過透鏡ⅰ向被測物體發(fā)射激光束，該脈沖激光束經(jīng)被測物體反射后，形成回波束由透鏡ⅱ聚焦后照射到激光接收器上，在激光接收器中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成電信號后再送入信號放大器，信號放大后送入在線可編程邏輯計(jì)數(shù)器max7000b中，經(jīng)過在線可編程邏輯計(jì)數(shù)器max7000b后由單片機(jī)ta89c52控制，再啟動(dòng)觸發(fā)信號，由激光觸發(fā)器再次觸發(fā)脈沖激光器，向被測物體發(fā)射脈沖激光束，形成回波，再次接收，如此循環(huán)往復(fù)。直到設(shè)定的多脈沖循環(huán)時(shí)間結(jié)束，而設(shè)定的多脈沖循環(huán)時(shí)間的計(jì)算，是利用在線可編程邏輯計(jì)數(shù)器max7000b內(nèi)部計(jì)數(shù)器2記下此段時(shí)間內(nèi)時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)，乘以時(shí)鐘脈沖周期，即得到多脈沖循環(huán)設(shè)定時(shí)間。在此時(shí)間內(nèi)，在線可編程邏輯計(jì)數(shù)器max7000b內(nèi)部計(jì)數(shù)器1對脈沖激光束往復(fù)的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，用此設(shè)定的多脈沖循環(huán)時(shí)間除以兩倍往返次數(shù)即得到測量的平均時(shí)間，再乘以光速即得運(yùn)動(dòng)物體第一個(gè)位置與激光器之間的平均距離。第二次測量重復(fù)第一次的過程，得到運(yùn)動(dòng)物體第二個(gè)位置與激光器之間的平均距離。由于循環(huán)發(fā)射的激光脈沖個(gè)數(shù)達(dá)到10的五次方量級，所以采用本發(fā)明的首尾相接循環(huán)多脈沖激光測距的技術(shù)方案，電子器件反應(yīng)時(shí)間引起的誤差可以忽略，和單脈沖方式相比，極大地減小了測量誤差，提高了測量精度。

本發(fā)明循環(huán)式多脈沖激光測速雷達(dá)與控制方法的創(chuàng)新點(diǎn)在于，1.采用首尾相接循環(huán)多脈沖激光測量運(yùn)動(dòng)物體與激光器之間的距離，在設(shè)定的多脈沖循環(huán)時(shí)間內(nèi)，本系統(tǒng)發(fā)射的激光脈沖個(gè)數(shù)達(dá)到10的五次方量級，時(shí)間長度遠(yuǎn)大于單脈沖（微秒級）的時(shí)間長度，誤差所占比例很小，可以忽略，極大地提高了測量的精度。2.采用50mhz晶體振蕩器通過鎖相環(huán)電路6倍頻產(chǎn)生高穩(wěn)定度300mhz振蕩信號作為基準(zhǔn)時(shí)間的時(shí)鐘信號，其震蕩周期為3乘10的九次方分之一秒，達(dá)到飛秒量級，進(jìn)一步減小了測量時(shí)間的誤差。3.應(yīng)用自編的程序軟件，實(shí)現(xiàn)對速度的自動(dòng)測量并顯示。

附圖說明

圖1是本發(fā)明循環(huán)式多脈沖激光測速雷達(dá)的電路原理框圖。

圖2是本發(fā)明循環(huán)式多脈沖激光測速雷達(dá)的控制與測量軟件流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明循環(huán)式多脈沖激光測速雷達(dá)與控制方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，本實(shí)施例是由直流電源、led顯示屏顯示電路、和控制電路組成，由直流電源提供直流電給控制電路中的各個(gè)部件，控制電路是由型號為ta89c52的單片機(jī)、晶體振蕩器、鎖相環(huán)電路、型號為max7000b的在線可編程邏輯計(jì)數(shù)器、激光觸發(fā)器、脈沖激光器、伺服機(jī)構(gòu)、激光接收器、信號放大器、透鏡ⅰ和透鏡ⅱ組成。其中，led顯示屏與控制電路中的單片機(jī)ta89c52連接，伺服機(jī)構(gòu)的一端與脈沖激光器連接，另一端與激光接收器相連，晶體振蕩器通過鎖相環(huán)電路和在線可編程邏輯計(jì)數(shù)器max7000b與單片機(jī)ta89c52連接，鎖相環(huán)電路產(chǎn)生高穩(wěn)定度振蕩信號作為時(shí)鐘脈沖，通過在線可編程邏輯計(jì)數(shù)器max7000b送入單片機(jī)ta89c52進(jìn)行控制，單片機(jī)ta89c52通過激光觸發(fā)器和脈沖激光器和發(fā)射透鏡相連，透過發(fā)射透鏡發(fā)射激光束；所述激光接收器的一端與接收透鏡相接，另一端與信號放大器相連，激光束由接收透鏡聚焦后進(jìn)人光電轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成電信號再送入信號放大器進(jìn)行放大，信號放大器的輸出端與在線可編程邏輯計(jì)數(shù)器max7000b的輸入端相連，信號放大后送入在線可編程邏輯計(jì)數(shù)器max7000b中，經(jīng)過在線可編程邏輯計(jì)數(shù)器max7000b后再送入單片機(jī)ta89c52控制。

在本實(shí)施例中，伺服機(jī)構(gòu)由單片機(jī)ta89c52控制，保持對運(yùn)動(dòng)物體的跟蹤，直流電源使用鋰電池，對各部分電路提供必要的電力，同時(shí)單片機(jī)ta89c52處理器還將測量值進(jìn)行運(yùn)算，得到的結(jié)果送人led顯示屏進(jìn)行顯示。

本實(shí)施例使用的在線可編程邏輯計(jì)數(shù)器max7000b具有集成度高，工作速度快，編程方便的特點(diǎn)。max7000b器件內(nèi)置jtagbst電路，通過jtg接口實(shí)現(xiàn)在線編程，完成激光飛行時(shí)間計(jì)數(shù)測量功能。利用max7000b器件內(nèi)部計(jì)數(shù)器1在設(shè)定的多脈沖循環(huán)時(shí)間內(nèi)對循環(huán)連續(xù)脈沖激光測距信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，得到首尾相接的測距信號的個(gè)數(shù)，再由內(nèi)部計(jì)數(shù)器2對設(shè)定時(shí)間內(nèi)時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于循環(huán)發(fā)射的激光脈沖個(gè)數(shù)達(dá)到10的五次方量級，所以采用本發(fā)明的首尾相接循環(huán)多脈沖激光測距的技術(shù)方案，電子器件反應(yīng)時(shí)間引起的誤差和設(shè)定的時(shí)間相比可以忽略，根據(jù)計(jì)算得知，本發(fā)明的技術(shù)方案測得的距離100米誤差0.1毫米。和單脈沖方式相比，測量誤差大為減小，測量精度得到了提高。

本實(shí)施例的工作原理：對運(yùn)動(dòng)物體前后相繼兩個(gè)位置和激光雷達(dá)之間的距離進(jìn)行測量，采用首尾相接循環(huán)多脈沖激光測距。第一次測量過程是，在設(shè)定的多脈沖循環(huán)時(shí)間內(nèi)，晶體振蕩器通過鎖相環(huán)電路產(chǎn)生高穩(wěn)定度振蕩信號作為基準(zhǔn)時(shí)間的時(shí)鐘信號，.本發(fā)明采用50mhz晶體振蕩器通過鎖相環(huán)電路6倍頻產(chǎn)生高穩(wěn)定度300mhz振蕩信號，其震蕩周期為3乘10的九次方分之一秒，達(dá)到飛秒量級。時(shí)鐘信號經(jīng)過在線可編程邏輯計(jì)數(shù)器max7000b啟動(dòng)單片機(jī)ta89c52，單片機(jī)ta89c52啟動(dòng)激光觸發(fā)器，激光觸發(fā)器的觸發(fā)信號觸發(fā)脈沖激光器，透過透鏡ⅰ向被測物體發(fā)射激光束，該脈沖激光束經(jīng)被測物體反射后，形成回波束由透鏡ⅱ聚焦后照射到激光接收器上，在激光接收器中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后再送入信號放大器，信號放大后送入在線可編程邏輯計(jì)數(shù)器max7000b中，經(jīng)過在線可編程邏輯計(jì)數(shù)器max7000b內(nèi)部計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)后，由單片機(jī)ta89c52控制，再啟動(dòng)觸發(fā)信號，由激光觸發(fā)器再次觸發(fā)脈沖激光器，向被測物體發(fā)射脈沖激光束，形成回波，再次接收，如此循環(huán)往復(fù)，直到設(shè)定的時(shí)間結(jié)束。而設(shè)定的多脈沖循環(huán)時(shí)間的計(jì)算，是利用在線可編程邏輯計(jì)數(shù)器max7000b內(nèi)部計(jì)數(shù)器2記下此段時(shí)間內(nèi)時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)，乘以時(shí)鐘脈沖周期，即得到多脈沖循環(huán)設(shè)定時(shí)間。在此時(shí)間內(nèi)，在線可編程邏輯計(jì)數(shù)器max7000b內(nèi)部計(jì)數(shù)器1記下脈沖激光束往復(fù)的次數(shù)，用此設(shè)定時(shí)間除以兩倍往返次數(shù)即得到測量運(yùn)動(dòng)物體與激光器之間第一個(gè)距離所用的平均時(shí)間，再乘以光速即得運(yùn)動(dòng)物體與激光器之間的平均距離。運(yùn)動(dòng)物體處在第二位置的測量，重復(fù)上述過程。得到運(yùn)動(dòng)物體前后相繼兩個(gè)位置和激光雷達(dá)之間的距離后，利用矢量三角形即可計(jì)算出運(yùn)動(dòng)物體前后相繼兩個(gè)位置的距離，用此距離除以兩次測量的時(shí)間間隔，即可得到該物體的運(yùn)動(dòng)速度。

如圖2是本發(fā)明循環(huán)式多脈沖激光測速雷達(dá)的控制與測量軟件流程圖，所有應(yīng)用程序軟件使用c語言編寫。

程序運(yùn)行流程是，單片機(jī)上電，開始，初始化，設(shè)定多脈沖循環(huán)時(shí)間（輸出長脈沖）；同時(shí)啟動(dòng)激光觸發(fā)器，觸發(fā)激光器，接收回波，max7000b內(nèi)部計(jì)數(shù)器1開始計(jì)數(shù)；同時(shí)鎖相環(huán)電路輸出時(shí)鐘脈沖，max7000b內(nèi)部計(jì)數(shù)器2開始計(jì)數(shù)；接收電路收到回波再次啟動(dòng)激光觸發(fā)器，觸發(fā)激光器，如此循環(huán)n次，n大于10的五次方；直到長脈沖結(jié)束，對兩個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)結(jié)果存儲；伺服機(jī)構(gòu)追蹤運(yùn)動(dòng)物體到第二個(gè)位置，重復(fù)第一次流程，得到第二次結(jié)果再存儲，并啟動(dòng)運(yùn)算程序進(jìn)行運(yùn)算，得到被測物體的運(yùn)動(dòng)速度，顯示結(jié)果。