CN115639544A - 一种自触发脉冲式激光测距电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种自触发脉冲式激光测距电路，涉及激光光电技术领域，系统包括MCU主控电路模块、高精度计时电路模块、信号处理电路、发射电路模块、光学装置、光取样电路和探测器接收电路模块。通过MCU主控电路模块驱动发射电路模块发射激光，经过光学装置分光，一路激光经过反射被光取样电路识别，并经过信号处理电路进行处理后，另一路激光射向被测目标，经被测目标反射后被探测器接收电路模块识别并处理，MCU主控电路模块与高精度计时电路模块根据处理后的信号，利用预设激光测距逻辑完成激光测距。本申请缩短了单次测量被测目标距离耗费的时间，节省了主控芯片存储空间，加快系统运行速度，同时提高了激光测距精度，精度可达毫米级。

Description

一种自触发脉冲式激光测距电路

技术领域

本申请属于激光光电技术领域，具体涉及一种自触发脉冲式激光测距电路。

背景技术

脉冲式激光测距具有发射功率高、测程远、不需要合作目标等优点，但是测量精度相对较低。为了提高脉冲式激光测距精度，一般会采用高精度计时电路模块，同时对同一目标多次测量求取平均值来提高测距精度。但是该方法需要多次配置计时电路初始化，还需要一定的存储空间存储多次测量得到的数据，数据处理耗费的时间也会延长一次测量的总时间。另外，每次测量都会有一定的系统误差引入，如计时电路开门触发时间、门电路延时误差等，多次测量求均值后会引入较大的测量误差，最终影响整机系统测距精度。

发明内容

为此，本申请提供一种自触发脉冲式激光测距电路，旨在解决当前脉冲式激光测距电路数据存储要求高，测量时间长，测量误差较大且测距精度较低的问题。

为实现以上目的，本申请采用如下技术方案：

第一方面，本申请提供一种自触发脉冲式激光测距电路，包括：MCU主控电路模块、高精度计时电路模块、信号处理电路、发射电路模块、光学装置、光取样电路和探测器接收电路模块；

所述MCU主控电路模块与所述高精度计时电路模块连接，所述MCU主控电路模块的输出端与所述发射电路模块的输入端连接；

所述信号处理电路的输入端与所述光取样电路连接，所述信号处理电路的输出端与所述高精度计时电路模块和所述MCU主控电路模块连接；所述探测器接收电路模块的输出端分别与所述高精度计时电路模块和所述MCU主控电路模块连接；

所述发射电路模块发射的激光经过所述光学装置分光，一路激光经过反射被所述光取样电路识别，另一路激光射向被测目标，并经被测目标反射后被所述探测器接收电路模块识别。

进一步地，所述信号处理电路用于对光取样电路输出的信号进行误差校正，并将误差校正后的信号分别输出到所述高精度计时模块和所述MCU主控电路模块。

进一步地，所述MCU主控电路模块和所述高精度计时模块检测到所述信号处理电路输出的信号后，MCU主控电路模块执行激光测距逻辑进行循环激光测距，并在激光测距逻辑结束后发送关门信号至所述高精度计时模块结束激光测距。

进一步地，所述激光测距逻辑具体为：当MCU主控电路模块和所述高精度计时模块检测到所述信号处理电路输出的信号时，高精度计时模块开始计时，同时MCU主控电路模块根据预设的循环测距次数N，循环驱动发射电路模块发射激光，并通过探测器接收电路模块识别检测被测目标反射的回波脉冲信号；当MCU主控电路模块检测到的回波脉冲信号次数等于N时，满足高精度计时电路模块设定的关门信号个数时，MCU主控电路模块停止驱动发射电路模块，同时探测器接收电路模块将最后一次的回波脉冲信号送至高精度计时电路模块，作为最终的关门信号驱动高精度计时模块停止计时，一次激光测距结束。

进一步地，所述探测器接收电路模块用于对被测目标反射的回波脉冲信号进行光电转换、信号放大和去噪处理，并处理后的回波脉冲信号分别发送至所述MCU主控电路模块和所述高精度计时电路模块。

进一步地，所述光学装置为分光镜和反射镜，分光镜用于对所述发射电路模块发射的激光进行分光，反射镜用于将分光出的一路信号反射到所述光取样电路。

进一步地，所述光取样电路用于将接收识别到的激光作为光取样触发信号，并对光取样触发信号进行整形处理，将整形处理后的光取样触发信号输出至所述信号处理电路。

进一步地，所述探测器接收电路模块具体包括依次顺序连接光电转换器、信号放大器和滤波器；滤波器的输出端分别连接MCU主控电路模块和高精度计时电路模块的STOP引脚。

本申请采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：

通过本申请提供的自触发脉冲式激光测距电路，其电路包括MCU主控电路模块、高精度计时电路模块、信号处理电路、发射电路模块、光学装置、光取样电路和探测器接收电路模块。MCU主控电路模块与高精度计时电路模块连接，MCU主控电路模块的输出端与所述发射电路模块的输入端连接；信号处理电路的输入端与所述光取样电路连接，信号处理电路的输出端与所述高精度计时电路模块和MCU主控电路模块连接；所述探测器接收电路模块的输出端分别与所述高精度计时电路模块和所述MCU主控电路模块连接。在该设置下，MCU主控电路模块驱动发射电路模块发射激光，经过光学装置分光，一路激光经过反射被所述光取样电路识别并经过信号处理电路处理后作为高精度计时电路模块的开门信号，另一路激光射向被测目标，并经被测目标反射后被所述探测器接收电路模块识别并处理，MCU主控电路模块与高精度计时电路模块根据处理后的信号，利用激光测距逻辑进行激光测距。本申请方案在自触发脉冲式激光测距过程中，高精度计时电路模块只需要进行一次时间间隔测量，提高了激光测距精度的同时还能缩短一次测量的总时间，节省了数据存储空间，实现了低存储高速高精度测距。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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是根据一示例性实施例示出的自触发脉冲式激光测距电路原理框图；

图2是根据一示例性实施例示出的MCU主控电路模块电气引脚图；

图3是根据一示例性实施例示出的光取样电路和信号处理电路的电气引脚图；

图4是根据一示例性实施例示出的高精度计时电路模块电气引脚图；

图1中：1-MCU主控电路模块，2-高精度计时电路模块，3-信号处理电路，4-发射电路模块，5-光取样电路，6-探测器接收电路模块，7-分光镜，8-反射镜。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。

请参阅图1，图1是根据一示例性实施例示出的一种自触发脉冲式激光测距电路的原理示意图，如图1所示，该自触发脉冲式激光测距电路，包括：MCU主控电路模块1、高精度计时电路模块2、信号处理电路3、发射电路模块4、光学装置、光取样电路5和探测器接收电路模块6；

所述MCU主控电路模块1与所述高精度计时电路模块2连接，所述MCU主控电路模块1的输出端与所述发射电路模块4的输入端连接；

所述信号处理电路3的输入端与所述光取样电路5连接，所述信号处理电路3的输出端与所述高精度计时电路模块2和所述MCU主控电路模块1连接；所述探测器接收电路模块6的输出端分别与所述高精度计时电路模块2和所述MCU主控电路模块1连接；

所述发射电路模块4发射的激光(即激光脉冲信号)经过所述光学装置分光，一路激光经过反射被所述光取样电路5识别，另一路激光射向被测目标，并经被测目标反射后被所述探测器接收电路模块6识别。在本申请方案的一些实施例中，发射电路模块4可采用脉冲激光发射器、高速脉冲激光发生器、脉冲光纤激光器等激光发射设备，具体可根据实际测量需求进行选择，在此不做限定。

请参照图2，在本申请方案中，MCU主控电路模块1内部为一主控芯片，该模块主要用于驱动发射电路模块4发射激光，同时检测激光循环测距的次数是否满足预设值，并在满足预设值时停止驱动发射电路模块4工作。

进一步地，在一个实施例中，所述MCU主控电路模块1和所述高精度计时模块检测到所述信号处理电路3输出的信号后，MCU主控电路模块1执行激光测距逻辑进行循环激光测距，并在激光测距逻辑结束后发送关门信号至所述高精度计时模块结束激光测距。

其中，激光测距逻辑具体为：当MCU主控电路模块1和所述高精度计时模块检测到所述信号处理电路3输出的信号时，高精度计时模块开始计时，同时MCU主控电路模块1根据预设的循环测距次数N，循环驱动发射电路模块4发射激光，并通过探测器接收电路模块6识别检测被测目标反射的回波脉冲信号；当MCU主控电路模块1检测到的回波脉冲信号次数等于N时，满足高精度计时电路模块2设定的关门信号个数时，MCU主控电路模块1停止驱动发射电路模块4，同时探测器接收电路模块6将最后一次的回波脉冲信号送至高精度计时电路模块2，作为最终的关门信号驱动高精度计时模块停止计时，一次激光测距结束。其中，MCU主控电路模块1与高精度计时模块之间是连通的，在MCU主控电路模块1检测回波脉冲信号的次数满足预设值，即满足高精度计时电路模块2设定的关门信号个数时，MCU主控电路将检测结果发送至高精度计时模块，此时高精度计时模块将接收到的由探测器接收电路模块6发送的最后一次回波脉冲信号作为最终的关门信号，停止计时。

进一步地，在一个实施例中，探测器接收电路模块6用于对被测目标反射的回波脉冲信号进行光电转换、信号放大和去噪处理，并处理后的回波脉冲信号分别发送至所述MCU主控电路模块1和所述高精度计时电路模块2。

进一步地，在一个实施例中，所述探测器接收电路模块6具体包括依次顺序连接光电转换器、信号放大器和滤波器；滤波器的输出端分别连接MCU主控电路模块1和高精度计时电路模块2的STOP引脚。在该电气结构设置下，探测器接收电路模块6通过光电转换器将光学装置发射的激光脉冲信号进行光电转换，然后将转换出的电信号进行信号放大，再将放大后的信号送入滤波器进行去噪处理，最后再将处理后的信号分别发送至MCU主控电路模块1和高精度计时电路模块2，一方面被MCU主控电路模块1识别，被MCU主控电路模块1用来判断测量次数是否达到预设循环测距次数N，从而循环驱动发射电路模块4发射激光；另一方面将该信号接入高精度计时电路模块2STOP引脚，作为计时结束的关门信号。

进一步地，在一个实施例中，所述光学装置为分光镜7和反射镜8，分光镜7用于对所述发射电路模块4发射的激光进行分光，反射镜8用于将分光出的一路信号反射到所述光取样电路5进行识别。

进一步地，所述光取样电路5用于将接收识别到的激光作为光取样触发信号，并对光取样触发信号进行整形处理，将整形处理后的光取样触发信号输出至所述信号处理电路3。

进一步地，在一个实施例中，所述信号处理电路3用于对光取样电路5输出的信号进行误差校正，并将误差校正后的信号分别输出到所述高精度计时模块和所述MCU主控电路模块1。

请参照图3，图3中示出了光取样电路5和信号处理电路3的电气引脚结构。需要说明的是，图3中的SIGNAL是光取样电路5接收到的光取样触发信号，经过整形处理后被信号处理电路3接收。而信号处理电路3主要是由逻辑门电路组成，其作用是为了减少分立元件电路延时带来的误差，因此电路设计需要简单、可靠性高。信号处理电路3输出的START信号连接到高精度计时电路模块2的START引脚，作为计时触发开门信号。

请参照图4，图4示出了高精度计时电路模块2的电气引脚图，其中高精度计时电路模块2中设有START引脚和STOP引脚，START引脚连接信号处理电路3的输出端，STOP引脚连接探测器接收电路模块6。

具体的，本申请方案提供的自触发脉冲式激光测距电路主要工作过程如下：

先由MCU主控电路模块1驱动激光发射电路模块4向被测目标发射激光；其中一部分激光经过分光镜7分光、反射后被光取样电路5识别，并经过信号处理电路3处理后作为高精度计时电路模块2的开门信号。

另一部分激光射向被测目标，经被测目标反射后被探测器接收电路模块6识别并处理。

信号处理电路3整形后的输出信号被MCU主控电路模块1和高精度计时电路模块2检测到，若系统预设的次数逻辑值为N，则驱动发射电路模块4继续向被测目标发射激光脉冲信号，循环往复进行激光发射；

当MCU主控电路模块1检测到的目标回波信号次数等于N，满足高精度计时电路模块2设定的关门信号个数时，停止驱动发射电路模块4工作，同时将最后一次的回波脉冲信号送至高精度计时电路模块2，作为关门信号，一次测距结束。

在自触发脉冲式激光测距过程中，本申请方案的高精度计时电路模块2只需要进行一次时间间隔测量，而传统单次测量求平均值的方法，计时电路模块需要进行N次时间间隔测量，每次测量都会带来误差，使得最终测量结果的误差较大。

本申请方案提供的自触发脉冲式激光测距电路提高了激光测距精度，同时还能缩短一次测量的总时间，节省数据存储空间，实现了低存储高速高精度测距，测量精度可达毫米级。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”、“多”的含义是指至少两个。

应该理解，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件；当一个元件被称为“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接；使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为：表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，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模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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申请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。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种自触发脉冲式激光测距电路，其特征在于，包括：

MCU主控电路模块、高精度计时电路模块、信号处理电路、发射电路模块、光学装置、光取样电路和探测器接收电路模块；

所述MCU主控电路模块与所述高精度计时电路模块连接，所述MCU主控电路模块的输出端与所述发射电路模块的输入端连接；

所述信号处理电路的输入端与所述光取样电路连接，所述信号处理电路的输出端与所述高精度计时电路模块和所述MCU主控电路模块连接；所述探测器接收电路模块的输出端分别与所述高精度计时电路模块和所述MCU主控电路模块连接；

所述发射电路模块发射的激光经过所述光学装置分光，一路激光经过反射被所述光取样电路识别，另一路激光射向被测目标，并经被测目标反射后被所述探测器接收电路模块识别。

2.根据权利要求1所述的一种自触发脉冲式激光测距电路，其特征在于，所述信号处理电路用于对光取样电路输出的信号进行误差校正，并将误差校正后的信号分别输出到所述高精度计时模块和所述MCU主控电路模块。

3.根据权利要求2所述的一种自触发脉冲式激光测距电路，其特征在于，所述MCU主控电路模块和所述高精度计时模块检测到所述信号处理电路输出的信号后，MCU主控电路模块执行激光测距逻辑进行循环激光测距，并在激光测距逻辑结束后发送关门信号至所述高精度计时模块结束激光测距。

4.根据权利要求3所述的一种自触发脉冲式激光测距电路，其特征在于，所述激光测距逻辑具体为：当MCU主控电路模块和所述高精度计时模块检测到所述信号处理电路输出的信号时，高精度计时模块开始计时，同时MCU主控电路模块根据预设的循环测距次数N，循环驱动发射电路模块发射激光，并通过探测器接收电路模块识别检测被测目标反射的回波脉冲信号；当MCU主控电路模块检测到的回波脉冲信号次数等于N时，满足高精度计时电路模块设定的关门信号个数时，MCU主控电路模块停止驱动发射电路模块，同时探测器接收电路模块将最后一次的回波脉冲信号送至高精度计时电路模块，作为最终的关门信号驱动高精度计时模块停止计时，一次激光测距结束。

5.根据权利要求1所述的一种自触发脉冲式激光测距电路，其特征在于，所述探测器接收电路模块用于对被测目标反射的回波脉冲信号进行光电转换、信号放大和去噪处理，并处理后的回波脉冲信号分别发送至所述MCU主控电路模块和所述高精度计时电路模块。

6.根据权利要求1所述的一种自触发脉冲式激光测距电路，其特征在于，所述光学装置为分光镜和反射镜，分光镜用于对所述发射电路模块发射的激光进行分光，反射镜用于将分光出的一路信号反射到所述光取样电路。

7.根据权利要求1所述的一种自触发脉冲式激光测距电路，其特征在于，所述光取样电路用于将接收识别到的激光作为光取样触发信号，并对光取样触发信号进行整形处理，将整形处理后的光取样触发信号输出至所述信号处理电路。

8.根据权利要求5所述的一种自触发脉冲式激光测距电路，其特征在于，所述探测器接收电路模块具体包括依次顺序连接光电转换器、信号放大器和滤波器；滤波器的输出端分别连接MCU主控电路模块和高精度计时电路模块的STOP引脚。

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