CN108896966B - 发射控制时序产生电路及二维激光雷达 - Google Patents

发射控制时序产生电路及二维激光雷达 Download PDF

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Abstract

本发明提供了发射控制时序产生电路及二维激光雷达，涉及激光技术领域，通过：编码器模块采集角度脉冲信号和圈脉冲信号；第一控制信号生成模块根据圈脉冲信号对角度脉冲信号进行计数，生成符合激光雷达扫描区域要求的第一控制信号；第二控制信号生成模块通过微分电路和第一逻辑电路对角度脉冲信号进行处理，在每个角度脉冲信号的上升沿和下降沿位置生成第二控制信号；第二逻辑电路对第一控制信号和第二控制信号进行处理，生成发射控制时序信号。本发明通过采用发射控制时序产生电路，可以缩短编码器与发射器之间信号的时间延迟，从而提高激光雷达的扫描速率和角度分辨率的精度，同时也减少角度脉冲信号对单片机资源的占用率。

Description

发射控制时序产生电路及二维激光雷达
技术领域
本发明涉及激光技术领域，尤其是涉及发射控制时序产生电路及二维激光雷达。
背景技术
随着激光雷达技术的发展，激光雷达正在广泛的被应用于环境建模、轮廓测量等领域，对激光雷达的距离精度、角度精度、角度分辨率以及扫描频率要求也越来越高。一般来说激光雷达发射器控制时序采用单片机采集编码器角度位置信号，并以此作为沿中断触发，利用单片机定时器或延时产生脉宽符合要求的控制脉冲。
但是现有方法要考虑单片机中断响应时间及其非固定性，此中断响应时间造成了控制信号和编码器输出信号的延时。中断响应时间的非固定性会造成激光雷达角度精度误差。编码器角度位置信号进入单片机并产生中断，会大大占用单片机的资源。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供发射控制时序产生电路及二维激光雷达，以缓解现有技术中单片机中断响应时间会造成信号延时和单片机资源占用的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种发射控制时序产生电路，其中，包括：
编码器模块，用于采集电机旋转过程中码盘位置，生成角度脉冲信号和圈脉冲信号；
第一控制信号生成模块，与所述信号采用模块相连，用于根据所述圈脉冲信号对所述角度脉冲信号进行计数，生成符合激光雷达扫描区域要求的第一控制信号；
第二控制信号生成模块，与所述信号采用模块相连，用于通过微分电路和第一逻辑电路对所述角度脉冲信号进行处理，在每个所述角度脉冲信号的上升沿和下降沿位置生成第二控制信号；
第二逻辑电路，分别与所述第一控制信号生成模块和所述第二控制信号生成模块相连，用于对所述第一控制信号和所述第二控制信号进行处理，生成发射控制时序信号。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述第一逻辑电路包括：
角度脉冲信号输入端分别与电容C5和电容C6的一端相连，电容C5的另一端分别与电阻R11、电阻R12的一端和芯片U4的引脚1相连，电阻R11的另一端外接电压信号，电阻R12的另一端接地，电容C6的另一端分别与电阻R13、电阻R14的一端和芯片U3的引脚2相连，电阻R13的另一端外接电压信号，电阻R14的另一端接地，芯片U3的引脚4与芯片U4的引脚2相连，芯片U4的引脚4与所述微分电路相连并输出所述第二控制信号。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述微分电路包括：
芯片U7的引脚4与所述芯片U4的引脚4相连并输出所述第二控制信号，芯片U7的引脚1通过电容C7和电阻R15分别与引脚3和引脚5相连并接电压信号，芯片U7的引脚2与电容C7和电阻R15之间的连接点相连。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述第二逻辑电路包括：
芯片U5的引脚1和引脚2分别输入所述第一控制信号和所述第二控制信号，芯片U5的引脚1还通过电阻R16与引脚5相连并接电压信号，芯片U5的引脚3接地，芯片U5的引脚4输出所述发射控制时序信号。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述编码器模块采用增量式编码器；
所述增量式编码器，用于当电机带动码盘同轴旋转时，在码盘的圈刻度上生成所述圈脉冲信号，以及在码盘的角度刻度上生成所述角度脉冲信号。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述第一控制信号生成模块，还用于采集所述编码器的初始位置，并将所述初始位置作为起始点对所述角度脉冲信号进行计数，生成符合激光雷达扫描区域要求的所述第一控制信号。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述第二控制信号为脉宽为6us的脉冲信号。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，还包括与所述第二逻辑电路相连的窄脉冲生成电路；
所述窄脉冲生成电路，用于对所述发射控制时序信号进行处理后向发射管发出发射控制信号。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述第一逻辑电路和/或所述第二逻辑电路采用FPGA芯片。
第二方面，本发明实施例还提供一种二维激光雷达，其中，包括如上任一项所述发射控制时序产生电路。
本发明实施例带来了以下有益效果：本发明提供的发射控制时序产生电路及二维激光雷达，包括：编码器模块采集电机旋转过程中码盘位置，生成角度脉冲信号和圈脉冲信号；第一控制信号生成模块根据圈脉冲信号对角度脉冲信号进行计数，生成符合激光雷达扫描区域要求的第一控制信号；第二控制信号生成模块通过微分电路和第一逻辑电路对角度脉冲信号进行处理，在每个角度脉冲信号的上升沿和下降沿位置生成第二控制信号；第二逻辑电路对第一控制信号和第二控制信号进行处理，生成发射控制时序信号。本发明通过采用发射控制时序产生电路，可以缩短编码器与发射器之间信号的时间延迟，从而提高激光雷达的扫描速率和角度分辨率的精度，同时也减少角度脉冲信号对单片机资源的占用率。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的发射控制时序产生电路结构图；
图2为本发明实施例提供的第二控制信号生成模块的电路图；
图3为本发明实施例提供的第二逻辑电路图。
图标：
100-编码器模块；210-第一控制信号生成模块；220-第二控制信号生成模块；300-第二逻辑电路；400-窄脉冲生成电路。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一般来说激光雷达发射器控制时序采用单片机采集编码器角度位置信号，并以此作为沿中断触发，利用单片机定时器或延时产生脉宽符合要求的控制脉冲。但是现有方法要考虑单片机中断响应时间及其非固定性，此中断响应时间造成了控制信号和编码器输出信号的延时。中断响应时间的非固定性会造成激光雷达角度精度误差。编码器角度位置信号进入单片机并产生中断，会大大占用单片机的资源。
基于此，本发明实施例提供的发射控制时序产生电路及二维激光雷达，通过采用发射控制时序产生电路，可以缩短编码器与发射器之间信号的时间延迟，从而提高激光雷达的扫描速率和角度分辨率的精度，同时也减少角度脉冲信号对单片机资源的占用率。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的发射控制时序产生电路进行详细介绍。
实施例：
图1为本发明实施例提供的发射控制时序产生电路结构图。
参照图1，发射控制时序产生电路包括如下内容：
编码器模块100，与电机相连，用于采集电机旋转过程中码盘位置，生成角度脉冲信号和圈脉冲信号。
具体的，电机采用直流无刷电机，电机上同轴安装着增量式码盘。编码器模块100采用增量式编码器，当电机带动增量式码盘同轴旋转时，增量式编码器在码盘的圈刻度上生成圈脉冲信号，以及在角度刻度上生成角度脉冲信号。
第一控制信号生成模块210，与信号采用模块相连，用于根据圈脉冲信号对角度脉冲信号进行计数，生成符合激光雷达扫描区域要求的第一控制信号。
另外，在其它的实现方式中，第一控制信号生成模块210还用于采集编码器的初始位置，并将初始位置作为起始点对角度脉冲信号进行计数，生成符合激光雷达扫描区域要求的第一控制信号。
具体的，第一控制信号生成模块210通过单片机采集编码器模块100的初始位置或圈脉冲信号以及角度脉冲信号，并以初始位置或圈脉冲信号作为每个扫描周期的计数起点，开始对角度脉冲信号进行计数，在输出引脚上产生一个高电平，计数528个沿信号将输出引脚上的高电平拉低，并等待下一个圈脉冲信号的到达，进而生成符合激光雷达扫描区域要求的第一控制信号。
第二控制信号生成模块220，与信号采用模块相连，用于通过微分电路和第一逻辑电路对角度脉冲信号进行处理，在每个角度脉冲信号的上升沿和下降沿位置生成第二控制信号；这里的第二控制信号为脉宽为6us的激光器控制信号。
第二逻辑电路300，分别与第一控制信号生成模块210和第二控制信号生成模块220相连，用于对第一控制信号和第二控制信号进行处理，生成发射控制时序信号。其中，发射控制时序信号为190°范围的脉宽为6us的脉冲信号。
窄脉冲生成电路400，与第二逻辑电路300相连，用于对发射控制时序信号进行处理后向发射管发出发射控制信号。
参照图2，第二控制信号生成模块220包括第一逻辑电路和微分电路。
第一逻辑电路包括：角度脉冲信号输入端分别与电容C5和电容C6的一端相连，电容C5的另一端分别与电阻R11、电阻R12的一端和芯片U4的引脚1相连，电阻R11的另一端外接3.3V电压信号，电阻R12的另一端接地，电容C6的另一端分别与电阻R13、电阻R14的一端和芯片U3的引脚2相连，电阻R13的另一端外接3.3V电压信号，电阻R14的另一端接地，芯片U3的引脚4与芯片U4的引脚2相连，芯片U4的引脚4与微分电路相连并输出第二控制信号，芯片U3的引脚3接地，芯片U3的引脚5接3.3V电压信号，芯片U4的引脚3接地，芯片U4的引脚5接3.3V电压信号。
微分电路包括：芯片U7的引脚4与芯片U4的引脚4相连并输出第二控制信号，芯片U7的引脚1通过电容C7和电阻R15分别与引脚3和引脚5相连并接3.3V电压信号，芯片U7的引脚2与电容C7和电阻R15之间的连接点相连。
参照图3，第二逻辑电路300包括：
芯片U5的引脚1和引脚2分别输入第一控制信号和第二控制信号，芯片U5的引脚1还通过电阻R16与引脚5相连并接电压信号，芯片U5的引脚3接地，芯片U5的引脚4输出发射控制时序信号。
另外，在其它的实现方式中，第一逻辑电路和/或第二逻辑电路300中的芯片(包括U3、U4、U5、U7)可以替换为FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片。
在另一种实现方式中，还提供一种二维激光雷达，该二维激光雷达包括上述的发射控制时序产生电路。
本发明实施例带来了以下有益效果：本发明提供的发射控制时序产生电路及二维激光雷达，包括：编码器模块采集电机旋转过程中码盘位置，生成角度脉冲信号和圈脉冲信号；第一控制信号生成模块根据圈脉冲信号对角度脉冲信号进行计数，生成符合激光雷达扫描区域要求的第一控制信号；第二控制信号生成模块通过微分电路和第一逻辑电路对角度脉冲信号进行处理，在每个角度脉冲信号的上升沿和下降沿位置生成第二控制信号；第二逻辑电路对第一控制信号和第二控制信号进行处理，生成发射控制时序信号。本发明通过采用发射控制时序产生电路，可以缩短编码器与发射器之间信号的时间延迟，从而提高激光雷达的扫描速率和角度分辨率的精度，同时也减少角度脉冲信号对单片机资源的占用率。
在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种发射控制时序产生电路，其特征在于，包括：
编码器模块，用于采集电机旋转过程中码盘位置，生成角度脉冲信号和圈脉冲信号；
第一控制信号生成模块，与所述编码器模块相连，用于根据所述圈脉冲信号对所述角度脉冲信号进行计数，生成符合激光雷达扫描区域要求的第一控制信号；
第二控制信号生成模块，与所述编码器模块相连，用于通过微分电路和第一逻辑电路对所述角度脉冲信号进行处理，在每个所述角度脉冲信号的上升沿和下降沿位置生成第二控制信号；
第二逻辑电路，分别与所述第一控制信号生成模块和所述第二控制信号生成模块相连，用于对所述第一控制信号和所述第二控制信号进行处理，生成发射控制时序信号；
所述第一逻辑电路包括：
角度脉冲信号输入端分别与电容C5和电容C6的一端相连，电容C5的另一端分别与电阻R11、电阻R12的一端和芯片U4的引脚1相连，电阻R11的另一端外接电压信号，电阻R12的另一端接地，电容C6的另一端分别与电阻R13、电阻R14的一端和芯片U3的引脚2相连，电阻R13的另一端外接电压信号，电阻R14的另一端接地，芯片U3的引脚4与芯片U4的引脚2相连，芯片U4的引脚4与所述微分电路相连并输出所述第二控制信号；
所述芯片U3为德州仪器SN74AHC1GU04芯片；所述芯片U4为德州仪器SN74AHC1G32芯片。
2.根据权利要求1所述的发射控制时序产生电路，其特征在于，所述微分电路包括：
芯片U7的引脚12与所述芯片U4的引脚4相连并输出所述第二控制信号，芯片U7的引脚15通过电容C7和电阻R15分别与引脚11和引脚13相连并接电压信号，芯片U7的引脚14与电容C7和电阻R15之间的连接点相连；
所述芯片U7为德州仪器74HC4538芯片。
3.根据权利要求1所述的发射控制时序产生电路，其特征在于，所述第二逻辑电路包括：
芯片U5的引脚1和引脚2分别输入所述第一控制信号和所述第二控制信号，芯片U5的引脚1还通过电阻R16与引脚5相连并接电压信号，芯片U5的引脚3接地，芯片U5的引脚4输出所述发射控制时序信号；
所述芯片U5为东芝TC7S08F芯片。
4.根据权利要求1所述的发射控制时序产生电路，其特征在于，所述编码器模块采用增量式编码器；
所述增量式编码器，用于当电机带动码盘同轴旋转时，在码盘的圈刻度上生成所述圈脉冲信号，以及在码盘的角度刻度上生成所述角度脉冲信号。
5.根据权利要求1所述的发射控制时序产生电路，其特征在于，所述第一控制信号生成模块，还用于采集所述编码器的初始位置，并将所述初始位置作为起始点对所述角度脉冲信号进行计数，生成符合激光雷达扫描区域要求的所述第一控制信号。
6.根据权利要求1所述的发射控制时序产生电路，其特征在于，所述第二控制信号为脉宽为6us的脉冲信号。
7.根据权利要求1所述的发射控制时序产生电路，其特征在于，还包括与所述第二逻辑电路相连的窄脉冲生成电路；
所述窄脉冲生成电路，用于对所述发射控制时序信号进行处理后向发射管发出发射控制信号。
8.根据权利要求1所述的发射控制时序产生电路，其特征在于，所述第一逻辑电路和/或所述第二逻辑电路采用FPGA芯片。
9.一种二维激光雷达，其特征在于，包括如权利要求1~8任一项所述发射控制时序产生电路。
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