CN110133622A - 一种激光雷达及其正常工作状态的信息交互方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种激光雷达及其正常工作状态的信息交互方法，激光雷达包括发射模块、接收模块、无线通信模块、逻辑处理模块、电机和角度编码器；电机启动时转动；发射模块发射激光，记录激光发射的参考时间；接收模块接收回波信号，记录收到回波信号的瞬时时间并传输给逻辑处理模块；逻辑处理模块根据参考时间和瞬时时间计算环境中的每一个点到激光雷达的中心轴点的距离，将各点的距离和角度编码器测量的各点的角度信息显示在点云图中；逻辑处理模块根据点云图判断激光雷达是否处于设定存在状态，是则控制激光雷达做出对应的反应动作。利用正常工作状态来实现信息交互，即可去掉激光管和光电探测器，减少硬件成本。

Description

一种激光雷达及其正常工作状态的信息交互方法
技术领域
本发明涉及激光测距技术领域，尤其涉及一种激光雷达及其正常工作状态的信息交互方法。
背景技术
现有激光雷达中，为了实现发射模块、接收模块、无线通信板和逻辑处理模块之间的相互通信，硬件上设计发射模块和逻辑处理模块时设有激光管，接收模块和无线通信板含有光电探测器。当发射模块的激光管启动后，接收模块的光电探测器启动检测激光并将检测的光电信息传递给逻辑处理模块，表示激光雷达进入正常工作状态。当逻辑处理模块的激光启动后，无线通信板模块的光电探测器启动，表示激光雷达进入非正常工作状态，此时激光雷达处于一种设定存在状态，如进入激光雷达工作模式切换状态(进入高速转动模式、休眠模式或者停止转动模式)，或者激光雷达准备进入升级模式状态，或者激光雷达忘记IP请求恢复默认IP状态，或者表示电源剩下电量的百分比等等。
但是，现有这种激光雷达由于在逻辑处理模块增加了激光管，无线通信板模块增加了光电探测器，导致硬件成本增加，资源浪费。同时，为了让无线通信板的光电探测器能够检测逻辑处理模块的激光信息，结构上必须保证激光管和光电探测器同轴，多加的元器件导致激光雷达的高度增高。另外，进行信息交互时，要使用不同的发射管和光电探测器，逻辑处理要进行不同信号线的切换，导致处理速率慢。
发明内容
针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种激光雷达及其正常工作状态的信息交互方法，以解决现有激光雷达增加激光管和光电探测器导致硬件成本增加的问题。
本发明实施例提供一种激光雷达，其包括发射模块、接收模块、无线通信模块、逻辑处理模块、电机和角度编码器；
所述电机启动时转动带动发射模块、接收模块、无线通信模块、逻辑处理模块和角度编码器转动；发射模块发射激光，记录激光发射的参考时间；接收模块接收回波信号，记录收到回波信号的瞬时时间并传输给逻辑处理模块；逻辑处理模块根据参考时间和瞬时时间计算环境中的每一个点到激光雷达的中心轴点的距离，将各点的距离和角度编码器测量的各点的角度信息显示在点云图中；逻辑处理模块根据点云图判断激光雷达是否处于设定存在状态，是则控制激光雷达做出对应的反应动作。
可选地，所述的激光雷达中，所述无线通信模块固定连接在底座上，发射模块和接收模块相邻设置并固定在逻辑处理模块上，电机转动时带动逻辑处理模块同步旋转；逻辑处理模块旋转时带动发射模块、接收模块和角度编码器转动。
可选地，所述的激光雷达中，所述发射模块按照设定的频率发射脉冲激光对周围的物体进行扫描；在激光打到目标物体时，记录激光发射的参考时间并传输给逻辑处理模块。
可选地，所述的激光雷达中，所述接收模块接收激光打到目标物体后返回的回波信号并进行放大处理，同时记录收到回波信号的瞬时时间，将回波信号和瞬时时间一起传输给逻辑处理模块。
可选地，所述的激光雷达中，所述逻辑处理模块根据参考时间和瞬时时间计算环境中的每一个点到激光雷达的中心轴点的距离d，公式为其中，C为光的传播速度3×108，(T2-T1)表示光的飞行时间。
可选地，所述的激光雷达中，所述逻辑处理模块将点云图与存储的基准模型进行比较，判断点云图与基准模型是否相同；若相同，则判断激光雷达处于一种设定存在状态；根据所述设定存在状态发送预设的指令以控制激光雷达做出对应的反应动作。
本发明实施例第二方面提供了一种采用所述的激光雷达的正常工作状态的信息交互方法，包括：
步骤A、启动时电机转动带动发射模块、接收模块、无线通信模块、逻辑处理模块和角度编码器转动；
步骤B、发射模块发射激光，记录发射时的参考时间；接收模块接收回波信号，记录收到回波信号的瞬时时间；
步骤C、逻辑处理模块根据参考时间和瞬时时间计算环境中的每一个点到激光雷达的中心轴点的距离，将各点的距离和角度编码器测量的各点的角度信息显示在点云图中；
步骤D、逻辑处理模块根据点云图判断激光雷达是否处于设定存在状态，是则控制激光雷达做出对应的反应动作。
可选地，所述的激光雷达的正常工作状态的信息交互方法中，在所述步骤B中，发射模块按照设定的频率发送脉冲激光对周围的物体进行扫描；在激光打到目标物体时，记录激光发射的参考时间并传输给逻辑处理模块。接收模块接收激光打到目标物体后返回的回波信号并进行放大处理，同时记录收到回波信号的瞬时时间，将回波信号和瞬时时间一起传输给逻辑处理模块。
可选地，所述的激光雷达的正常工作状态的信息交互方法中，在所述步骤C中，逻辑处理模块根据参考时间和瞬时时间计算环境中的每一个点到激光雷达的中心轴点的距离d，公式为其中，C为光的传播速度3×108，(T2-T1)表示光的飞行时间。
可选地，所述的激光雷达的正常工作状态的信息交互方法中，所述步骤D具体包括：逻辑处理模块将点云图与存储的基准模型进行比较，判断点云图与基准模型是否相同；若相同则判断激光雷达处于一种设定存在状态；根据所述设定存在状态发送预设的指令以控制激光雷达做出对应的反应动作。
本发明实施例提供的技术方案中，激光雷达包括发射模块、接收模块、无线通信模块、逻辑处理模块、电机和角度编码器；电机启动时转动带动发射模块、接收模块、无线通信模块、逻辑处理模块和角度编码器转动；发射模块发射激光，记录激光发射的参考时间；接收模块接收回波信号，记录收到回波信号的瞬时时间并传输给逻辑处理模块；逻辑处理模块根据参考时间和瞬时时间计算环境中的每一个点到激光雷达的中心轴点的距离，将距离和角度编码器测量的角度信息显示在点云图中；逻辑处理模块根据点云图判断激光雷达是否处于设定存在状态，是则控制激光雷达做出对应的反应动作。利用激光雷达的正常工作状态来实现激光发射和接收的信息交互，控制激光雷达进入某一种设定存在状态，根据这种预设状态对激光雷达发送命令让激光雷达执行下一步操作。这样即可去掉现有逻辑处理模块的激光管和无线通信模块的光电探测器，从硬件上减少开发成本，使激光雷达的体积变小，使逻辑处理模块不需要切换信号线，提高了对数据的处理效率。
附图说明
图1为本发明实施例中激光雷达的结构示意图。
图2为本发明实施例中激光雷达的正常工作状态的信息交互方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作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。
请参阅图1，本发明实施例提供的激光雷达包括发射模块1、接收模块2、无线通信模块3、逻辑处理模块4、电机5和角度编码器6。启动时电机5转动带动发射模块1、接收模块2、无线通信模块3、逻辑处理模块4和角度编码器6转动；发射模块1发射激光，记录激光发射的参考时间T1并传输给逻辑处理模块；接收模块2接收回波信号，记录收到回波信号的瞬时时间T2并传输给逻辑处理模块；逻辑处理模块4根据参考时间T1和瞬时时间T2计算环境中的每一个点到激光雷达的中心轴点的距离，逻辑处理模块4将各点的距离d和角度编码器6测量的各点的角度信息显示在点云图中(每个点的距离和角度信息都是同时实时获取的，同时知道角度信息和距离才能获得该点所在位置)。逻辑处理模块4根据点云图判断激光雷达是否处于设定存在状态，是则控制激光雷达做出对应的反应动作。
所述无线通信模块3的上端设有第一线圈，逻辑处理模块4的下端设有第二线圈，无线通信模块3的电通过第一线圈感应到逻辑处理模块4上的第二线圈，实现无线供电。同时，无线通信模块3还给电机5供电，让电机5转起来。逻辑处理模块4中的电源由无线通信模块3提供。如图1所示，无线通信模块3固定连接在底座上，发射模块1和接收模块2相邻设置并固定在逻辑处理模块4的板上，电机5上面的柱子51套有皮带，电机5转动时皮带带动逻辑处理模块4、发射模块1和接收模块2同步旋转，从而实现整个激光雷达的360°旋转。逻辑处理模块4旋转时带动角度编码器6转动，角度编码器6测量转动时的水平角度并输出对应的角度信息给逻辑处理模块4。
本实施例中，激光雷达正常工作是以一定的频率扫描周围环境，检测环境中的每一个点距离雷达的中心轴点的距离和角度信息，同时实时将数据传到逻辑处理模块。通过利用激光雷达的正常工作状态来实现激光发射和接收的信息交互，控制激光雷达进入某一种设定存在状态，根据这种预设状态对激光雷达发送命令让激光雷达执行下一步操作。这样即可去掉现有逻辑处理模块的激光管和无线通信模块的光电探测器，从硬件上减少开发成本，使激光雷达的体积变小，使逻辑处理模块不需要切换信号线，提高了对数据的处理效率。
本实施例中，所述发射模块1启动并按照设定的频率发射激光(本实施例使用的是脉冲激光)对周围的物体进行扫描；在激光打到目标物体时，记录激光发射的参考时间T1并传输给逻辑处理模块4。激光的发射时间和关闭时间的长短由逻辑处理模块4控制，可通过更改激光的充放电时间来控制激光的发射时间和关闭时间。可根据需求设置激光雷达旋转预设时间(如1分钟、2分钟)后停止。
所述激光发射的同时，接收模块2接收激光打到目标物体后返回的回波信号，同时记录收到回波信号的瞬时时间T2并传输给逻辑处理模块4。所述接收模块2将回波信号进行放大处理后传输给逻辑处理模块4。逻辑处理模块4根据参考时间T1和瞬时时间T2计算环境中的每一个点到激光雷达的中心轴点的距离d。其中，C为光的传播速度3×108，(T2-T1)表示光的飞行时间。所述逻辑处理模块4中存储有预先编程的预设形状的基准模型，如圆形、正方形、等边三角形等。当逻辑处理模块4接收到距离d和角度信息后直接实时显示在点云图中。
逻辑处理模块4将点云图与存储的基准模型进行比较，判断点云图与基准模型是否相同，根据比较结果判断激光雷达是否处于设定存在状态。如果相同，则判断为激光雷达处于一种设定存在状态。所述设定存在状态可以是雷达工作模式切换状态(进入高速转动模式、休眠模式或者停止转动模式)，或者雷达准备进入升级模式状态，或者表示雷达忘记IP请求恢复默认IP状态，或者雷达受到入侵，或者表示电源剩下的电量的百分比等等。
所述逻辑处理模块4根据这种设定存在状态对激光雷达发送预设的指令，让激光雷达做出对应的反应动作。例如，让激光雷达的工作模式由高速转动转为停止的状态，或者激光雷达忘记IP时对雷达发送恢复默认IP的命令；或者激光雷达受到入侵时立刻停止激光雷达的转动并启动雷达保护机制，减少不必要的损失。需要理解的是，本实施例主要是在激光雷达正常工作状态下实现信息交互，根据点云图与基准模型是否相同来判断激光雷达处于何种设定存在状态是可以选择设置的，并不限定每条指令仅对应一种具体存在状态。
基于上述的激光雷达，本发明还提供一种激光雷达的正常工作状态的信息交互方法，请参阅图2，所述信息交互方法包括：
S10、启动时电机转动带动发射模块、接收模块、无线通信模块、逻辑处理模块和角度编码器转动；
S20、发射模块发射激光，记录发射时的参考时间；接收模块接收回波信号，记录收到回波信号的瞬时时间；
S30、逻辑处理模块根据参考时间和瞬时时间计算环境中的每一个点到激光雷达的中心轴点的距离，将各点的距离和角度编码器测量的各点的角度信息显示在点云图中；
S40、逻辑处理模块根据点云图判断激光雷达是否处于设定存在状态，是则控制激光雷达做出对应的反应动作。
本实施例中，在所述步骤S20中，发射模块按照设定的频率发送脉冲激光对周围的物体进行扫描；在激光打到目标物体时，记录激光发射的参考时间T1并传输给逻辑处理模块。接收模块2接收激光打到目标物体后返回的回波信号并进行放大处理，同时记录收到回波信号的瞬时时间T2，将回波信号和瞬时时间T2一起传输给逻辑处理模块。
在所述步骤S30中，逻辑处理模块4根据参考时间T1和瞬时时间T2计算环境中的每一个点到激光雷达的中心轴点的距离d，公式为其中，C为光的传播速度3×108，(T2-T1)表示光的飞行时间。
所述步骤S40具体包括：逻辑处理模块4将点云图与存储的基准模型进行比较，判断点云图与基准模型是否相同；若相同，则判断激光雷达处于一种设定存在状态；根据所述设定存在状态发送预设的指令以控制激光雷达做出对应的反应动作。
综上所述，本发明提供的激光雷达及其正常工作状态的信息交互方法，在实现激光雷达正常工作状态下实现信息交互，从硬件上去掉了逻辑处理模块的发射管和无线通信板光电探测器，减少了硬件成本，缩小了激光雷达的体积。同时使逻辑处理更加简单，不需要对不同的信号线进行切换处理，大大提高了数据处理效率。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种激光雷达，其特征在于，包括发射模块、接收模块、无线通信模块、逻辑处理模块、电机和角度编码器；
所述电机启动时转动带动发射模块、接收模块、无线通信模块、逻辑处理模块和角度编码器转动；发射模块发射激光，记录激光发射的参考时间；接收模块接收回波信号，记录收到回波信号的瞬时时间并传输给逻辑处理模块；逻辑处理模块根据参考时间和瞬时时间计算环境中的每一个点到激光雷达的中心轴点的距离，将各点的距离和角度编码器测量的各点的角度信息显示在点云图中；逻辑处理模块根据点云图判断激光雷达是否处于设定存在状态，是则控制激光雷达做出对应的反应动作。
2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述无线通信模块固定连接在底座上，发射模块和接收模块相邻设置并固定在逻辑处理模块上，电机转动时带动逻辑处理模块同步旋转；逻辑处理模块旋转时带动发射模块、接收模块和角度编码器转动。
3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述发射模块按照设定的频率发射脉冲激光对周围的物体进行扫描；在激光打到目标物体时，记录激光发射的参考时间并传输给逻辑处理模块。
4.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述接收模块接收激光打到目标物体后返回的回波信号并进行放大处理，同时记录收到回波信号的瞬时时间，将回波信号和瞬时时间一起传输给逻辑处理模块。
5.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述逻辑处理模块根据参考时间和瞬时时间计算环境中的每一个点到激光雷达的中心轴点的距离d，公式为其中，C为光的传播速度3×108，(T2-T1)表示光的飞行时间。
6.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述逻辑处理模块将点云图与存储的基准模型进行比较，判断点云图与基准模型是否相同；若相同，则判断激光雷达处于一种设定存在状态；根据所述设定存在状态发送预设的指令以控制激光雷达做出对应的反应动作。
7.一种采用权利要求1所述的激光雷达的正常工作状态的信息交互方法，其特征在于，包括：
步骤A、启动时电机转动带动发射模块、接收模块、无线通信模块、逻辑处理模块和角度编码器转动；
步骤B、发射模块发射激光，记录发射时的参考时间；接收模块接收回波信号，记录收到回波信号的瞬时时间；
步骤C、逻辑处理模块根据参考时间和瞬时时间计算环境中的每一个点到激光雷达的中心轴点的距离，将各点的距离和角度编码器测量的各点的角度信息显示在点云图中；
步骤D、逻辑处理模块根据点云图判断激光雷达是否处于设定存在状态，是则控制激光雷达做出对应的反应动作。
8.根据权利要求7所述的激光雷达的正常工作状态的信息交互方法，其特征在于，在所述步骤B中，发射模块按照设定的频率发送脉冲激光对周围的物体进行扫描；在激光打到目标物体时，记录激光发射的参考时间并传输给逻辑处理模块。接收模块接收激光打到目标物体后返回的回波信号并进行放大处理，同时记录收到回波信号的瞬时时间，将回波信号和瞬时时间一起传输给逻辑处理模块。
9.根据权利要求7所述的激光雷达的正常工作状态的信息交互方法，其特征在于，在所述步骤C中，逻辑处理模块根据参考时间和瞬时时间计算环境中的每一个点到激光雷达的中心轴点的距离d，公式为其中，C为光的传播速度3×108，(T2-T1)表示光的飞行时间。
10.根据权利要求7所述的激光雷达的正常工作状态的信息交互方法，其特征在于，所述步骤D具体包括：逻辑处理模块将点云图与存储的基准模型进行比较，判断点云图与基准模型是否相同；若相同则判断激光雷达处于一种设定存在状态；根据所述设定存在状态发送预设的指令以控制激光雷达做出对应的反应动作。
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