CN105467396B - 一种脉冲激光测距控制系统及测距运算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉冲激光测距控制系统及测距运算方法，由二次电源电路、晶振电路、目标距离计算电路及测距逻辑控制与信息交互接口电路四部分构成，其中二次电源电路分别与晶振电路、目标距离计算电路及测距逻辑控制与信息交互接口电路连接，晶振电路另与测距逻辑控制与信息交互接口电路连接，测距逻辑控制与信息交互接口电路另与目标距离计算电路连接。本发明实现了电路系统的模块化、数字化和软件化，有效的简化了系统结构，降低了系统的生产、使用及维护成本，同时还可对首末距离选通模式选择、外界信息交互等功能通过软件编程实现，并具备在线调试功能，从而在极大的提高了系统运行的抗干扰性、工作可靠性及使用寿命，提高了设备运行效率。

Description

一种脉冲激光测距控制系统及测距运算方法

技术领域

本发明涉及一种脉冲激光测距控制系统及测距运算方法，属光电探测技术领域。

背景技术

脉冲激光测距仪相对传统的光学设备或米尺类设备具有体积小、使用方便、作用距离远、测量精度高、抗干扰能力强等特定，可迅速、准确地给出目标的距离数据，大大提高了装备系统的准确性，且所得数据也便于与其它设备进行交互传递，大大提高了数据处理效率，因此目前已广泛应用于多种设备的测距使用中，虽然目前所使用的脉冲激光测距仪，具有众多的优点，但其最为核心的脉冲激光测距控制系统却存在着电路系统结构复杂，体积相对较大，从而导致了脉冲激光测距仪的结构较大，且生产、使用及维护成本均较高，同时传统的脉冲激光测距控制系统其电路部分主要以模拟信号电路为主，从而导致了传统的脉冲激光测距控制系统电路系统的模块化、数字化和软件化能力极差，更不能具备与外界信息交互、目标距离计算、测程控制等功能通过软件编程实现，及系统线调试功能，从而极大的限制了脉冲激光测距仪的使用效率及脉冲激光测距仪与其它设备同步运行的能力，从而制约了脉冲激光测距仪的应用及技术进步，而与传统的脉冲激光测距控制系统相对应的测距计算方法也相对负责，不能有效满足当前对测距提成的高效、高精度的需要，因此迫切需要开发一种新型的冲激光测距控制系统及测距运算方法。

发明内容

本发明目的就在于克服上述不足，提供一种脉冲激光测距控制系统及测距运算方法。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：

一种脉冲激光测距控制系统，由二次电源电路、晶振电路、目标距离计算电路及测距逻辑控制与信息交互接口电路四部分构成，其中二次电源电路分别与晶振电路、目标距离计算电路及测距逻辑控制与信息交互接口电路连接，晶振电路另与测距逻辑控制与信息交互接口电路连接，测距逻辑控制与信息交互接口电路另与目标距离计算电路连接，二次电源电路由反接保护电路、过压浪涌保护电路、电源滤波保护电路及稳压电源电路构成，其中反接保护电路、过压浪涌保护电路及稳压电源电路串联，电源滤波保护电路分别与稳压电源电路输入端及输出端并联，目标距离计算电路为以单片机及其外围设备构成的运算电路，测距逻辑控制与信息交互接口电路为由可编程逻辑芯片及其外围设备与串行通信端口电路、电平接口信号端口电路构成。

串行通信端口电路为RS422异步串行通讯。

电平接口信号端口电路采用光耦隔离模式。

单片机为AVR单片机ATmega2561-16AU。

可编程逻辑芯片为EPM7064STI44-7。

单片机和可编程逻辑芯片仿真调试接口采用Jtag接口。

一种脉冲激光测距控制系统测距运算方法，包括如下计算公式：

（1）

L—目标和测距机的距离；

C—光速；

T—激光在目标和测距机间往返时间。

若时间T，用一定频率f脉冲时钟进行测量，由公式（1）推导出公式（2）

（2）

式中：

n—计时脉冲个数；

f—计时时钟频率。

本发明较传统的同类测距系统，实现了电路系统的模块化、数字化和软件化，有效的简化了系统结构，降低了系统的生产、使用及维护成本，同时还可对首末距离选通模式选择、外界信息交互、目标距离计算、测程控制等测距功能通过软件编程实现，并具备在线调试功能，从而在极大的提高了系统运行的抗干扰性、工作可靠性及使用寿命的同时，还有效的简化了设备的调试及使用流程，提高了设备运行效率。

附图说明

图1为本发明电路结构示意图；

图2为脉冲激光测距控制系统首目标测距逻辑波形图；

图3为脉冲激光测距控制系统末目标测距逻辑波形图。

具体实施方式

现结合附图及具体计算实例对本发明进行说明：

如图1所示，一种脉冲激光测距控制系统，由二次电源电路、晶振电路、目标距离计算电路及测距逻辑控制与信息交互接口电路四部分构成，其中二次电源电路分别与晶振电路、目标距离计算电路及测距逻辑控制与信息交互接口电路连接，晶振电路另与测距逻辑控制与信息交互接口电路连接，测距逻辑控制与信息交互接口电路另与目标距离计算电路连接，二次电源电路由反接保护电路、过压浪涌保护电路、电源滤波保护电路及稳压电源电路构成，其中反接保护电路、过压浪涌保护电路及稳压电源电路串联，电源滤波保护电路分别与稳压电源电路输入端及输出端并联，目标距离计算电路为以AVR单片机ATmega2561-16AU及其外围设备构成的运算电路，测距逻辑控制与信息交互接口电路为由可编程逻辑芯片为EPM7064STI44-7及其外围设备与RS422异步串行通讯、光耦隔离模式电平接口信号端口电路构成，AVR单片机ATmega2561-16AU和可编程逻辑芯片为EPM7064STI44-7仿真调试接口采用Jtag接口。

如图2所示，在进行具体测量时，当进行首目标测距时，距离选通信号FL为高电平H，测距开始KK信号为地脉冲信号有效，激光器电源充电信号Charge低电平有效，充电结束，激光发射Fire信号高电平脉冲有效，进行激光发射，清零信号CLR低电平脉冲有效，进行加、减计数器清零，激光采样Sample为激光起始信号，作为加减计数器的计数开始的基准信号，加计数器Addition Counter进行最大测程计数，减计数器Subtration Counter进行距离测量，当测量的首个激光目标回波到来时，减计数器Subtration Counter清零，然后继续工作，直到加计数器Addition Counter计数到最大测程停止，得到测量目标计数脉冲数a，目标距离Target Distance通过a乘以常数2.5得到。

如图3所示，当进行末目标测距时，距离选通信号FL为低电平L，测距开始KK信号为地脉冲信号有效，激光器电源充电信号Charge低电平有效，充电结束，激光发射Fire信号高电平脉冲有效，进行激光发射，清零信号CLR低电平脉冲有效，进行加、减计数器清零，激光采样Sample为激光起始信号，作为加减计数器的计数开始的基准信号，加计数器AdditionCounter进行最大测程计数，减计数器Subtration Counter进行距离测量，每当激光目标回波到来时，减计数器Subtration Counter就清零，然后继续工作，直到加计数器AdditionCounter计数到最大测程停止，得到测量目标计数脉冲数b，目标距离Target Distance通过b乘以常数2.5得到。

脉冲激光测距控制系统内部测距运算方法为：

首先设定光以速度C在空气中传播在测距仪及目标物两点间往返一次所需时间为T，则测距仪及目标物两点间距离L，则如式，

（1）

L—目标和测距机的距离；

C—光速；

T—激光在目标和测距机间往返时间。

然后在时间T中，测距控制电路系统的时钟脉冲频率为f，由公式（1）推导出公式（2）

（2）

式中：

n—计时脉冲个数；

f—计时时钟频率。

设当f为59.958MHz，代入（2）式后如式（3）。

L=2.5n （3）

根据公式（3）推出距离计算精度±2.5m。

其中若系统中用于记录n的计数器最大计数值1FF（十六进制），则L的最大值为20477.5，则测量最大距离为20477.5m，满足最大测程20Km，计数器n小于50（十六进制）则清零，小于200m的距离就不测量。

Claims (7)

1.一种脉冲激光测距控制系统，其特征在于：所述的脉冲激光测距控制系统由二次电源电路、晶振电路、目标距离计算电路及测距逻辑控制与信息交互接口电路四部分构成，其中二次电源电路分别与晶振电路、目标距离计算电路及测距逻辑控制与信息交互接口电路连接，晶振电路另与测距逻辑控制与信息交互接口电路连接，测距逻辑控制与信息交互接口电路另与目标距离计算电路连接，所述的二次电源电路由反接保护电路、过压浪涌保护电路、电源滤波保护电路及稳压电源电路构成，其中反接保护电路、过压浪涌保护电路及稳压电源电路串联，电源滤波保护电路分别与稳压电源电路输入端及输出端并联，所述的目标距离计算电路为以单片机及其外围设备构成的运算电路，所述测距逻辑控制与信息交互接口电路为由可编程逻辑芯片及其外围设备与串行通信端口电路、电平接口信号端口电路构成。

2.根据权利要求1所述的一种脉冲激光测距控制系统，其特征在于：所述的串行通信端口电路为RS422异步串行通讯。

3.根据权利要求1所述的一种脉冲激光测距控制系统，其特征是：所述的电平接口信号端口电路采用光耦隔离模式。

4.根据权利要求1所述的一种脉冲激光测距控制系统，其特征是：所述的单片机为AVR单片机ATmega2561-16AU。

5.根据权利要求1所述的一种脉冲激光测距控制系统，其特征是：所述的可编程逻辑芯片为EPM7064STI44-7。

6.根据权利要求1所述的一种脉冲激光测距控制系统，其特征是：所述的单片机和可编程逻辑芯片仿真调试接口采用Jtag接口。

7.一种脉冲激光测距控制系统测距运算方法，其特征是：所述的运算方法基于脉冲激光测距控制系统，所述的脉冲激光测距控制系统由二次电源电路、晶振电路、目标距离计算电路及测距逻辑控制与信息交互接口电路四部分构成，其中二次电源电路分别与晶振电路、目标距离计算电路及测距逻辑控制与信息交互接口电路连接，晶振电路另与测距逻辑控制与信息交互接口电路连接，测距逻辑控制与信息交互接口电路另与目标距离计算电路连接，所述的二次电源电路由反接保护电路、过压浪涌保护电路、电源滤波保护电路及稳压电源电路构成，其中反接保护电路、过压浪涌保护电路及稳压电源电路串联，电源滤波保护电路分别与稳压电源电路输入端及输出端并联，所述的目标距离计算电路为以单片机及其外围设备构成的运算电路，所述测距逻辑控制与信息交互接口电路为由可编程逻辑芯片及其外围设备与串行通信端口电路、电平接口信号端口电路构成；所述的运算方法包括如下计算公式：

(1)

L—目标和测距机的距离；

C—光速；

T—激光在目标和测距机间往返时间；

若时间T，用一定频率f脉冲时钟进行测量，由公式（1）推导出公式（2）

(2)

式中：

n—计时脉冲个数；

f—计时时钟频率。