CN204065408U - 一种激光测距机终端模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光测距机终端模块，包括微处理器、复位芯片、光耦隔离驱动芯片和石英晶体振荡器，所述终端模块通过光耦隔离驱动芯片连接激励源发射机，微处理器的自动增益输出端连接接收分机的输入端，复位芯片的输出端连接微处理器的输入端，终端模块通过光耦隔离串口驱动芯片与系统接口相连接，所述石英晶体振荡器的输出端连接微处理器的输入端。本实用新型通过集成芯片LPC1759的微处理器作为终端分机的主体，通过其内部集成的各个模块进行终端分机功能的实现，使终端分机变为测距模块，从而使现有的终端分机的结构变的简单，减少了芯片数量，提高了设备的MTBF值，使终端分机更可靠，具有广泛的应用前景。

Description

一种激光测距机终端模块

技术领域

本实用新型涉及激光测距领域，尤其涉及一种激光测距机终端模块。

背景技术

测距机发展时间已经比较长，而且涉及产业面较为广泛，而且在跟踪探测动态物体方面尤为常见；其中测距分析模块属于 “信息技术领域”下的“G06 计算；推算；计数领域”，该终端模块现应用于“脉冲激光测距机信息处理电路”，而以前现有的电路的设计通常以“单片机+FPGA”来实现信息处理装置。以“单片机+FPGA”来实现信息处理装置其存在的缺点是体积大、抗电磁干扰能力差、测距（测时）精度低、一般只能实现5米精度，而且不具备数字“自动增益控制”能力，不能有效降低后向散射带来的虚警，不能实现回波通道的恒虚警控制。

实用新型内容

 本实用新型的目的是提供一种激光测距机终端模块，体积小，功耗低，功能多，性能强，环境适用性强，进一步的简化了设计、提高了成本和可靠性。

 本实用新型采用下述技术方案：

一种激光测距机终端模块，包括微处理器、复位芯片、光耦隔离驱动芯片和石英晶体振荡器，所述终端模块通过光耦隔离驱动芯片连接激励源发射机，微处理器的自动增益输出端连接接收分机的输入端，复位芯片的输出端连接微处理器的输入端，终端模块通过光耦隔离串口驱动芯片与系统接口相连接，所述石英晶体振荡器的输出端连接微处理器的输入端。

还包括有温度传感器，所述的温度传感器的输出端连接微处理器的输入端。

终端模块设置有SPI和I2C接口，用于实现功能扩展。

所述的微处理器为LPC1759。

所述的复位芯片采用CAT1025SI。

所述石英晶体振荡器为11.0592MH晶振。

本实用新型通过集成芯片 LPC1759微处理器进行终端分机的主体，通过其内部集成的各个模块进行终端分机功能的实现，使终端分机变为测距模块，从而使现有的终端分机的结构变的简单，减少了芯片数量，提高了设备的MTBF值；同时，大大简化了脉冲激光测距机信息处理分机的设计，提高了开发效率、缩小整个激光测距机的体积并降低了成本，通用性更强，而且提高了产品开发速度，降低成本，其总成本小于终端分机的一半，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为本实用新型所述直接计数法激光测距原理。

具体实施方式

常用的脉冲激光测距机，大多包括光学分机、激励源发射分机、终端分机和接收分机，所述所述终端分机用于接收系统指令，控制激励源发射分机通过光学分机探测目标，激光照射目标的反射光通过光学分机到达接收分机，接收分机的输出端连接终端分机的输入端，终端分机测量出激光发收的时间差，并解算出目标距离，但现有的终端分机大多采用单片机+FPGA来实现，整体体积很大，而本实用新型则采用终端模块来代替终端分机，且具有体积小，功耗低，功能多，性能强，环境适用性强的特点，具体的如图1所示，所述的终端模块包括微处理器、复位芯片、光耦隔离驱动芯片和石英晶体振荡器，所述激励源发射分机通过光耦隔离驱动芯片连接微处理器，微处理器的输出端连接接收分机的输入端，复位芯片的输出端连接微处理器的输入端，微处理器通过光耦隔离驱动芯片与系统接口相连接，所述石英晶体振荡器的输出端连接微处理器的输入端，所述的微处理器为LPC1759。

还包括有温度传感器，所述的温度传感器的输出端连接微处理器的输入端。所述温度传感器的测温芯片为DS18B20+，可实现0.5℃的测温精度。

所述测时模块设置有SPI和I2C接口，用于实现功能扩展。

所述的复位芯片采用CAT1025SI。

本实用新型所述的终端模块的体积为（长宽高）55mm×30mm×15mm的信息处理器模块。该模块包含通信、激光发射控制、接收分机状态控制、测距机状态检测等功能，是一个完整的终端分机。

本实用新型通过以LPC1759微处理器为核心的实用电路设计，其包含如下功能：高速通信、低功耗、高速运算、宽温工作、预留接口，均由以的LPC1759为核心的电路软硬件设计实现，经过实践验证可以满足设计指标。而其片内计数器运行速度可达120MHz，故可以有冗余的实现测距精度小于1.5米（测时精度优于10纳秒），此数据远小于常规的5米测距精度，提高了测距（测时）精度。常规测距机通常已30MHz的石英晶体振荡器做为计时基准，这样实现的测距精度为5米，而本实用新型中的模块以110MHz做为计时基准，所以实现精度1.5米。所以，以LPC1759为核心的测距电路大大简化了电路的设计。

普通的激光测距机，该曲线通常由RC模拟电路产生，精度差，适应性差，一旦RC值确定，其自动增益控制曲线就固定，设计缺少灵活性。本实用新型通过LPC1759芯片内DMA (Direct Memory Access，直接内存存取)驱动LPC1759芯片内DA的方式，实现自动增益控制。此均为芯片内部集成设置，只需使用时进行设置即可，具体不在累述。所述DA的指标为10位精度3MHz，可以产生任意需要的自动增益控制曲线。本实用新型采用DMA保证了产生自动增益控制曲线不会影响CPU对主回波采样，不仅实现了曲线设计的灵活性，使其更接近理论曲线形状（或工程实践中摸索出的最优曲线）；在测距的同时，终端模块产生接收分机需要的“自动增益控制曲线”，有效降低后向散射带来的虚警，实现回波通道的恒虚警控制；而且通过对回波通道的噪声采样，实现自动增益控制曲线的负反馈闭环控制，使整机具有更好的环境适用性。

针对激励源放电时产生的串扰，本实用新型采用光耦隔离的方法，首先注意地线的隔离，这样防止干扰从地线上绕过光耦，干扰微处理器，即微处理器的地线与激励源的地线不直接相连；其次光耦的选型应注意选取Vceo和Veco较大的光耦，这样能够保护输出端口不容易被损坏。通过光耦的采用，本实用新型实现对激励源上串扰的隔离，理论可耐2500V干扰，实际工作中，经受了60V的干扰，工作稳定可靠。

本实用新型通过：通过对模块内LPC1759片内集成的UART寄存器的设置，实现高速通讯。模块内嵌的串口通讯波特率大于115200bps，最高可达到1Mbps。

本实用新型通过LPC1759芯片内PLL的集成配置，从而运算速度大大提高。该模块运算速度高达150MIPS。为复杂数字化滤波降噪提供了硬件支撑。本实用新型满负荷运转，功耗小于0.7W。此外，模块还有宽温工作的特点，可在 -45℃～＋70℃环境下可靠稳定工作。脉冲激光测距机的工作原理如下：

脉冲激光测距机的激光器产生激光脉冲，照射被测目标，反射光回到探测点经光学天线接收进入接收分机，经电路处理，测量出激光发射到接收之间的时间间隔t，可以得到被测距离R。

R = t × c / 2 …………………………………（1）

式（1）中

R：被测距离

t：激光在所测路程上的来回传播时间

c：光速

在激光测距机中，通常采用直接计数法对t进行测量，从而计算出距离。

直接计数法工作原理为：测距机发射激光时产生主波信号，接收激光时产生回波信号，当主波来时计数器开始工作、回波来时计数器停止工作，计数器进行读取，达到时间测量的目的。如图2所示。测距功能以测距精度1.5m为例，由直接计数法激光测距原理和公式（1）可知需要大于100MHz的计数时钟和响应速度才能实现，所以本实用新型采用LPC1759片内集成的PLL技术，对输入的11.0592MHz进行10倍频，实现了110MHz的计数频率。

Claims (6)

1.一种激光测距机终端模块，其特征在于：包括微处理器、复位芯片、光耦隔离驱动芯片和石英晶体振荡器，所述终端模块通过光耦隔离驱动芯片连接激励源发射机，微处理器的自动增益输出端连接接收分机的输入端，复位芯片的输出端连接微处理器的输入端，终端模块通过光耦隔离串口驱动芯片与系统接口相连接，所述石英晶体振荡器的输出端连接微处理器的输入端。

2.根据权利要求1所述的激光测距机终端模块，其特征在于：还包括有温度传感器，所述的温度传感器的输出端连接微处理器的输入端。

3.根据权利要求2所述的激光测距机终端模块，其特征在于：终端模块设置有SPI和I2C接口，用于实现功能扩展。

4.根据权利要求3所述的激光测距机终端模块，其特征在于：所述的微处理器为LPC1759。

5.根据权利要求4所述的激光测距机终端模块，其特征在于：所述的复位芯片采用CAT1025SI。

6.根据权利要求5所述的激光测距机终端模块，其特征在于：所述石英晶体振荡器为11.0592MH晶振。