CN103335629B - 一种激光测距系统及其测距控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种激光测距系统，该系统单片机发出送脉冲给激光驱动器，所述的激光驱动器输出脉冲至激光二极管并经发射镜片发射激光，所述的发射镜片折射部分发射激光至光-电-光转换电路的光接收端，再经由光-电-光转换电路的光发射端发射信号至PIN管，所述的PIN管同时经接收镜片接收障碍物反射回的激光，该？PIN管将激光信号经放大滤波电路输出至时间数字转换器，所述的时间数字转换器输出时间信号至单片机。该激光测距系统的激光二极管从接收到发射脉冲到真正发射出激光这段延时可以通过光-电-光转换电路准确地标定出来，从而得到更为精确地计时开始时刻，并且本系统设计简单，体积较小，便于与其他系统进行集成。<!--1-->
Description
技术领域
本发明涉及汽车主动安全领域，具体涉及一种激光测距系统。
背景技术
目前，激光测距技术已经广泛应用于汽车主动安全领域。在多种测距方式中，脉冲激光测距具有结构简单、测程远、测量速度快等优点，在多种领域得到了广泛的应用。脉冲激光测距系统向目标发射一个光脉冲，经由目标反射后由测距系统的接受电路接收，测量光脉冲从发射到返回接收电路的时间即可得到与目标间的距离。对于发射时刻的标定，传统的做法有采用光学的方法，也有采用电气连接的方法。
采用光学方法是激光器在发射的同一时刻利用光学仪器将一部分光同时采集给光电探测器，这种将发射光的一部分直接传送给光电探测器的方法，光学仪器较复杂，体积较大；
采用电气连接的方法是在激光器发射的同时，将驱动信号直接发送给时间测量单元，这种方法的缺点在于激光发射器从接收脉冲指令开始到真正发射激光脉冲的那一时刻之间的延时是受温度所影响的，而且不可确定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是实现一种体积较小，较容易和其他系统集成，测量精度高的激光测距系统。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种激光测距系统，该系统单片机发出送脉冲给激光驱动器，所述的激光驱动器输出脉冲至激光二极管并经发射镜片发射激光，所述的发射镜片折射部分发射激光至光-电-光转换电路的光接收端，再经由光-电-光转换电路的光发射端发射信号至PIN管，所述的PIN管同时经接收镜片接收障碍物反射回的激光，该 PIN管将激光信号经放大滤波电路输出至时间数字转换器，所述的时间数字转换器输出时间信号至单片机。
所述的单片机、激光驱动器、激光二极管和光-电-光转换电路集成构成发射板，所述的PIN管、放大滤波电路和时间数字转换器集成构成接收板。
所述的光-电-光转换电路的光发射端位于发射板和接收板的交接处，且位于安装于接收板上的接收镜片的下方，所述的发射板和接收板通过软排线相连。
所述的光-电-光转换电路的光发射端位于发射镜片折射路径上。
所述的单片机通过SPI与时间数字转换器进行通信，所述的时间数字转换器的单通道模式测量精度为90±10ps，双通道模式测量精度为45±10ps。
所述的单片机采用的是英飞凌芯片XC878，所述的激光驱动器采用的是IXD604，最大可提供4A的峰值驱动电流，所述的激光二极管采用的是欧司朗SPL LL90_3，峰值功率为80W，波长905nm。
一种激光测距控制方法：
单片机控制激光二极管发出激光，激光经由发射镜片部分向外衍射，部分折射至光-电-光转换电路；
光-电-光转换电路在接收到激光二极管发出的部分折射激光的那一时刻开始发出光信号至PIN管；
该光信号由PIN管输送至时间数字转换器后开始计时；
向外衍射的部分激光遇障碍物折回后，也由PIN管接收并输送至时间数字转换器后计时终止；
通过开始计时和计时终止得出激光飞行时间。
本发明的优点在于：
1、激光二极管从接收到发射脉冲到真正发射出激光这段延时可以通过光-电-光转换电路准确地标定出来，从而得到更为精确地计时开始时刻。
2、本系统设计简单，体积较小，便于与其他系统进行集成。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为激光测距系统电路框图；
图2为激光测距系统结构示意图；
上述图中的标记均为：1、发射板；2、接收板；3、障碍物；4、发射镜片；5、单片机；6、激光驱动器；7、激光二极管；8、光-电-光转换电路；9、PIN管；10、放大滤波电路；11、时间数字转换器；12、接收镜片。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1所示，该系统主要包括发射板1和接收板2。发射部分集成有单片机5、激光驱动器6、激光二极管7、发射镜片4和光-电-光转换电路8，接收板2集成有时间数字转换器11、放大滤波电路10、PIN管9和接收镜片12。
单片机5负责与时间数字转换器11的通信以及发送脉冲给激光驱动器6，脉冲的宽度以及脉冲的上升时间与激光二极管7的发射功率相关，脉冲宽度越宽，脉冲上升时间越短，激光二极管7的发射功率越大。激光驱动器6将单片机5发来的脉冲整形成能驱动激光二极管7的发射脉冲。由于激光二极管7从接收到发射脉冲到真正发射出激光有一个不确定的延时，这个延时是由于激光二极管7本身的温度漂移引起的，所以本系统采集部分发射光，通过光-电-光转换电路8这样一个连续转换，确定了这个延时的时间差，从而在计算飞行时间时可以准确的标定出。
光-电-光转换电路8包含光接收端、三极管驱动电路和光发射端。光接收端可采用PIN管，光发射端可采用红外二极管。光-电-光转换电路8的光接收端位于激光二极管7的正下方，发射镜片4只需要简单处理就可以让部分发射光照射到此光接收端，光接收端导通后三极管驱动电路开始工作，紧接着光发射端导通，发射红外光，接收镜片12采集到光发射端发出的红外光后经放大滤波电路10放大滤波整形后，再传送给时间数字转换器11，此时计时开始（start）。
由于光发射端的红外二极管不受温度影响，三极管采用快速三极管，延时从而可以准确的标定。此光-电-光转换电路8设计简单，相比纯粹用光学仪器搭建的内光路来说，体积更小。相比单片机5在发送脉冲给激光驱动器6的同时发送start信号给时间数字转换器11，更能准确的定义激光发射的初始时刻。
激光二极管7经发射镜片4衍射出去的激光经障碍物3后折回，PIN管9接收到微弱信号，经放大滤波电路10放大滤波电路整形后，送给时间数字转换器11，计时终止（stop）。飞行时间即可由此推算出来：Tstop-Tstart。
关于就该系统各个部件优选方案说明如下：
单片机5采用的是英飞凌的一款芯片XC878，XC878通过SPI与时间数字转换器11进行通信，同时负责发送脉冲给激光驱动器6，脉冲的宽度与周期内脉冲的个数可以通过单片机5编程实现。
激光驱动器6接收到单片机5发送来的脉冲后，将其整形成符合激光二极管7的驱动要求的脉冲，激光驱动器6采用的是IXD604，最大可提供4A的峰值驱动电流，满足激光二极管的功率要求。
激光二极管7采用的是欧司朗SPL LL90_3，峰值功率为80W，波长905nm。
发射镜片4除了具有衍射的作用，还可以将发射光的部分折射到位于激光二极管7正下方的光-电-光转换电路8包含光接收端。
光接收端的PIN管接收到折射光后导通，光-电-光转换电路8开始工作，其光发射端的红外二极管导通，发射红外光，此红外二极管位于发射板1和接收板2的衔接处，接收镜片4的下方，发射板1和接收板2通过软排线相连，如图2所示。
接收镜片4接收到光发射端的红红外管发射的红外光后，聚焦到接收PIN管9上，PIN管9输出微弱信号，经放大滤波整形后发送给时间数字转换器11，此时记作start时刻。
激光二极管7经发射镜片4衍射后，照射到前方障碍物3后折回来，接收镜片12再次感知此光波信号，聚焦到接收PIN管9上，输出微弱信号，经放大滤波整形后发送给时间数字转换器11，此时记作stop时刻。
时间数字转换器11采用的是GP21， 单通道模式测量精度优选为90ps，双通道模式测量精度优选为45ps。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种激光测距系统，该系统单片机（5）发出送脉冲给激光驱动器（6），所述的激光驱动器（6）输出脉冲至激光二极管（7）并经发射镜片（4）发射激光， PIN管（9）同时经接收镜片（12）接收障碍物（3）反射回的激光，所述的PIN管（9）将激光信号经放大滤波电路（10）输出至时间数字转换器（11），所述的时间数字转换器（11）输出时间信号至单片机（5）,其特征在于：所述的发射镜片（4）折射部分发射激光至光-电-光转换电路（8）的光接收端，再经由光-电-光转换电路（8）的光发射端发射信号至PIN管（9）。
2.根据权利要求1所述的激光测距系统，其特征在于：所述的单片机（5）、激光驱动器（6）、激光二极管（7）和光-电-光转换电路（8）集成构成发射板（1），所述的PIN管（9）、放大滤波电路（10）和时间数字转换器（11）集成构成接收板（2）。
3.根据权利要求2所述的激光测距系统，其特征在于：所述的光-电-光转换电路（8）的光发射端位于发射板（1）和接收板（2）的交接处，且位于安装于接收板（2）上的接收镜片（12）的下方，所述的发射板（1）和接收板（2）通过软排线相连。
4.根据权利要求3所述的激光测距系统，其特征在于：所述的光-电-光转换电路（8）的光发射端位于发射镜片（4）折射路径上。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的激光测距系统，其特征在于：所述的单片机（5）通过SPI与时间数字转换器（11）进行通信，所述的时间数字转换器（11）的单通道模式测量精度为90±10ps，双通道模式测量精度为45±10ps。
6.根据权利要求5所述的激光测距系统，其特征在于：所述的单片机（5）采用的是英飞凌芯片XC878，所述的激光驱动器（6）采用的是IXD604，最大可提供4A的峰值驱动电流，所述的激光二极管（7）采用的是欧司朗SPL LL90_3，峰值功率为80W，波长905nm。
7.一种激光测距控制方法，其特征在于：
单片机（5）控制激光二极管（7）发出激光，激光经由发射镜片（4）部分向外衍射，部分折射至光-电-光转换电路（8）；
光-电-光转换电路（8）在接收到激光二极管（7）发出的部分折射激光的那一时刻开始发出光信号至PIN管（9）；
该光信号由PIN管（9）输送至时间数字转换器（11）后开始计时；
向外衍射的部分激光遇障碍物（3）折回后，也由PIN管（9）接收并输送至时间数字转换器（11）后计时终止；
通过开始计时和计时终止得出激光飞行时间。
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