CN108614272A - 一种脉冲式激光测距电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种脉冲式激光测距电路，实现小体积、低成本和高测距精度的激光测距方案，其特征在于：包括有FPGA模块、驱动器、激光二极管、光电二极管、跨阻放大器、自动增益放大器、阈值比较器、时刻鉴别比较器以及逻辑“与”电路；所述FPGA模块的输出端连接所述驱动器的输入端，用于向所述驱动器发出具有纳秒级窄脉冲特性的START信号；所述驱动器的输出端连接于所述激光二极管的触发端，以触发窄脉冲激光束的发射；所述光电二极管与FPGA模块的输入端之间依次设有所述跨阻放大器、自动增益放大器和逻辑“与”电路，所述自动增益放器的输出分成两路，分别经由所述阈值比较器、时刻鉴别比较器后输出至所述逻辑“与”电路。
Description
技术领域
本发明属于激光测距技术领域，具体涉及一种脉冲式激光测距电路。
背景技术
脉冲式激光测距因其测程远、测速快、隐蔽性和安全性强的特点而在激光测距领域有着十分重要的地位，常用的脉冲式激光测距电路（见附图1）通常包括：控制器、发射驱动电路、激光二极管、光电二极管、接收电路和高精度时间间隔测量电路。在进行测距操作时，控制器发出一个START信号给发射驱动电路使其触发激光二极管发射窄脉冲激光束，与此同时将START信号送至高精度时间间隔测量单元并以此作为计时开始的信号。激光从发射单元发出后照射到目标物上并经过漫反射返回，接收电路的光电检测器接收到回波的微弱脉冲，并将该微弱信号送入回波处理电路中放大并且整形，随后由时刻鉴别电路产生一个STOP信号送至高精度时间间隔测量单元并以此作为计时终点时刻，由此得到激光在待测距离上的往返时间，由此便可由处理控制单元计算出目标物与测量点之间的距离。
然而，目前常用的脉冲式激光测距系统不仅电路结构复杂、体积庞大，而且其实现成本普遍较高，不利于其进一步广泛应用并服务于人们的日常生活，因此有必要对其进行创新和改善。
发明内容
为克服现有技术中存在的问题，本发明提出了一种脉冲式激光测距电路，实现小体积、低成本和高测距精度的激光测距方案，其具体技术内容如下：包括有FPGA模块、驱动器、激光二极管、光电二极管、跨阻放大器、自动增益放大器、阈值比较器、时刻鉴别比较器以及逻辑“与”电路；所述FPGA模块的输出端连接所述驱动器的输入端，用于向所述驱动器发出具有纳秒级窄脉冲特性的START信号；所述驱动器的输出端连接于所述激光二极管的触发端，以触发窄脉冲激光束的发射；所述光电二极管与FPGA模块的输入端之间依次设有所述跨阻放大器、自动增益放大器和逻辑“与”电路，所述自动增益放器的输出分成两路，分别经由所述阈值比较器、时刻鉴别比较器后输出至所述逻辑“与”电路。
本发明的有益效果是：通过采用低成本的国产PGT180H FPGA实现控制器和计时器一体化从而简化了数字电路部分的结构并降低了电路的成本；通过采用低成本、大电流的驱动器UCC27517和低成本的升压芯片MT3608实现了对激光发射电路的成本优化和体积优化；通过采用自动增益控制放大器AD8367及与其相连接的跨阻放大器、高速比较器，使回波处理电路达到了小体积、低成本和高精度的效果，具有较佳的技术性和实用性。
附图说明
图1为现有脉冲式激光测距电路的原理图。
图2为本发明的脉冲式激光测距电路的原理图。
图3为本发明的脉冲式激光测距电路的18V电压发生电路图。
图4为本发明的脉冲式激光测距电路的激光发射部分的电路图。
图5为本发明的脉冲式激光测距电路的自动增益控制放大器接线图。
具体实施方式
如下结合附图2-5，对本申请方案作进一步描述：
一种脉冲式激光测距电路，其特征在于：包括有FPGA模块、驱动器、激光二极管、光电二极管、跨阻放大器、自动增益放大器、阈值比较器、时刻鉴别比较器以及逻辑“与”电路；所述FPGA模块的输出端连接所述驱动器的输入端，用于向所述驱动器发出具有纳秒级窄脉冲特性的START信号；所述驱动器的输出端连接于所述激光二极管的触发端，以触发窄脉冲激光束的发射；所述光电二极管与FPGA模块的输入端之间依次设有所述跨阻放大器、自动增益放大器和逻辑“与”电路，所述自动增益放器的输出分成两路，分别经由所述阈值比较器、时刻鉴别比较器后输出至所述逻辑“与”电路。
具体的，所述FPGA模块包括型号为PGT180H的FPGA集成芯片，所述FPGA集成芯片基于进位链实现的TDC，使得所述FPGA模块兼具有控制器和计时器功能。所述驱动器型号为UCC27517，具有4安峰值拉电流和4安的峰值灌电流进行对称驱动。所述自动增益放大器型号为AD8367。
所述驱动器和激光二极管分别由18V电压发生电路提供电压，所述18V电压发生电路包括型号为MT3608的升压芯片、电容C1、C2和C3、功率电感L1、二极管D1、电阻R1和R2，所述功率电感L1和二极管D1串接于18V电压发生电路的输入端与输出端之间，且功率电感L1和二极管D1之间的连接点与所述升压芯片的SW端相连，所述电阻R1和R2串联接于18V电压发生电路的输出端形成分压取样结构，二者的连结点与所述升压芯征的FB端相连，所述电容C1接于18V电压发生电路的输入端，所述电容C2、C3分别接于18V电压发生电路的输出端。
本发明的工作原理：
当FPGA模块收到用户的“开始测距”指令时，其输出端发出一个脉冲宽度为纳秒级别、高电平为3.3V的START脉冲信号，与此同时FPGA集成芯片内部的计时器开始进行计时。当驱动器UCC27517接收到该START信号时，将该信号转化为一个脉冲宽度为纳秒级别、高电平为18V的驱动信号，并将该信号输送至激光二极管的触发端并触发激光二极管发射出一个脉冲宽度为纳秒级别的窄脉冲激光束。当窄脉冲激光束遇到被测物体并被发射回来时，光电二极管将该回波脉冲转化为电流信号并输送至跨阻放大器，再由跨阻放大器进一步转化为电压信号。自动增益放大器AD8367将该电压信号进一步放大并根据回波强度的大小适当地调整增益，以保证放大后的回波信号也尽可能处于线性区，这样便有利于进行较为准确的时刻鉴别。阈值比较器的作用是设定一定的信号阈值以防止噪声信号引起的误鉴别操作。时刻鉴别比较器的作用是对自动增益放大器输出的信号进行前沿时刻鉴别，以产生停止计时信号。当自动增益放大器输出的信号幅度大于阈值比较器的阈值时，与门电路将产生一个具有上升沿特性的STOP信号使FPGA集成芯片内部的计时器停止计时。由此FPGA集成芯片便可根据计时结果来计算出一次脉冲激光测距所得到的距离数据。
上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明，凡与本申请方案雷同、近似或以此为基础作出的技术推演、替换、改进等，均应视为本专利的保护范围。
Claims (5)
1.一种脉冲式激光测距电路，其特征在于：包括有FPGA模块、驱动器、激光二极管、光电二极管、跨阻放大器、自动增益放大器、阈值比较器、时刻鉴别比较器以及逻辑“与”电路；所述FPGA模块的输出端连接所述驱动器的输入端，用于向所述驱动器发出具有纳秒级窄脉冲特性的START信号；所述驱动器的输出端连接于所述激光二极管的触发端，以触发窄脉冲激光束的发射；所述光电二极管与FPGA模块的输入端之间依次设有所述跨阻放大器、自动增益放大器和逻辑“与”电路，所述自动增益放大器的输出分成两路，分别经由所述阈值比较器、时刻鉴别比较器后输出至所述逻辑“与”电路。
2.根据权利要求1所述的脉冲式激光测距电路，其特征在于：所述FPGA模块包括型号为PGT180H的FPGA集成芯片，所述FPGA集成芯片基于进位链实现的TDC，使得所述FPGA模块兼具有控制器和计时器功能。
3.根据权利要求1所述的脉冲式激光测距电路，其特征在于：所述驱动器型号为UCC27517，具有4安峰值拉电流和4安的峰值灌电流进行对称驱动。
4.根据权利要求1所述的脉冲式激光测距电路，其特征在于：所述自动增益放大器型号为AD8367。
5.根据权利要求1至4任一项所述的脉冲式激光测距电路，其特征在于：所述驱动器和激光二极管分别由18V电压发生电路提供电压，所述18V电压发生电路包括型号为MT3608的升压芯片、电容C1、C2和C3、功率电感L1、二极管D1、电阻R1和R2，所述功率电感L1和二极管D1串接于18V电压发生电路的输入端与输出端之间，且功率电感L1和二极管D1之间的连接点与所述升压芯片的SW端相连，所述电阻R1和R2串联接于18V电压发生电路的输出端形成分压取样结构，二者的连结点与所述升压芯片的FB端相连，所述电容C1接于18V电压发生电路的输入端，所述电容C2、C3分别接于18V电压发生电路的输出端。
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