CN114047522B - 一种智能激光测距仪控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能激光测距仪控制系统，涉及激光测距仪技术领域，包括脉冲输出模块、数据采集模块、信号验证模块以及损耗分析模块；所述脉冲输出模块用于输出电脉冲以驱动调制器的无线电波段频率至目标频率；所述数据采集模块用于采集调制器的无线电波段频率，并将采集的频率传输至数据分析模块进行有效性分析，结合目标频率计算得到当前波段频率的偏差系数，判断是否需要对调制器的无线电波段频率进行微调，确保对激光束进行幅度调制的无线电波段频率的精度要求；所述信号验证模块用于实时验证激光测距仪的通信状态，根据通信偏值判断激光测距仪的通信状态是否正常，提示用户及时处理，有效提高了激光测距仪的测量精度和准确性。

Description

一种智能激光测距仪控制系统

技术领域

本发明涉及激光测距仪技术领域，具体是一种智能激光测距仪控制系统。

背景技术

激光测距技术作为当下普及率较高的测量手段，是一种融合激光、半导体、光学、集成电路、光电子学、仪器仪表等知识于一体的综合性技术，在工程建设、智能控制以及安全监测等领域都有着十分广泛的应用。

但目前激光测距仪进行测量时，经常会受到外界环境的影响，导致测量结果不准确，可能会产生较大的安全隐患和经济损失；同时激光测距仪由于缺少有效及时的安全监测手段，常因为传感器发生异常或者违规操作问题造成安全隐患且事后很难分析异常原因，并且在长时间使用的过程中，出现故障没有及时告知工作人员进行维修，缩短了激光测距仪的使用寿命。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种智能激光测距仪控制系统。

为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种智能激光测距仪控制系统，应用于激光测距仪，包括脉冲输出模块、数据采集模块、信号验证模块以及损耗分析模块；

所述脉冲输出模块用于输出电脉冲以驱动调制器的无线电波段频率至目标频率，并将目标频率存储至数据库；

所述数据采集模块用于采集调制器的无线电波段频率，并将采集的频率传输至数据分析模块进行有效性分析，结合目标频率计算得到当前波段频率的偏差系数CH，判断是否需要对调制器的无线电波段频率进行微调；

所述信号验证模块用于实时验证激光测距仪的通信状态，根据通信偏值TP判断激光测距仪的通信状态是否正常，具体验证步骤为：

自动从存储模块获取激光测距仪的损耗值SH；

根据损耗值SH确定激光测距仪的通信偏值阈值，其中数据库内预存有通信偏值阈值与损耗值的映射关系表；若TP大于对应的通信偏值阈值，则判定激光测距仪的通信状态异常，生成通信异常信号；

所述损耗分析模块用于根据激光测距仪的历史通电记录进行损耗值分析，并将损耗值SH打上时间戳存储至存储模块。

进一步地，所述数据分析模块的具体分析步骤如下：

响应于预设的频率采集指令，采集实际波段频率数据；将当前时刻的实际波段频率数据与目标频率的差值标记为N1；

获取波段频率在当前时刻的前四组偏差值，求取四组偏差值中最大值和最小值的差值与最小值的比值CX；利用公式CH=N1×g1+CX×g2计算得到当前波段频率的偏差系数CH，其中g1、g2为系数因子；

在预设时间区间内，若CH大于偏差阈值的次数达到预设第一阈值或达到预定比例时，判定当前波段频率无效，生成微调信号。

进一步地，所述数据分析模块用于将微调信号上传至控制中心，所述控制中心接收到微调信号后分配工作人员对脉冲输出模块输出的电脉冲进行调整，实现调制器的无线电波段频率微调。

进一步地，所述偏差值的获取过程如下：

令最新采集的实际波段频率数据为XZn，取XZn及XZn前m组实际波段频率数据的值，得到区间频率信息组，其中m为预设值；

按照标准差计算公式计算得到区间频率信息组的标准差µ，若µ≤预设标准差阈值，则利用公式

计算得到波段频率的偏差值W；其中K为目标频率，A1为补偿系数。

进一步地，若µ＞预设标准差阈值，则判定当前波段频率无效，生成微调信号；同时每获取一个新的实际波段频率数据，自动计算新的偏差值W，得到偏差值组。

进一步地，其中通信偏值TP的具体计算过程为：

所述信号验证模块按照预设验证周期发送验证配置消息至FPGA主控，其中验证配置消息中包括第一信号质量门限；所述FPGA主控接收到验证配置消息后，发送第二同步信号至信号验证模块；

所述信号验证模块接收到第二同步信号后，将第二同步信号的信号质量与第一信号质量门限进行对比，得到对应的质量差值Z1；

将信号验证模块发送验证配置消息的时刻与再次监听到第二同步信号的时刻进行时间差计算得到响应时长XT；利用公式TX=1/(Z1×a1+XT×a2）计算得到通信系数TX，其中a1、a2为系数因子；

统计倒计时阶段TX小于预设通信阈值的次数为C1，当TX小于预设通信阈值时，将TX与预设通信阈值进行差值计算，并将所有的差值进行求和得到差阈总值CT；统计倒计时阶段的持续时长为Tc；利用公式TP=(C1×b1+CT×b2)/(Tc×b3)计算得到通信偏值TP，其中b1、b2、b3为系数因子。

进一步地，倒计时阶段具体表现为：若通信系数TX小于预设通信阈值，则自动倒计时，倒计时时长为Td时间，Td为预设值；在倒计时阶段继续对通信系数TX进行监测，若再次监测到TX小于预设通信阈值，则倒计时自动归为原值，重新按照Td进行倒计时；否则倒计时归零，停止计时。

进一步地，所述损耗分析模块的具体分析步骤为：

采集激光测距仪的历史通电记录；将激光测距仪每次通电时的通电时长标记为Ti，将对应通电结束时刻与下一次的通电开始时刻进行时间差计算得到待机时长DTi，其中Ti与DTi一一对应；

设定若干个待机时长阈值，每个待机时长阈值均对应一个预设通电时长范围，将通电时长Ti对应的待机时长阈值标记为Yr；

统计DTi小于Yr的次数为损耗频次C1；当DTi小于Yr时，将Yr与DTi的差值进行求和得到差待机总值TZ；利用公式SH=C1×a3+TZ×a4计算得到激光测距仪的损耗值SH，其中a3、a4均为系数因子。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中所述数据分析模块用于对采集的调制器实际波段频率数据进行有效性分析，结合当前时刻实际波段频率数据与目标频率的差值和当前时刻前四组偏差值，计算得到当前波段频率的偏差系数CH，判断是否需要对调制器的无线电波段频率进行微调，确保对激光束进行幅度调制的无线电波段频率的精度要求，提高激光测距仪的测量精度和准确性；

2、本发明中所述信号验证模块用于实时验证激光测距仪的通信状态，首先信号验证模块按照预设验证周期发送验证配置消息至激光测距仪的FPGA主控，响应于接收到由控制中心发送的验证配置消息，由FPGA主控发送第二同步信号至信号验证模块；结合质量差值Z1和响应时长XT计算得到通信系数TX，将通信系数TX与预设通信阈值相比较，经过相关处理得到通信偏值TP，若TP大于对应的通信偏值阈值，则判定激光测距仪的通信状态异常，提示用户及时处理，避免影响对数据的测量，提高数据测量精度和准确性；

3、本发明中所述损耗分析模块用于根据激光测距仪的历史通电记录进行损耗值分析，统计待机时长小于待机时长阈值的次数以及对应的差待机总值，计算得到损耗值SH；然后根据损耗值SH确定激光测距仪的通信偏值阈值，使得对于激光测距仪的通信状态验证容错率更高，提高用户体验感。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明的系统框图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种智能激光测距仪控制系统，应用于激光测距仪，包括脉冲输出模块、数据库、数据采集模块、数据分析模块、控制中心、信号验证模块以及损耗分析模块；

所述激光测距仪包括激光器、调制器、反射镜、鉴相器和显示器；所述激光测距仪的工作原理是：调制器通过无线电波段的频率对激光器发出的激光束进行幅度调制，鉴相器用于测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离；

所述脉冲输出模块用于输出电脉冲，电脉冲用于驱动调制器的无线电波段频率至目标频率，并将目标频率存储至数据库；

考虑到激光测距仪是利用调制激光的某个参数对目标的距离进行准确测定的仪器，其对激光束进行幅度调制的精确性至关重要，在使用激光测距仪测量目标距离之前，所述数据采集模块用于采集调制器的无线电波段频率，并将采集的频率传输至数据分析模块进行有效性分析，判断是否需要对调制器的无线电波段频率进行微调；其中数据采集模块为与调制器相连接的频率传感器；

所述数据分析模块的具体分析步骤如下：

响应于预设的频率采集指令，采集实际波段频率数据；令最新采集的实际波段频率数据为XZn，取XZn及XZn前m组实际波段频率数据的值，得到区间频率信息组XZi，i=n-m-1，n-m，n-m+1，…，n；其中m为预设值；i表示第i组实际波段频率数据的值；

按照标准差计算公式计算得到区间频率信息组的标准差µ，若µ≤预设标准差阈值，则处于待验证状态；否则判定当前波段频率无效，生成微调信号；

当处于待验证状态，根据目标频率和区间频率信息组，求取实际波段频率数据的偏差值W，具体计算方法为：

当n≤m时；此时自动对m的值进行重置，令m＝n-1；

当n＞m时，利用公式

计算得到波段频率的偏差值W；其中K为目标频率，A1为补偿系数；

每获取一个新的实际波段频率数据时，自动计算新的偏差值W，得到偏差值组；

将当前时刻的实际波段频率数据与目标频率的差值标记为N1，其中N1取正值，以当前时刻为标准，获取当前时刻前四组偏差值，求取四组偏差值中最大值和最小值之间的差值，并将该差值除以最小值，得到差异比CX；利用公式CH=N1×g1+CX×g2计算得到当前波段频率的偏差系数CH，其中g1、g2为系数因子，例如g1取值0.012，g2取值0.25；

将偏差系数CH与偏差阈值相比较，在预设时间区间内，若CH大于偏差阈值的次数达到预设第一阈值或达到预定比例时，判定当前波段频率无效，生成微调信号；所述数据分析模块用于将微调信号上传至控制中心，所述控制中心接收到微调信号后分配工作人员对脉冲输出模块输出的电脉冲进行调整，实现调制器的无线电波段频率微调；

本发明通过对采集的实际波段频率数据进行递进检测，根据实际情况调整精度，确保对激光束进行幅度调制的无线电波段频率的精度要求，提高激光测距仪的测量精度和准确性；

在本实施例中，当激光测距仪上电之后，所述信号验证模块用于实时验证激光测距仪的通信状态，具体验证步骤为：

所述信号验证模块按照预设验证周期发送验证配置消息至激光测距仪的FPGA主控，其中验证配置消息中包括第一信号质量门限；响应于接收到由控制中心发送的验证配置消息，由FPGA主控发送第二同步信号至信号验证模块；

响应于监听到第二同步信号，由信号验证模块确定第二同步信号的信号质量，并将第二同步信号的信号质量与第一信号质量门限进行对比，得到对应的质量差值Z1；其中本领域技术人员应该理解，任意本领域公知的度量都能够用于表征信号质量，例如RSRQ、RSRP、RSSI等等；此处的质量差值可以反映出信号在传输过程中的衰减；

将信号验证模块发送验证配置消息的时刻与信号验证模块再次监听到第二同步信号的时刻进行时间差计算得到响应时长XT；利用公式TX=1/(Z1×a1+XT×a2）计算得到通信系数TX，其中a1、a2为系数因子，例如a1取值0.189，a2取值0.598；

将通信系数TX与预设通信阈值相比较，若通信系数TX小于预设通信阈值，则自动倒计时，倒计时时长为Td时间，Td为预设值；在倒计时阶段继续对通信系数TX进行监测，若再次监测到TX小于预设通信阈值，则倒计时自动归为原值，重新按照Td进行倒计时；否则倒计时归零，停止计时；

统计倒计时阶段TX小于预设通信阈值的次数为C1，当TX小于预设通信阈值时，将TX与预设通信阈值进行差值计算，并将所有的差值进行求和得到差阈总值CT；统计倒计时阶段的持续时长为Tc；利用公式TP=(C1×b1+CT×b2)/(Tc×b3)计算得到通信偏值TP，其中b1、b2、b3为系数因子，例如b1取值0.22，b2取值0.47，b3取值0.58；

将通信偏值TP与对应的通信偏值阈值相比较，若TP大于对应的通信偏值阈值，则判定激光测距仪的通信状态异常，生成通信异常信号；信号验证模块用于将通信异常信号发送至用户的手机终端，提示用户当前激光测距仪通信状态不佳，建议及时处理，避免影响对数据的测量，提高数据测量精度和准确性；

其中对应的通信偏值阈值的获取方法为：

自动从存储模块获取激光测距仪的损耗值SH；根据损耗值SH确定激光测距仪的通信偏值阈值，其中数据库内预存有通信偏值阈值与损耗值的映射关系表；损耗值越大，则对应的通信偏值阈值越大；

所述损耗分析模块用于根据激光测距仪的历史通电记录进行损耗值分析，具体分析步骤为：

采集激光测距仪的历史通电记录；将激光测距仪每次通电时的通电时长标记为Ti，将对应通电结束时刻与下一次的通电开始时刻进行时间差计算得到待机时长DTi，其中Ti与DTi一一对应；

设定若干个待机时长阈值，每个待机时长阈值均对应一个预设通电时长范围，将通电时长Ti对应的待机时长阈值标记为Yr；将待机时长DTi与对应的待机时长阈值Yr相比较；当待机时长DTi小于Yr，则认为激光测距仪没有得到充分休息，此时再次通电使用，会产生额外损耗；

统计DTi小于Yr的次数为损耗频次C1；当DTi小于Yr时，将Yr与DTi进行差值计算，将所有的差值进行求和得到差待机总值TZ；

利用公式SH=C1×a3+TZ×a4计算得到激光测距仪的损耗值SH，其中a3、a4均为系数因子，例如a3取值0.44，a4取值0.289；

所述损耗分析模块用于将损耗值SH打上时间戳并存储至存储模块。

上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。

本发明的工作原理：

一种智能激光测距仪控制系统，在工作时，所述脉冲输出模块用于输出电脉冲以驱动调制器的无线电波段频率至目标频率，所述数据分析模块用于对采集的调制器实际波段频率数据进行有效性分析，结合当前时刻实际波段频率数据与目标频率的差值和当前时刻前四组偏差值，计算得到当前波段频率的偏差系数CH，判断是否需要对调制器的无线电波段频率进行微调，确保对激光束进行幅度调制的无线电波段频率的精度要求，提高激光测距仪的测量精度和准确性；

当激光测距仪上电之后，所述信号验证模块用于实时验证激光测距仪的通信状态，首先信号验证模块按照预设验证周期发送验证配置消息至激光测距仪的FPGA主控，响应于接收到由控制中心发送的验证配置消息，由FPGA主控发送第二同步信号至信号验证模块；结合质量差值Z1和响应时长XT计算得到通信系数TX，将通信系数TX与预设通信阈值相比较，经过相关处理得到通信偏值TP，若TP大于对应的通信偏值阈值，则判定激光测距仪的通信状态异常，提示用户及时处理，避免影响对数据的测量，提高数据测量精度和准确性，其中损耗分析模块用于根据激光测距仪的历史通电记录进行损耗值分析，根据损耗值SH确定激光测距仪的通信偏值阈值，容错率更高，提高用户体验感。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种智能激光测距仪控制系统，应用于激光测距仪，其特征在于，包括脉冲输出模块、数据采集模块、信号验证模块以及损耗分析模块；

所述脉冲输出模块用于输出电脉冲以驱动调制器的无线电波段频率至目标频率，并将目标频率存储至数据库；

所述数据采集模块用于采集调制器的无线电波段频率，并将采集的频率传输至数据分析模块进行有效性分析，结合目标频率计算得到当前波段频率的偏差系数CH，判断是否需要对调制器的无线电波段频率进行微调；

所述信号验证模块用于实时验证激光测距仪的通信状态，根据通信偏值TP判断激光测距仪的通信状态是否正常，具体验证步骤为：

自动从存储模块获取激光测距仪的损耗值SH；

根据损耗值SH确定激光测距仪的通信偏值阈值，其中数据库内预存有通信偏值阈值与损耗值的映射关系表；若TP大于对应的通信偏值阈值，则判定激光测距仪的通信状态异常，生成通信异常信号；

其中通信偏值TP的具体计算过程为：

所述信号验证模块按照预设验证周期发送验证配置消息至FPGA主控，其中验证配置消息中包括第一信号质量门限；所述FPGA主控接收到验证配置消息后，发送第二同步信号至信号验证模块；

所述信号验证模块接收到第二同步信号后，将第二同步信号的信号质量与第一信号质量门限进行对比，得到对应的质量差值Z1；

将信号验证模块发送验证配置消息的时刻与再次监听到第二同步信号的时刻进行时间差计算得到响应时长XT；利用公式TX=1/(Z1×a1+XT×a2）计算得到通信系数TX，其中a1、a2为系数因子；

统计倒计时阶段TX小于预设通信阈值的次数为C1，当TX小于预设通信阈值时，将TX与预设通信阈值进行差值计算，并将所有的差值进行求和得到差阈总值CT；统计倒计时阶段的持续时长为Tc；利用公式TP=(C1×b1+CT×b2)/(Tc×b3)计算得到通信偏值TP，其中b1、b2、b3为系数因子；

所述损耗分析模块用于根据激光测距仪的历史通电记录进行损耗值分析，并将损耗值SH打上时间戳存储至存储模块。

2.根据权利要求1所述的一种智能激光测距仪控制系统，其特征在于，所述数据分析模块的具体分析步骤如下：

响应于预设的频率采集指令，采集实际波段频率数据；将当前时刻的实际波段频率数据与目标频率的差值标记为N1；

获取波段频率在当前时刻的前四组偏差值，求取四组偏差值中最大值和最小值的差值与最小值的比值CX；利用公式CH=N1×g1+CX×g2计算得到当前波段频率的偏差系数CH，其中g1、g2为系数因子；

在预设时间区间内，若CH大于偏差阈值的次数达到预设第一阈值或达到预定比例时，判定当前波段频率无效，生成微调信号。

3.根据权利要求2所述的一种智能激光测距仪控制系统，其特征在于，所述数据分析模块用于将微调信号上传至控制中心，所述控制中心接收到微调信号后分配工作人员对脉冲输出模块输出的电脉冲进行调整，实现调制器的无线电波段频率微调。

4.根据权利要求2所述的一种智能激光测距仪控制系统，其特征在于，所述偏差值的获取过程如下：

令最新采集的实际波段频率数据为XZn，取XZn及XZn前m组实际波段频率数据的值，得到区间频率信息组，其中m为预设值；

按照标准差计算公式计算得到区间频率信息组的标准差µ，若µ≤预设标准差阈值，则利用公式

计算得到波段频率的偏差值W；其中K为目标频率，A1为补偿系数。

5.根据权利要求4所述的一种智能激光测距仪控制系统，其特征在于，若µ＞预设标准差阈值，则判定当前波段频率无效，生成微调信号；同时每获取一个新的实际波段频率数据，自动计算新的偏差值W，得到偏差值组。

6.根据权利要求1所述的一种智能激光测距仪控制系统，其特征在于，倒计时阶段具体表现为：若通信系数TX小于预设通信阈值，则自动倒计时，倒计时时长为Td时间，Td为预设值；在倒计时阶段继续对通信系数TX进行监测，若再次监测到TX小于预设通信阈值，则倒计时自动归为原值，重新按照Td进行倒计时；否则倒计时归零，停止计时。

7.根据权利要求1所述的一种智能激光测距仪控制系统，其特征在于,所述损耗分析模块的具体分析步骤为：

采集激光测距仪的历史通电记录；将激光测距仪每次通电时的通电时长标记为Ti，将对应通电结束时刻与下一次的通电开始时刻进行时间差计算得到待机时长DTi，其中Ti与DTi一一对应；

设定若干个待机时长阈值，每个待机时长阈值均对应一个预设通电时长范围，将通电时长Ti对应的待机时长阈值标记为Yr；

统计DTi小于Yr的次数为损耗频次C1；当DTi小于Yr时，将Yr与DTi的差值进行求和得到差待机总值TZ；利用公式SH=C1×a3+TZ×a4计算得到激光测距仪的损耗值SH，其中a3、a4均为系数因子。

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