CN108008413A - 一种多方位分布式光电测距避障系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多方位分布式光电测距避障系统及方法，包括TOF主控电路板和多个测距模块；所述TOF主控电路板安装在移动平台上，多个所述测距模块分布安装在所述移动平台上的不同方位，所述TOF主控电路板分别与多个所述测距模块连接；每个所述测距模块包括发射管、发射透镜、接收管和接收透镜；所述TOF主控电路板按一定时序控制切换不同方位的所述测距模块工作，各个方位的所述测距模块完成各自方位的测距，所述TOF主控电路板综合所述各自方位的测距，处理运算获得全方位无死角距离测试，得到障碍物距离、方位及尺寸信息。
Description
技术领域
本发明涉及光电传感器领域，具体涉及一种多方位分布式光电测距避障系统及方法。
背景技术
目前市场上的基于TOF测距芯片的产品大都是单发射单接收，测距功能单一。随着科技的发展，对测距产品的个性化定制需求也日益增强，这就要求TOF光电测距传感器具有更强大，更多样化的功能。
一般的TOF光电测距传感器是采用TOF测距处理器，搭配一个发射管和一个接收管进行单点测距。
而目前的广角度测距方案，一般为多个发射管搭配一个接收管。激光雷达则需要进行360°旋转进行多方位测距。
单发射单接收的测距传感器功能单一，盲区大，只能实现一个方向的单点测距；可扩展性差，需要多方位测距时，需要安装多个传感器，成本高，且当多个传感器并联使用时，因相互间存在同步而产生干扰，使传感器失效。
多发射单接收的传感器只能实现单方位的广角度测距，不能对多方位进行测距避障。
激光扫描雷达需要进行360°旋转，才能进行多方位测量，工艺成本高且设计算法复杂，计算量大。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种多方位分布式光电测距避障系统及方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种多方位分布式光电测距避障系统，包括TOF主控电路板和多个测距模块；所述TOF主控电路板安装在移动平台上，多个所述测距模块分布安装在所述移动平台上的不同方位，所述TOF主控电路板分别与多个所述测距模块连接；每个所述测距模块包括发射管、发射透镜、接收管和接收透镜；所述TOF主控电路板按一定时序控制切换不同方位的所述测距模块工作，各个方位的所述测距模块完成各自方位的测距，所述TOF主控电路板综合所述各自方位的测距，处理运算获得全方位无死角距离测试，得到障碍物距离、方位及尺寸信息。
进一步的，所述移动平台的横截面和/或纵截面周圈分布安装多个所述测距模块。
进一步的，所述TOF主控电路板包括TOF测距芯片、多路发射驱动器件和MCU。
进一步的，所述发射驱动器件包括三极管、场效应管、继电器和晶体管中的任意一种。
进一步的，所述TOF测距芯片的发射信号端分别与每路所述三极管的基极连接，多路所述三极管的基极与所述MCU的多个IO口依次一一对应连接，多路所述三极管的集电极与多路所述测距模块的发射管依次一一对应连接，多路所述接收管与所述TOF测距芯片连接。
进一步的，所述TOF主控电路板分别与多个所述测距模块通过有线或无线连接。
进一步的，所述移动平台包括无人机、机器人和AGV小车。
一种多方位分布式光电测距避障方法,所述MCU按一定时序控制多个所述发射驱动器件的通断来切换不同方位的所述测距模块工作，各个方位的所述测距模块完成各自方位的测距，所述MCU综合所述各自方位的测距，处理运算完成全方位无死角距离测试，得到障碍物距离、方位及尺寸信息。
进一步的，每个方位的所述测距模块测试过程，包括以下步骤：
S1、所述TOF测距芯片提供高频发射信号作为所述发射驱动器件的驱动信号；
S2、所述发射驱动器件在所述驱动信号作用下使所述发射管导通，所述发射管向所述发射透镜发射光信号；
S3、所述光信号经所述发射透镜发射后经被测目标物反射；
S4、反射后的光信号经所述接收透镜接收后光信号聚集；
S5、聚集后的光信号经所述接收管接收后转化为电信号；
S6、所述电信号传递给所述TOF测距芯片，所述TOF测距芯片获得接收信号并计算所述高频发射信号与所述接收信号的相位差，从而计算本方位所述被测目标物距离。
相比现有技术,本发明具有如下有益效果：
1、一个TOF主控电路板，搭配多个测距模块，分布式多方位安装，实现全方位无死角的测距，可根据具体应用情况，调整测距模块分布形式，可扩展性强。
2、TOF主控电路板按一定时序控制切换不同方位的测距模块工作，采用分时复用的方法，有效避免了各发射管间的干扰问题。
3、相比单点测距传感器，有效解决了盲区问题，增强了可扩展性。
4、相比多传感器组合安装使用的方法，本发明使用便捷，只扩展了测距模块，成本更低。
5、相比激光雷达，本方案无需旋转，工艺设计简单，运算量小。
附图说明
图1为本发明一种多方位分布式光电测距避障系统示意图；
图2为移动平台纵截面周圈分布安装多个测距模块示意图；
图3为移动平台横截面周圈分布安装多个测距模块示意图；
图4为本发明一种多方位分布式光电测距避障系统工作原理示意图；
图5为本发明一种多方位分布式光电测距避障系统电路原理图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明的技术方案为依据开展，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。
一种多方位分布式光电测距避障系统，如图1所示，包括TOF主控电路板和多个测距模块2；TOF主控电路板安装在移动平台上，多个测距模块2分布安装在移动平台上的不同方位，TOF主控电路板分别与多个测距模块2通过有线或无线方式连接。
移动平台作为移动载体，载整套测试系统移动测试，移动平台包括无人机、机器人和AGV小车等移动设备。
如图2和图3所示，在移动平台1的横截面和/或纵截面周圈分布安装多个测距模块2，形成全方位覆盖式分布。测距模块2的分布形式根据实际测试需求可增减，或调整测距模块2分布位置，如三角形、四边形或八边形等分布形式。
如图4所示，MCU按一定时序控制切换多个测距模块工作，各个方位的测距模块完成各自方位的测距，MCU综合各自方位的测距，处理运算完成全方位无死角距离测试，得到障碍物距离、方位及尺寸信息。
如图5所示，TOF测距芯片的发射信号端分别与每路三极管的基极连接，多路三极管的基极与MCU的多个IO口依次一一对应连接，多路三极管的集电极与多路测距模块的发射管依次一一对应连接，多路接收管与TOF测距芯片连接。
通过MCU控制IO口电平，来实现发射模块中的发射管切换通道驱动分时依次导通，避免发射管之间相互干扰。由TOF测距处理芯片提供高频发射信号作为三极管基极驱动信号，相应接收管接收到信号后由测距芯片进行处理分析。MCU的IO口引脚为低电平时，三极管不导通，发射管关闭；处理器引脚为浮空状态时，三极管由TOF测距芯片发射信号驱动，发射管点亮。
发射管包括红外发射二极管，红光发射二极管，红外激光二极管，红色激光二极管中的任意一种。
发射管可使用多种驱动方式，实现同样测距功能，三极管驱动，场效应管驱动，用于对发射管的发光幅值做调节的器件。
使用不同方法控制切换发射管通道，包括处理器引脚电平控制，晶体管，模拟开关控制、继电器等，实现同样的切换通道的功能。
接收管包括光电二极管，电荷耦合元件，雪崩光电二极管中的任意一种。
由于每路发射管线路的底噪会存在差异，对每路发射分别进行单独校准，在测距时，根据不同的发射电路，切换相应的校准数据。
以上实施例为本申请的优选实施例，本领域的普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本申请总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本申请要求保护的范围之内。
Claims (9)
1.一种多方位分布式光电测距避障系统，其特征在于：包括TOF主控电路板和多个测距模块；所述TOF主控电路板安装在移动平台上，多个所述测距模块分布安装在所述移动平台上的不同方位，所述TOF主控电路板分别与多个所述测距模块连接；每个所述测距模块包括发射管、发射透镜、接收管和接收透镜；所述TOF主控电路板按一定时序控制切换不同方位的所述测距模块工作，各个方位的所述测距模块完成各自方位的测距，所述TOF主控电路板综合所述各自方位的测距，处理运算获得全方位无死角距离测试，得到障碍物距离、方位及尺寸信息。
2.根据权利要求1所述的一种多方位分布式光电测距避障系统，其特征在于，所述移动平台的横截面和/或纵截面周圈分布安装多个所述测距模块。
3.根据权利要求1所述的一种多方位分布式光电测距避障系统，其特征在于，所述TOF主控电路板包括TOF测距芯片、多路发射驱动器件和MCU。
4.根据权利要求3所述的一种多方位分布式光电测距避障系统，其特征在于，所述发射驱动器件包括三极管、场效应管、继电器和晶体管中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的一种多方位分布式光电测距避障系统，其特征在于，所述TOF测距芯片的发射信号端分别与每路所述三极管的基极连接，多路所述三极管的基极与所述MCU的多个IO口依次一一对应连接，多路所述三极管的集电极与多路所述测距模块的发射管依次一一对应连接，多路所述接收管与所述TOF测距芯片连接。
6.根据权利要求1所述的一种多方位分布式光电测距避障系统，其特征在于，所述TOF主控电路板分别与多个所述测距模块通过有线或无线连接。
7.根据权利要求1所述的一种多方位分布式光电测距避障系统，其特征在于，所述移动平台包括无人机、机器人和AGV小车中的任意一种。
8.一种基于权利要求3所述的一种多方位分布式光电测距避障系统的多方位分布式光电测距避障方法,其特征在于，
所述MCU按一定时序控制多个所述发射驱动器件的通断来切换不同方位的所述测距模块工作，各个方位的所述测距模块完成各自方位的测距，所述MCU综合所述各自方位的测距，处理运算完成全方位无死角距离测试，得到障碍物距离、方位及尺寸信息。
9.根据权利要求8所述的一种多方位分布式光电测距避障方法，其特征在于，每个方位的所述测距模块测试过程，包括以下步骤：
S1、所述TOF测距芯片提供高频发射信号作为所述发射驱动器件的驱动信号；
S2、所述发射驱动器件在所述驱动信号作用下使所述发射管导通，所述发射管向所述发射透镜发射光信号；
S3、所述光信号经所述发射透镜发射后经被测目标物反射；
S4、反射后的光信号经所述接收透镜接收后光信号聚集；
S5、聚集后的光信号经所述接收管接收后转化为电信号；
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