CN208296893U - 一种多功能激光测距仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多功能激光测距仪，其包括信号发生电路、混频及驱动放大电路、MCU处理器、温湿度传感器、温湿度转换电路、微处理器、角度传感器、角度转换电路、OLED显示电路、按键滚轮信号、蜂鸣器控制电路、蓝牙电路、电源及升压充电管理电路，可以实现温度、角度、湿度、角度的测量，还可以通过滚轮测量图纸的尺寸，计算实际尺寸，方便测量图纸，并能实现手机测量相关功能及测量数据显示功能，实现测量的多用途及智能化。

Description

一种多功能激光测距仪

技术领域

本实用新型涉及一种测量工具，具体涉及一种可以测温度、测湿度、测距离、测角度及图纸计算的激光测距仪。

背景技术

目前，市场上分别有温湿度测量仪，激光测距仪，角度测量仪，大多功能单一，仅仅满足某一测量项目的目的，如激光测距仪可以满足距离的检测，但测不了角度，而角度测量仪又实现不了测距的需要。市场需要提高产品的多用途，减少测量设备的数量，满足设备的使用率，达到一物多用的目的。

中国专利申请号CN103453878A记载了一种多用途多功能的激光测距仪，具有测距、测温、照明、书写记录等功能的激光测距仪，实现一机多用的目的。相对本发明而言，实现测量功能不一样，本发明不仅实现的是测角度及图纸计算功能，还可以通过手机APP实现测量数据并显示，实现更广更丰富更便捷的测量及绘图计算功能。

发明内容

本实用新型的目的就是为了克服现有技术的不足，提供一种能实现温度、湿度、角度、距离的测试于一体的多功能的测量工具。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种多功能激光测距仪，其要点是在于其包括：

一信号发生电路：提供激光测距相位需要的信号频率信号；信号发生模块主要为三个部件提供信号：基准信号混频器、激光二极管和APD调制信号；

一镜头模块；提供激光测距镜头组件，发射与接收光源信号；

一混频及驱动放大电路：是提取出携带相移信息的低频信号，混频输出频信号为5KHZ，其包含了信号传播被测距离后的相位移动信息。采用了单片微波集成电路BGA2022作为下变频混频器，其输入频率可以达到2.5GHZ，中频输出可到400MHZ，两路待混频信号分别从本振端和射频端输入，混频后得到5KHZ的中频信号，送入MCU的ADC进行鉴相，驱动电路中，高频信号直接调制到LD阴极；LD功率监测输出和来自MCU的功率控制端通过运放构成自稳跟随电路，并通过三极管控制激光二极管的直流偏置，达到动态调制激光二极管功率的功能；

一温湿度传感器：温湿度信号采集，采用SHT20芯片；

一温湿度转换电路：用于温湿度采集信号进行数据转换；

一微处理器：是手持激光测距仪的控制核心，硬件的最小系统仅包括MCU能够运行时的基本条件：电源、复位电路、系统时钟以及启动代码区域设置。本设计采用了外部26MHz晶体振荡器为其提供系统时钟。对上述矩阵电路进行数据采集、分析、计算、处理，是软件控制的核心部分；模拟端信号发生控制，模拟信号采集及鉴相，激光二极管功率控制，APD偏压控制，APD偏压控制，操作界面控制，系统电源及功耗控制，系统升级、维护等功能管理

一角度传感器：三维角度测试信号采集；

一角度转换电路：对三维角度测试信号进行转换；

一OLED显示电路：采用了有机二极管，SPI接口与MCU进行通信，三极管供电进行单独控制，以灵活控制系统功耗显示角度、温度、湿度、距离等测量数据；实现强烈光照下，清楚显示测量数据的目的；

一按键滚轮信号：按键滚轮信号采集，键盘连接方式采用应用最广泛的行列键盘完成，滚轮为ITP9707对射式光电开关，它可以检测出其接收的光强的变化，光电开关通过电信号与光信号互为转换，其组合了发光与受光元件，用以检查物体为目的；

一蜂鸣器控制电路：采用了无源蜂鸣器，采用片内定时器发生PWM波形驱动，蜂鸣器的提示音区分不同的频率和节奏，用于提示测量状态或测量结果；

一电源及升压充电管理电路：专用DC/DC芯片UC9233将电池电压提升至15V为系统各个模块供电，用于为上述各模块提供所需的直流电；采用了ADC端口对电池引入脚进行实时采样，并提示当前剩余电量，电源电路最低输入可以低至2.8V；

一蓝牙电路：实现手机APP对激光测量仪的测量及显示；

它按如下线路连接：按如下线路连接：微处理器分别与信号发生电路、镜头模块电路、混频及驱动放大电路、温湿度信号转换电路、湿湿度信号转换电路、角度信号转换电路、OLED显示电路、键盘滚轮接口、蜂鸣器控制电路、电源及升压充电管理电路连接；镜头模块电路与信号发生电路、混频及驱动放大电路连接；温湿度传感器与温湿度信号转换电路连接；角度三轴传感器与角度信号转换电路连接；

本实用新型的有益效果：集激光测距、温度测量、湿度测量、角度测量及图纸测量计算于一体，可以通过手机APP实现测量操作。

附图说明

图1是系统控制框图

图1中：10-电源及升压充电管理电路，20-微处理器，30-OLED显示电路，40-按键滚轮接口电路，50-蜂鸣器控制，60-蓝牙电路，70-信号发生电路，80-镜头模块，90-混频及驱动放大电路，100-温湿度传感器，110-温湿度信号转换电路，120-角度三轴传感器，130-角度信号转换电路

图2是MCU部分

图3是角度三轴传感器及转换电路

图4是OLED显示电路

图5是充电管理电路

图6是电源及升压电路

图7是温湿度传感器及转换电路

图8是滚轮接口电路

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

以下就图1所表示的实施例对本实用新型作进一步描述它包括：

一信号发生电路：提供激光测距相位需要的信号频率信号；信号发生模块主要为三个部件提供信号：基准信号混频器、激光二极管和APD调制信号；

一镜头模块；提供激光测距镜头组件，发射与接收光源信号；

一混频及驱动放大电路：是提取出携带相移信息的低频信号，混频输出频信号为5KHZ，其包含了信号传播被测距离后的相位移动信息。采用了单片微波集成电路BGA2022作为下变频混频器，其输入频率可以达到2.5GHZ，中频输出可到400MHZ，两路待混频信号分别从本振端和射频端输入，混频后得到5KHZ的中频信号，送入MCU的ADC进行鉴相，驱动电路中，高频信号直接调制到LD阴极。LD功率监测输出和来自MCU的功率控制端通过运放构成自稳跟随电路，控制激光二极管的直流偏置，达到动态调制激光二极管功率的功能；

一温湿度传感器：温度信号采集，采用SHT20芯片；

一温湿度转换电路：用于温湿度采集信号进行数据转换；

一微处理器：是手持激光测距仪的控制核心，硬件的最小系统仅包括MCU能够运行时的基本条件：电源、复位电路、系统时钟以及启动代码区域设置。本设计采用了外部26MHz晶体振荡器为其提供系统时钟。对上述矩阵电路进行数据采集、分析、计算、处理，是软件控制的核心部分；模拟端信号发生控制，模拟信号采集及鉴相，激光二极管功率控制，APD偏压控制，APD偏压控制，操作界面控制，系统电源及功耗控制，系统升级、维护等功能管理

一角度传感器：三维角度测试信号采集；

一角度转换电路：对三维角度测试信号进行转换；

一OLED显示电路：采用了有机二极管，SPI接口与MCU进行通信，三极管对供电进行单独控制，以灵活控制系统功耗显示角度、温度、湿度、距离等测量数据；

一键盘滚轮信号：键盘滚轮信号采集，键盘连接方式采用应用最广泛的行列键盘完成，滚轮为ITP9707对射式光电开关，它可以检测出其接收的光强的变化，光电开关通过电信号与光信号互为转换，其组合了发光与受光元件，用以检查物体为目的。

一蜂鸣器控制电路：采用了无源蜂鸣器，采用片内定时器发生PWM波形驱动，蜂鸣器的提示音区分不同的频率和节奏，用于提示测量状态或测量结果；

一电源及升压管路电路：专用DC/DC芯片UC9233将电池电压提升至15V为系统各个模块供电，用于为上述各模块提供所需的直流电，采用了ADC端口对电池引入脚进行实时采样，并提示当前剩余电量，电源电路最低输入可以低至2.8V；

一蓝牙电路：实现手机APP对激光测量仪的测量及显示；

实施例，图1上述实施例应用在多功能激光测距仪的具体步骤如下：

距离测量：启动测距后，MCU控制信号发生芯片产生第一组测尺信号，两信号频差为5KHZ，第一组测尺频率分别为f₁₁＝448.795MHz和f₁₂＝448.800MHz。信号经过滤波后，分别送往基准信号混频电路、APD混频电路和激光二极管混频电路。基准信号混频器输出5KHZ信号作为基准信号，设其包含相位信号为APD混频电路输出5KHZ信号作为被测信号，设其包含相位信号为MCU计算出基准信号和被测信号的相位差后，设为进入第二组测尺频率发生阶段，信号发生器产生第二组测尺频率(以下称粗尺信号)，分别为f₂₁＝446.755MHz和f₂₂＝446.760MHz，同理可得基准相位信号和被测相位信号的相位，设分别为知则其相差为依次类推，第三组测尺频率(以下称中尺信号)分别为f₃₁＝428.395MHz和f₃₂＝446.400MHz，对应基准相位信号和被测相位信号的相位为和相差为

根据差频测相原理，三把测尺的相位差分别为：

精尺：

粗尺：

中尺：

根据三把测尺的相位则可以计算出测尺对应的被测物体距离，将三把测尺的测量结果进行衔接就可以得到最终的测距结果，完成后MCU驱动OLED显示实际测量结果。

角度测量：由于测量精度、外力影响，三轴加速度计的横轴传感，零刻度度偏移，温度飘移等影响导致三轴加速度计在测量上出现误差，或者测量数据受到不同程度的污染，这对求倾斜角产生很大的阻碍。当倾斜角较小时，Z轴数据的分辨率极低，影响测量精度，所以此时运用其中两轴进行倾斜角测量将更精确。为提高精度，需要对倾斜角传感器进行调零校正，校正后的结果将是测量值减去偏移值后的数据。带三轴传感器的角度测量装置，其角度测量采用了高精度三轴角度传感器来进行信号采集，通过MCU的角度运算处理、数据传送、图形显示，按键信号采集，各模式功能切换等运算、处理工作，电子倾角测试仪采用了(64)位MCU担负着高精度三轴角度传感器的数据传送、角度运算、校准，数据传送、图形显示，电池电压检测及管理，按键信号采集，各模式功能切换等运算、处理工作。

温湿度测量：采用SHT20芯片，包含温度、湿度信号采集，温度采集电阻，当温度变化时，就会引起阻值的变化从而指示温度；湿度采用电子湿度传感器，同时充分考虑到了温度对湿度的影响，具有全温度范围的温度补偿，将采集的信号转换送至微处理器，MCU经处理计算后在OLED屏上显示。

滚轮图纸计算：通过测距仪右下脚的滚轮，滚轮采用ITR9707对射光电开关，它通过检测出其接收的光强的变化，光电开关通过电信号与光信号互为转换，其组合了发光与受光元件，用以检查物体为目的。滚轮通过与图纸接触的一面可以测量出图纸线路的长度，它能快速的响应，具有精度高的特点，再通过图纸设计的比例尺寸可以按比例放大计算，测出所需的尺寸。

手机APP测量显示：手机通过蓝牙电路，可进行温度、湿度、角度、距离等项目的测量，并在手机上显示测量数据，实现智能化，还可以通过手机进行数据传输。

以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种多功能激光测距仪，其特征在于，它包括

一温湿度传感器：温湿度信号采集；

一温湿度转换电路：用于温湿度采集信号进行数据转换；

一角度传感器：角度测试信号采集；

一角度转换电路：对三维角度测试信号进行转换；

一电源及升压充电管理电路：用于为上述各模块提供所需的直流电，采用了ADC端口对电池引入脚进行实时采样，并提示当前剩余电量；

一信号发生电路：提供激光测距相位需要的信号频率信号；

一镜头模块；提供激光测距镜头组件，发射与接收光源信号；

一混频及驱动放大电路：是提取出携带相移信息的低频信号，混频输出频信号为5KHZ，其包含了信号传播被测距离后的相位移动信息；

一微处理器：是手持激光测距仪的控制核心，对上述电路进行数据采集、分析、计算、处理，是软件控制的核心部分；模拟端信号发生控制，模拟信号采集及鉴相，激光二极管功率控制，APD偏压控制，操作界面控制，系统电源及功耗控制，系统升级、维护等功能管理；

一OLED显示电路：显示角度、温度、湿度、距离等测量数据；

一按键滚轮接口：按键滚轮信号采集，键盘连接方式采用行列键盘完成；

一蜂鸣器控制电路：蜂鸣器的提示音区分不同的频率和节奏，用于提示测量状态或测量结果；

一蓝牙电路：实现手机APP对激光测量仪的测量及显示。

2.根据权利要求1所述的一种多功能激光测距仪，其特征在于它按如下线路连接：微处理器分别与信号发生电路、镜头模块电路、混频及驱动放大电路、温湿度信号转换电路、湿湿度信号转换电路、角度信号转换电路、OLED显示电路、按键滚轮接口、蓝牙电路、蜂鸣器控制电路、电压滤波检测、电源及升压充气管理电路连接；镜头模块电路与信号发生电路、混频及驱动放大电路连接；温湿度传感器与温湿度信号转换电路连接；角度三轴传感器与角度信号转换电路连接。

3.根据权利要求1所述的一种多功能激光测距仪，其特征在于，所述的电源及升压充电管理电路为专用DC/DC芯片UC9233将电池电压提升至15V为系统各个模块供电。

4.根据权利要求1所述的一种多功能激光测距仪，其特征在于，所述的蜂鸣器控制电路采用了无源蜂鸣器，采用片内定时器发生PWM波形驱动。

5.根据权利要求1所述的一种多功能激光测距仪，其特征在于，所述的OLED显示电路是采用有机发光二极管，SPI接口与MCU进行通信，三极管对供电进行单独控制。

6.根据权利要求1所述的一种多功能激光测距仪，其特征在于，所述的微处理器采用硬件的最小系统仅包括MCU能够运行时的基本条件：电源、复位电路、系统时钟以及启动代码区域设置，采用了外部26MHz晶体振荡器为其提供系统时钟。

7.根据权利要求1所述的一种多功能激光测距仪，其特征在于，所述的一角度传感器是三维角度传感器，采用MMA8451Q，所述的温湿度传感器采用SHT20芯片。

8.根据权利要求1所述的一种多功能激光测距仪，其特征在于，所述的信号发生电路信号发生模块主要为三个部件提供信号：基准信号混频器、激光二极管和APD调制信号。

9.根据权利要求1所述的一种多功能激光测距仪，其特征在于，所述的混频及驱动放大电路采用了单片微波集成电路BGA2022作为下变频混频器。

10.根据权利要求1所述的一种多功能激光测距仪，其特征在于，所述的按键滚轮接口采用了ITP9707对射式光电开关为滚轮接入信号。