CN108917608A - 二维激光扫描仪及场景扫描系统及其工作方法 - Google Patents

二维激光扫描仪及场景扫描系统及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种二维激光扫描仪及场景扫描系统及其工作方法，本二维激光扫描仪包括：主控模块，以及与主控模块电性连接的角度测量电路、测距电路和转动机构；扫描时，通过角度测量电路对转动角度进行测量，以及通过测距电路对该转动角度方向进行测距，得出障碍物的测距值和方位值；本二维激光扫描仪通过角度测量电路、测距电路和转动机构能够实现自动的对场景的扫描，得出障碍物的测距值和方位值；同时能够将得到数据上传。

Description

二维激光扫描仪及场景扫描系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及扫描仪领域，具体而言，涉及一种二维激光扫描仪。
背景技术
激光扫描器是一种光学距离传感器，用于危险区域的灵活防护，通过出入控制，实现访问保护等。它扫描方式有单线扫描、光栅式扫描和全角度扫描三种方式。但是都是需要手动的去扫描，耗费人工成本，而且可能存在扫描不到的问题，因此需要设计出一种二维激光扫描仪和场景扫描系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种二维激光扫描仪及场景扫描系统及其工作方法，以实现对场景进行自动扫描，获得场景内障碍物的测距值和方位值。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种二维激光扫描仪，包括：
主控模块，以及与处理器模块电性连接的角度测量电路、测距电路和转动机构；
扫描时，所述主控模块通过转动机构控制二维激光扫描仪转动，并通过角度测量电路对转动角度进行测量，以及通过测距电路对该转动角度方向进行测距，且根据测距值判断障碍物，并得出障碍物的测距值和方位值。
进一步，所述测距电路包括激光测距传感器，第一、第二信号调理电路，以及测距处理器模块；其中
所述激光测距传感器适于将测距信号发送至所述第一信号调理电路，所述第一信号调理电路的第一输出端与第二信号调理电路的输入端相连；所述第一信号调理电路的第二输出端作为连接测距处理器模块的第一AD输入端；以及
所述第二信号调理电路的输出端作为测距处理器模块的第二AD输入端。
进一步，所述角度测量电路包括由CCD驱动信号生成处理器模块控制的绝对式码盘，以及驱动信号输出电路；其中所述CCD驱动信号生成处理器模块与主控模块电性连接；所述CCD驱动信号生成处理器模块的输出端与驱动信号输出电路电性连接；所述驱动信号输出电路将CCD驱动信号发送给绝对式码盘。
进一步，所述转动机构包括适于带动二维激光扫描仪转动的步进电机，以及步进电机驱动电路；
所述步进电机驱动电路适于将主控模块的转动控制信号转换为步进信号发送至所述步进电机。
进一步，所述二维激光扫描仪还包括：人机交互界面；
所述人机交互界面的输入端与主控模块的显示输出端电性连接。
进一步，所述二维激光扫描仪还包括：适于上传障碍物的测距值和方位值的无线通讯电路；
所述无线通讯电路包括通讯芯片和模拟开关芯片；
所述通讯芯片的数据读取端和数据写入端分别通过模拟开关与主控模块的信号传输端相连。
另一方面，本发明还提供了一种场景扫描系统，包括：所述的二维激光扫描仪，以及适于接收二维激光扫描仪扫描数据的上位机。
第三方面，本发明还提供了一种场景扫描系统的工作方法，通过至少一个二维激光扫描仪获得场景区域的扫描数据，并将扫描数据发送至上位机；所述上位机适于根据扫描数据汇总得出完整的场景数据。
进一步，所述二维激光扫描仪适于对场景区域进行扫描；获得的扫码数据包括：障碍物的测距值和方位值。
相对于现有技术，本发明实施例具有以下有益效果：通过角度测量电路、测距电路和转动机构能够实现自动的对场景的扫描，得出障碍物的测距值和方位值，同时能够将得到数据上传。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1示出了本发明的二维激光扫描仪的原理框图；
图2示出了本发明的主控模块的电路图；
图3-1示出了本发明的测距电路电路图的第一信号调理电路；
图3-2示出了本发明的测距电路电路图的第二信号调理电路；
图4示出了本发明的测距处理器模块电路图；
图5-1示出了本发明的CCD驱动信号生成处理器模块电路图；
图5-2示出了本发明的角度测量的驱动信号输出电路的电路图；
图5-3示出了本发明的无线通讯电路的第一模拟开关电路图；
图5-4示出了本发明的无线通讯电路的第二模拟开关电路图；
图6示出了本发明的步进电机驱动电路电路图；
图7-1示出了本发明的无线通讯电路；
图7-2示出了本发明的无线通讯电路的第三模拟开关电路图；
图7-3示出了本发明的无线通讯电路的第四模拟开关电路图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
图1示出了本发明的二维激光扫描仪的原理框图。
如图1所示，本实施例提供了一种二维激光扫描仪包括：主控模块，以及与主控模块电性连接的角度测量电路、测距电路和转动机构。
图2示出了本发明的主控模块的电路图。
扫描时，所述主控模块通过转动机构控制二维激光扫描仪转动，并通过角度测量电路对转动角度进行测量，以及通过测距电路对该转动角度方向进行测距，且根据测距值判断障碍物，并得出障碍物的测距值和方位值；通过主控模块的控制能够自动的得出障碍物的测距值和方位值；其中主控模块的芯片采用的是STM32F103芯片的单片机。
图3-1示出了本发明的测距电路电路图的第一信号调理电路。
图3-2示出了本发明的测距电路电路图的第二信号调理电路。
图4示出了本发明的测距处理器模块电路图。
在本实施例中，所述测距电路包括激光测距传感器，第一、第二信号调理电路，以及测距处理器模块（在实施例中采用芯片STM32F030K6T6）；其中所述激光测距传感器适于将测距信号发送至所述第一信号调理电路信号输入端，即SIGNAL；所述第一信号调理电路的第一输出端（网络标号OP1）与第二信号调理电路的输入端（网络标号OP1）相连；所述第一信号调理电路的第二输出端AD_IN1作为连接测距处理器模块的第一AD输入端，即与测距处理器模块的第19号引脚电性连接；以及所述第二信号调理电路的输出端AD_IN2作为测距处理器模块的第二AD输入端，即与测距处理器模块的18号引脚电性连接，通过测距处理器模块得出距离，然后通过测距处理器模块发送给主控模块。
当测距电路测量的障碍物距离较近时，所述测距处理器模块从第一信号调理电路的第二输出端获得距离信号，当测量远的时候，所述测距处理器模块从第二信号调理电路的输出端获得距离信号。
图5-1示出了本发明的CCD驱动信号生成处理器模块的电路图。
图5-2示出了本发明的角度测量的驱动信号输出电路的电路图。
在本实施例中，所述角度测量电路包括由CCD驱动信号生成处理器模块（在本实施例中采用MSP430单片机）控制的绝对式码盘，以及驱动信号输出电路；所述绝对式码盘的信号输出电路连接一电阻后将信号输入给主控模块，主控模块计算后得到角度值；所述角度测量电路包括两个CCD模块且分别将采集信号输入至主控模块（STM32F103）的8号、9号引脚。
所述CCD驱动信号生成处理器模块生成驱动信号（如时序信号）给CCD模块，即经过信号输出电路将驱动信号发送给CCD模块；所述绝对式码盘的信号输出电路包括电平转换芯片，其中电平转换芯片的型号为74HCT04；所述电平转换芯片的3号引脚连接CCD驱动信号生成处理器模块的10号引脚SH端；所述电平转换芯片的5号引脚连接CCD驱动信号生成处理器模块的20号引脚CLK端；所述电平转换芯片的9号引脚连接CCD驱动信号生成处理器模块的11号引脚ICG端；所述电平转换芯片的4号引脚连接CCD模块的SH_O端，其8号引脚连接CCD模块ICG_O端；以及电平转换芯片的6号引脚连接电阻R21输出信号给CCD模块的CLK_O端。
图5-3示出了本发明的无线通讯电路的第一模拟开关电路图。
图5-4示出了本发明的无线通讯电路的第二模拟开关电路图。
所述CCD驱动信号生成处理器模块的通讯端分别连接模拟开关电路后与主控模块电性连接；在本实施例中，模拟开关电路包括第一、第二模块开关芯片（如TS5A3157DCKR），所述CCD驱动信号生成处理器模块的输出端CCD_TX连接第一模拟开关芯片的1号引脚；所述第一模拟开关芯片的信号输出UART3_TX连接主控模块的51号引脚；所述驱动芯片的写入端CCD_RX连接第二模拟开关芯片的1号引脚；所述第二模拟开关芯片的信号输出端UART3_RX连接主控模块的52号引脚。
图6示出了本发明的步进电机驱动电路电路图。
在本实施例中，所述转动机构包括适于带动二维激光扫描仪转动的步进电机，以及步进电机驱动电路；在本实施例中，所述步进电机驱动电路包括步进电机驱动芯片（BD6211F）；所述步进电机驱动电路适于将主控模块的转动控制信号转换为步进信号发送至所述步进电机；通过步进电机驱动电路能够控制步进电机的转动和停止；以及J9用于连接步进电机。
结合图2，主控模块的第56号脚至第59号脚分别与两步进电机驱动芯片的4号脚、5号脚相连。
在本实施例中，所述二维激光扫描仪还包括：人机交互界面；所述人机交互界面的输入端与主控模块的显示输出端电性连接；通过人机交互界面能够实现对二维激光扫描仪的控制；如图2所示，主控模块中与人机交互界面（可以采用按键和显示模块以及LED指示）相连的管脚包括第37、38、39和40号脚，以及第20、21、22、23、24和25号脚；其中角度测量电路调试的时候采用（LED指示加按键组合）可以调用主控模块的第37、38、39和40号脚；整机工作时（采用按键和显示模块）可以调用主控模块的20、21、22、23、24和25号脚。
图7-1示出了本发明的无线通讯电路；在本实施例中，所述二维激光扫描仪还包括：适于上传障碍物的测距值和方位值的无线通讯电路；所述无线通讯电路包括通讯芯片、第三模拟开关芯片和第四模拟开关芯片。
所述通讯芯片可以采用LoRaWAN节点模块即LSD4WN芯片；第三、第四模拟开关芯片例如但不限于采用TS5A3157DCKR。
图7-2示出了本发明的无线通讯电路的第三模拟开关电路图；
图7-3示出了本发明的无线通讯电路的第四模拟开关电路图；所述通讯芯片的数据输出端LoAD_TX连接第三模拟开关芯片的4号引脚；
所述通讯芯片的数据写入端LoAD_RX连接第四模拟开关芯片的4号引脚；
第一、第二模拟开关芯片的1号脚分别连接主控模块的第17、16号脚。
通过模拟开关可以隔绝干扰，且能够作为物联网的一个监控节点，可以定时上传信息到后台（上位机），实现多台二维激光扫描仪组网运行。
综上所述，本发明提供了一种二维激光扫描仪，能够自动的带动二维激光扫描仪转动，通过主控模块的控制能够自动的得出障碍物的测距值和方位值，且能够通过无线通讯电路将测距值和方位值发送出去。
实施例2
在实施例1基础上，本实施例2还提供了一种场景扫描系统，包括如实施例1所述的二维激光扫描仪，以及适于接收二维激光扫描仪扫描数据的上位机。
所述上位机适于汇总各二维激光扫描仪采集的场景中的测距值和方位值，进而获得场景全局数据。
实施例3
在实施例1基础上，本实施例3还提供了一种场景扫描系统的工作方法，通过至少一个二维激光扫描仪获得场景区域的扫描数据，并将扫描数据发送至上位机；所述上位机适于根据扫描数据汇总得出完整的场景数据，即场景全局数据。
所述二维激光扫描仪对场景区域进行扫描；获得的扫码数据包括：障碍物的测距值和方位值。
在本实施例2和实施例3中，在场景区域内可以分布有多个二维激光扫描仪，并且通过多个二维激光扫描仪分别采集相应场景区域的障碍物数据，并且将上述数据汇总，获得完整的场景数据，即场景全局数据。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种二维激光扫描仪，其特征在于，包括：
主控模块，以及与主控模块电性连接的角度测量电路、测距电路和转动机构；
扫描时，所述主控模块通过转动机构控制二维激光扫描仪转动，并通过角度测量电路对转动角度进行测量，以及通过测距电路对该转动角度方向进行测距，且根据测距值判断障碍物，并得出障碍物的测距值和方位值。
2.根据权利要求1所述的二维激光扫描仪，其特征在于，
所述测距电路包括激光测距传感器，第一、第二信号调理电路，以及测距处理器模块；其中
所述激光测距传感器适于将测距信号发送至所述第一信号调理电路，所述第一信号调理电路的第一输出端与第二信号调理电路的输入端相连；所述第一信号调理电路的第二输出端作为连接测距处理器模块的第一AD输入端；以及
所述第二信号调理电路的输出端作为测距处理器模块的第二AD输入端。
3.根据权利要求1所述的二维激光扫描仪，其特征在于，
所述角度测量电路包括由CCD驱动信号生成处理器模块控制的绝对式码盘，驱动信号输出电路；其中
所述CCD驱动信号生成处理器模块与主控模块电性连接；
所述CCD驱动信号生成处理器模块的输出端与驱动信号输出电路电性连接；
所述驱动信号输出电路将CCD驱动信号发送给绝对式码盘。
4.根据权利要求1所述的二维激光扫描仪，其特征在于，
所述转动机构包括适于带动二维激光扫描仪转动的步进电机，以及步进电机驱动电路；
所述步进电机驱动电路适于将主控模块的转动控制信号转换为步进信号发送至所述步进电机。
5.根据权利要求1所述的二维激光扫描仪，其特征在于，
所述二维激光扫描仪还包括：人机交互界面；
所述人机交互界面的输入端与主控模块的显示输出端电性连接。
6.根据权利要求1所述的二维激光扫描仪，其特征在于，
所述二维激光扫描仪还包括：适于上传障碍物的测距值和方位值的无线通讯电路；
所述无线通讯电路包括通讯芯片和模拟开关芯片；
所述通讯芯片的数据读取端和数据写入端分别通过模拟开关与主控模块的信号传输端相连。
7.一种场景扫描系统，其特征在于，包括至少一个如权利要求1-6任一项所述的二维激光扫描仪，以及适于接收二维激光扫描仪扫描数据的上位机。
8.一种场景扫描系统的工作方法，其特征在于，通过至少一个二维激光扫描仪获得场景区域的扫描数据，并将扫描数据发送至上位机；
所述上位机适于根据扫描数据汇总得出完整的场景数据。
9.根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于，
所述二维激光扫描仪适于采用如权利要求1-6任一项所述的二维激光扫描仪对场景区域进行扫描；
获得的扫码数据包括：障碍物的测距值和方位值。
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