CN106093957A - 二维激光雷达扫描测距监测系统 - Google Patents

二维激光雷达扫描测距监测系统 Download PDF

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赵宇
游迪
赵静
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    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
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Abstract

本发明公开了二维激光雷达扫描测距监测系统，包括激光测距设备、主控电路板、转动装置和上位机。激光测距设备用于测定当前障碍物方向的距离信息，并将距离信息传递给主控电路板；主控电路板，用于处理距离信息和光学转镜的角度信息，发送控制脉冲控制转动装置转动；转动装置包括电机和光学转镜，光学转镜用于激光的反射和接收，电机用于带动光学转镜转动；上位机用于处理数据信息和显示当前扫描结果。激光测距设备发射的激光光束经过光学转镜反射后打到目标物上，经由目标障碍物反射后，激光回波被光学转镜反射回激光测距设备，时间极短，随着光学转镜的转动，可快速的扫描得到角度和距离信息，从而实现监控区域内的障碍物监测。

Description

二维激光雷达扫描测距监测系统
技术领域
本发明涉及雷达领域，具体涉及二维激光雷达扫描测距监测系统。
背景技术
激光雷达广泛应用于扫描监测目标障碍物尺寸及与其它物体之间的距离、以及目标障碍物的运行速度，例如铁路铁轨上障碍物尺寸，以及铁轨与障碍物之间的距离及相对速度。以目前市场上主流的扫描激光雷达为例，简要的介绍激光雷达的工作原理。扫描激光雷达包括一个激光发射器、一个激光接收器和一个云台。激光发射器发射一束激光脉冲，经过目标物体反射后，被激光接收器接收。激光接收器准确的测量光脉冲从激光发射到激光接收之间的时间。而光速是已知的，测量出来的激光传播时间可以转化为对激光传播的距离。而云台不停的旋转，可以实现不同方向上的距离测量，得到激光扫描截面上的距离和角度信息。然而，随着人们对安全性要求的提高，对二维激光雷达的扫描精确度和扫描速度有了更高的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中二维激光雷达的扫描准确度和扫描速度无法满足人们的需求，目的在于提供二维激光雷达扫描测距监测系统，通过转动装置，实现快速扫描，并极大地提高分辨率、低成本。
本发明通过下述技术方案实现：
包括激光测距设备、主控电路板、转动装置、上位机和摄像监视模块，所述激光测距设备用于测定当前障碍物方向的距离信息，并将距离信息传递给主控电路板，述激光测距设备包括：用于激光光束发射的激光发射模块、用于接收激光回波信号的激光接收模块和用于处理激光回波信号的激光电路模块，所述激光发射模块和激光接收模块被封装成一体化的模块，激光发射光束和激光回波经同一光窗发射和接收，激光电路模块与激光发射模块和激光接收模块相连接；主控电路板，用于处理距离信息和光学转镜的角度信息，发送控制脉冲控制转动装置转动；转动装置包括电机和光学转镜，所述光学转镜用于激光的反射和接收，电机用于带动光学转镜转动；上位机接收主控电路模块发送的距离和角度信息，经处理后显示当前的扫描图，上位机通过通讯端口与主控电路板连接；摄像监视模块用于辅助雷达扫描进行监测当前方向障碍物的形状大小和距离；光学转镜与电机水平方向上平行放置，电机位于光学转镜下方，光学转镜与激光测距设备位于一条水平线上，电机带动旋转轮转动，旋转轮通过皮带轮连接光学转镜并带动光学转镜旋转。优选地，二维激光雷达测距装置还包括归零开关，所述归零开关用于初始化二维激光雷达的扫描角度，并将扫描的起始角度传递给主控电路板。
优选地，所述激光发射模块发射的激光光束包括红外激光光束，光束发散角为小于3mrad。
优选地，所述激光测距设备的测距速度最低为10KHz。
优选地，所述电机为直流无刷伺服电机。
优选地，所述通讯端口为RS422或RS232或Ethernet中的一种。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明二维激光雷达扫描测距监测系统，激光测距设备发射的激光光束经过光学转镜反射后，会打到目标物上，经由目标障碍物反射后，激光回波被光学转镜反射回激光接收模块，这个时间极短，随着光学转镜的转动，可以快速的扫描得到角度和距离信息，从而实现监控区域内的障碍物监测；
2、本发明二维激光雷达扫描测距监测系统，该监测具有极大的范围，且可以精确的反应目标障碍物的尺寸及其运动速度；
3、本发明二维激光雷达扫描测距监测系统，能够有效的利用空间，使雷达装置的集成度更高，同时将电机和转镜放置在同一个安装板上，使中心降低，只需要让激光测距设备与光学转镜处于同一中心上，使集成更方便。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明二维激光雷达测距系统结构示意图；
图2为本发明二维激光雷达测距装置结构示意图；
图3为本发明二维激光雷达测距装置结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：1-激光测距设备，101-激光发射口，102-底座，103-安装板，2-主控电路板，3-转动装置，301-电机，302-光学转镜，303-旋转轮，4-归零开关，5-通讯端口，6-上位机，7-障碍物，8-摄像监视模块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1所示，本发明实施提供了一种二维激光雷达装置，包括激光测距设备1、主控电路板2、转动装置3、上位机6和摄像监视模块8。激光测距设备1用于测定当前障碍物7方向的距离信息，并将距离信息传递给主控电路板2，述激光测距设备1包括：用于激光光束发射的激光发射模块、用于接收激光回波信号的激光接收模块和用于处理激光回波信号的激光电路模块，激光电路模块与激光发射模块和激光接收模块相连接；主控电路板2，用于处理距离信息和光学转镜的角度信息，发送控制脉冲控制转动装置3转动；转动装置3包括电机和光学转镜，光学转镜用于激光的反射和接收，电机为直流无刷伺服电机，用于带动光学转镜转动；上位机6接收主控电路模块2发送的距离和角度信息，经处理后显示当前的扫描图，上位机6通过通讯端口5与主控电路板2连接；摄像监视模块8用于辅助雷达扫描进行监测当前方向障碍物7的形状大小和距离；；还包括归零开关4，归零开关4用于初始化二维激光雷达的扫描角度，并将扫描的起始角度传递给主控电路板2。主控电路板2与归零开关4、激光测距设备1以及转动装置3连接。
激光发射模块发射的激光光束包括红外激光光束，光束发散角为2mrad。激光测距设备1的测距速度为20KHz。通讯端口5为RS422。转动装置3中电机带动光学转镜以一定的速度匀速转动，在二维截面上进行实时扫描测距。主控电路板2输出脉冲信号驱动电机匀速转动，同时记录当前电机转动角度与接收当前角度激光测距的距离信息。上位机6通过通讯端口接收来自主控电路板2的距离和角度信息，经处理后显示当前的扫描图。
如图2和图3所示，包括底座102和安装板103，安装板103垂直设置于底座102上，光学转镜302与电机301相对于底座102平行安装于安装板103上，电机301位于光学转镜302的正下方，光学转镜302与激光测距设备1的激光发射口101位于一条水平线上，电机301带动旋转轮303转动，旋转轮303通过皮带轮连接光学转镜302并带动光学转镜302旋转。激光测距设备1发射激光光束到光学转镜302的反射面上，光学转镜302的反射面与出射激光成45°夹角，垂直出射的激光经光学转镜302的反射面后平行出射，当光束照射到障碍物7上之后，会发生反射，即为回波信号。回波信号再次经过光学转镜302，反射到激光测距设备1的接收光窗中，测得当前的距离信息。当光学转镜302在电机301的带动下匀速旋转时，激光测距设备1能测得各个方向上的距离信息，不同角度的距离信息按照一定的规则处理后，可以显示出当前的扫描障碍物的结果。
上述激光测距设备1可以采用已有的激光测距模块，脉冲式或相位式激光测距模块，激光测距设备的信号载波可选用可见光或红外光，如905nm载波，测距的频率可选择10KHz极其以上速率，在确定扫描频率的情况下，为提高分辨率，可选择更高测距频率的激光测距设备；光学转镜302可以采用镀银反射面，其反射率可选择95%以上；电机301为直流无刷伺服电机，可选参数为3000转/min，电机301可以配较高精度的编码器，提高角度的精度。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.二维激光雷达扫描测距监测系统，其特征在于，包括激光测距设备（1）、主控电路板（2）、转动装置（3）、上位机（6）和摄像监视模块（8），所述激光测距设备（1）用于测定当前障碍物（7）方向的距离信息，并将距离信息传递给主控电路板（2），述激光测距设备（1）包括：用于激光光束发射的激光发射模块、用于接收激光回波信号的激光接收模块和用于处理激光回波信号的激光电路模块，所述激光发射模块和激光接收模块被封装成一体化的模块，激光发射光束和激光回波经同一光窗发射和接收，激光电路模块与激光发射模块和激光接收模块相连接；主控电路板（2），用于处理距离信息和光学转镜的角度信息，发送控制脉冲控制转动装置（3）转动；转动装置（3）包括电机（301）和光学转镜（302），所述光学转镜用于激光的反射和接收，电机（301）用于带动光学转镜（302）转动；上位机（6）接收主控电路模块（2）发送的距离和角度信息，经处理后显示当前的扫描图，上位机（6）通过通讯端口（5）与主控电路板（2）连接；摄像监视模块（8）用于辅助雷达扫描进行监测当前方向障碍物（7）的形状大小和距离；光学转镜（302）与电机（301）水平方向上平行放置，电机（301）位于光学转镜（302）下方，光学转镜（302）与激光测距设备（1）位于一条水平线上，电机（301）带动旋转轮（303）转动，旋转轮（303）通过皮带轮连接光学转镜（302）并带动光学转镜（302）旋转。
2.根据权利要求1所述的二维激光雷达扫描测距监测系统及系统，其特征在于，还包括归零开关（4），所述归零开关（4）用于初始化二维激光雷达的扫描角度，并将扫描的起始角度传递给主控电路板（2）。
3.根据权利要求1所述的二维激光雷达扫描测距监测系统及系统，其特征在于，所述激光发射模块发射的激光光束包括红外激光光束，光束发散角为小于3mrad。
4.根据权利要求1所述的二维激光雷达扫描测距监测系统及系统，其特征在于，所述激光测距设备（1）的测距速度最低为10KHz。
5.根据权利要求1所述的二维激光雷达扫描测距监测系统及系统，其特征在于，所述电机为直流无刷伺服电机。
6.根据权利要求1所述的二维激光雷达扫描测距监测系统及系统，其特征在于，所述通讯端口（5）为RS422或RS232或Ethernet中的一种。
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