CN209605844U - 一种线性激光传感器的检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种线性激光传感器的检测电路，包括光敏元件阵列、光敏元件阵列驱动电路、AD采集滤波变送电路、微处理器、姿态环境感知电路、通讯模块和电源电路，所述姿态环境感知电路和通讯模块均与微处理器连接；所述光敏元件阵列上设置有控制端和输出端，微处理器通过光敏元件阵列驱动电路与控制端连接，微处理器通过AD采集滤波变送电路与输出端连接；所述光敏元件阵列包括多个纵向排布的光敏元件列，每列光敏元件列中包括多个均匀设置的光敏元件，多个光敏元件列的高度依次递减或递增。本实用新型解决能够在远距离的条件下快速而精确地测得激光模组所发激光的相对位移，从而实现被测目标的精确定位与测量。

Description

一种线性激光传感器的检测电路

技术领域

本实用新型属于电子电路技术领域，具体地说涉及一种线性激光传感器的检测电路。

背景技术

激光传感器是一种常用的测量仪器，主要针对于长度、距离、振动、速度、方位等物理量的测量，还可用于探伤和大气污染物的监测等。它具有非接触、高精度、高速度、绝对测距等卓越特性，因而得到国内外越来越多的关注和应用。

目前，常用的激光传感器在测量时通常距离目标比较近（一般小于10m）；且多采用可见光，因此，在室内或环境光较为稳定的场合。但在工程测量、测绘技术等领域中，很多场合需要进行远距离和高精度的测量，例如要求测量精度小于1mm，要求测试目标对象的距离大于100m。这就需要在感光面积和测试距离间寻求平衡，但目前现有技术中并没有较好的能够进行远距离和高精度测量的技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种线性激光传感器的检测电路，本实用新型解决的技术问题是能够实现被测目标的精确定位与测量。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种线性激光传感器的检测电路，包括光敏元件阵列、光敏元件阵列驱动电路、AD采集滤波变送电路、微处理器、姿态环境感知电路、通讯模块和电源电路，所述电源电路分别与光敏元件阵列、光敏元件阵列驱动电路、AD采集滤波变送电路、微处理器、姿态环境感知电路和通讯模块连接，所述姿态环境感知电路和通讯模块均与微处理器连接；所述光敏元件阵列上设置有控制端和输出端，微处理器通过光敏元件阵列驱动电路与控制端连接，微处理器通过AD采集滤波变送电路与输出端连接；所述光敏元件阵列包括多个纵向排布的光敏元件列，每列光敏元件列中包括多个均匀设置的光敏元件，多个光敏元件列的高度依次递减或递增。

所述光敏元件阵列中任意相邻两光敏元件列之间的间距为2mm。

所述光敏元件阵列中任意相邻两光敏元件列之间的高度差为N/10mm (N为光敏元件列的数量，且N<10)。

所述光敏元件列中任意相邻两个光敏元件的间距大于或等于0.4mm。

所述光敏元件阵列驱动电路包括多路PMOS开关管，每一路PMOS开关管对应控制一列光敏元件列。

所述电源电路包括数字电源电路、模拟电源电路和射频电源电路，数字电源电路分别与微处理器和姿态环境感知电路连接，模拟电源电路分别与AD采集滤波变送电路、光敏元件阵列和光敏元件阵列驱动电路连接，射频电源电路与通讯模块连接。

所述通讯模块包括LORA模块和WIFI模块，LORA模块和WIFI模块均与微处理器连接。

所述的检测电路还包括与微处理器连接的USB接口电路。

本实用新型中，所述微处理器通过光敏元件阵列驱动电路控制光敏元件阵列接收信号，所述微处理器通过AD采集滤波变送电路采集光敏元件阵列接收到的信号，所述姿态环境感知电路用以实时检测激光传感器当前所处的姿态情况和温湿度环境状况。

本实用新型主要装配在一带有滤透镜面板的壳体内，光敏元件阵列的位置与滤透镜面板相对应，且滤透镜面板的中心设置有十字丝结构的照准参考点。在使用时依托于线性激光模组以及全站仪或经纬仪等设备，将线性激光模组安装在基准点上，其具体实施原理为：

依托全站仪或经纬仪等设备的望远镜形成视准线，通过视准线照准设置在一定距离外的滤透镜面板上的十字丝。然后控制线性激光模组发射线性激光并确认垂直照射光敏元件阵列，再将线性激光模组固定于基准点。

完成照准并固定线性激光模组后，控制线性激光模组发射线性激光，照射于滤透镜面板上，激光传感器的微处理器通过光敏元件阵列驱动电路控制光敏元件阵列接收线性激光，光敏元件阵列接收到线性激光后，通过AD采集滤波变送电路将线性激光信号发送至微处理器，微处理器根据接收到的信号计算出线性激光在光敏元件阵列上的光斑位置以及该光斑位置到十字丝的实际垂直距离，同时将姿态环境感知电路检测到的当前激光传感器的姿态情况和温湿度环境状况信息，一并和所测得的线性激光光斑实际垂直距离通过WIFI模块、LORA模块或USB接口电路反馈至接收终端。

采用本实用新型的优点在于：

1、本实用新型通过光敏元件阵列、光敏元件阵列驱动电路、AD采集滤波变送电路、微处理器、姿态环境感知电路、通讯模块和电源电路组成的检测电路，能够快速而准确地测得激光模组所发激光的相对位移。其中，将光敏元件阵列中的多个光敏元件列按高度依次递减或递增的方式进行排列，采用该特定的排列方式，能够在远距离的条件下快速而精确地测得激光模组所发激光的相对位移，从而实现被测目标的精确定位与测量。另外，通过姿态环境感知电路可实时检测传感器自身状况和所处环境状态。在使用过程中，姿态和环境数据实时反馈，可实时检测传感器工况，并进行相应的修正或报错处理。

2、本实用新型将光敏元件阵列中任意相邻两光敏元件列之间的间距设为2mm，将任意相邻两光敏元件列之间的高度差设为N/10mm (N为光敏元件列的数量，且N<10)，将光敏元件列中任意相邻两个光敏元件的间距设大于或等于0.4mm。这样的设置方式能够将测量精度提高到N/10mm级别，还能够进一步通过重复测量次数提升精度。

3、本实用新型中每一路PMOS开关管对应控制一列光敏元件列中的多只光敏元件,可非常方便的扩展出多路多通道的阵列驱动电路。

4、本实用新型的电源采用低压直流电源电路,输入电压范围+3.3V～+5.0V，可方便设置为电池供电，特别有利于野外使用。

5、本实用新型通过LORA模块和WIFI模块，可在不方便布设有线传输的工况下，实现数据的无线传输。

6、本实用新型通过USB接口电路，使得使用者能够在即使没有无线信号时也能通过有线传输的方式，读取微处理器发送的实时数据，从而保证激光传感器能够在不同的环境下使用。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图；

图2为本实用新型中光敏元件阵列的结构示意图；

图3为本实用新型中光敏元件阵列驱动电路的电路图；

图4为本实用新型中AD采集滤波变送电路的电路图；

图5为本实用新型中微处理器的电路图；

图6为本实用新型中LORA模块的电路图；

图7为本实用新型中WIFI模块的电路图；

图8为本实用新型中姿态环境感知电路的电路图；

图9为本实用新型中USB接口电路的电路图；

图10为本实用新型中电源电路的电路图；

图中标记为：1、通讯模块，2、USB接口电路，3、微处理器，4、光敏元件阵列驱动电路，5、AD采集滤波变送电路，6、光敏元件阵列，7、射频电源电路，8、数字电源电路，9、模拟电源电路，10、姿态环境感知电路。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型公开了一种线性激光传感器的检测电路，包括光敏元件阵列6、光敏元件阵列驱动电路4、AD采集滤波变送电路5、微处理器3、姿态环境感知电路10、通讯模块1和电源电路，所述电源电路分别与光敏元件阵列6、光敏元件阵列驱动电路4、AD采集滤波变送电路5、微处理器3、姿态环境感知电路10和通讯模块1连接，所述姿态环境感知电路10和通讯模块1均与微处理器3连接，所述微处理器3上还连接有USB接口电路2。所述通讯模块1包括LORA模块和WIFI模块，LORA模块和WIFI模块均与微处理器3连接。所述光敏元件阵列6上设置有控制端和输出端，微处理器3通过光敏元件阵列驱动电路4与控制端连接，微处理器3通过AD采集滤波变送电路5与输出端连接；所述光敏元件阵列6包括多个纵向排布的光敏元件列，每列光敏元件列中包括多个均匀设置的光敏元件，多个光敏元件列的高度依次递减或递增。

本实用新型中，所述电源电路包括数字电源电路8、模拟电源电路9和射频电源电路7，数字电源电路8分别与微处理器3和姿态环境感知电路10连接，模拟电源电路9分别与AD采集滤波变送电路5、光敏元件阵列6和光敏元件阵列驱动电路4连接，射频电源电路7与通讯模块1连接。

本实用新型中，所述光敏元件阵列驱动电路4包括多路PMOS开关管，每一路PMOS开关管对应控制一列光敏元件列。

如图2所示，光敏元件阵列6采用多个与激光模组波长匹配的光敏元件，多个光敏元件组成多个光敏元件列，多个光敏元件列纵置排布，光敏元件阵列6中任意相邻两光敏元件列之间的间距为2mm，光敏元件阵列6中多个光敏元件列的高度依次递减，且任意相邻两光敏元件列之间的高度差为N/10mm (N为光敏元件列的数量，且N<10)，光敏元件列中任意相邻两个光敏元件的间距大于或等于0.4mm。并为每只光敏元件分配唯一的物理位置，用以确定检测、计算和标定线性激光精确位置。

如图3所示，光敏元件阵列驱动电路4采用多路PMOS开关管作为每列光敏元件列是否选通的电子开关，每一只PMOS开关管控制光敏元件阵列6中的一列M只光敏元件，控制其是否与+3.3V_A电源接通。每列光敏元件列中的M只光敏元件共同连接至同一只分压电阻后再连接到GND。每列光敏元件列与分压电阻连接的节点即是所要采集的与+3.3V_A接通的光敏元件的所受辐照度相关的电压参数值，经微处理器3计算、分析，即可得到此光敏元件的当前辐照度值。

以图3最底部一列为例，PMOS开关管Q1的基极由电阻R6上拉至+3.3V_A电源端，当来自微处理器3的控制信号经限流电阻R1为高电平时，PMOS开关管Q1为截止状态；当来自微处理器3的控制信号经限流电阻R1为低电平时，PMOS开关管Q1为饱和状态，光敏元件S1～S36接通至+3.3V_A电源端，此时微处理器3的AD转换器分别读取分压电阻R11～R18上的电压值ADC1IN0～ADC1INM，然后进行计算、分析，得到光敏元件S1～S36所对应的辐照度值。读取完这一行的参数值后，再依次开通Q2～QN，即得到光敏元件阵列6的所有光敏元件的辐照度。就能进一步计算得到线性激光模组所发射线性激光的精确位置。

如图4所示，AD采集滤波变送电路5采用电阻分压采样、阻容滤波方式，分压电阻R11～R18上输出的电压值分别经过阻容滤波（R14、C1～R17、C4）后，直接连接至微处理器3电路5的AD转换器接口上。

如图5所示，微处理器3采用意法半导体的32位Cortex-M3内核的STM32F103单片机(U6)作为核心处理器件。仿真、下载接口采用SWD接口(P2)，单片机供电采用数字部分、模拟部分分开布置的方式，电压参考端电压信号来自TI的两端带隙电压参考芯片LM285-2.5V（U8）。单片机时钟电路采用外部8MHz无源晶体振荡器(Y1)提供的频率信号。

如图6、7所示，LORA模块和WIFI模块电路均采用USART接口形式与微处理器3连接，并将串口WIFI模块配置为AP模式，LORA模块配置为定点模式。

如图8所示，姿态环境感知电路10通过I2C接口与微处理器3连接，用以实时检测传感器当前所处的姿态情况和温湿度环境状况。实际使用时可将姿态、温湿度数据与检测结果一同作为数组存储，将数组进行综合分析可辨识不同要素的影响程度，从而提升检测结果的趋势判断准确率。

如图9所示，USB接口电路2采用FTDI的USB转串口芯片FT232，可在通过LORA模块和WIFI模块无线上传数据的同时，通过USB接口同步上传数据，使得使用者能够在没有无线信号时也能够实时读取微处理器3发送的数据，从而保证激光传感器能够在不同的环境下使用。

如图10所示，电源电路采用模拟电源电路9、数字电源电路8、射频电源电路7分开布置的方式，保证各模块的电源质量，隔离相互间的干扰，并保证用电器件的电源功率输入要求，同时具备电源指示。

Claims (5)

1.一种线性激光传感器的检测电路，其特征在于：包括光敏元件阵列（6）、光敏元件阵列驱动电路（4）、AD采集滤波变送电路（5）、微处理器（3）、姿态环境感知电路（10）、通讯模块（1）和电源电路，所述电源电路分别与光敏元件阵列（6）、光敏元件阵列驱动电路（4）、AD采集滤波变送电路（5）、微处理器（3）、姿态环境感知电路（10）和通讯模块（1）连接，所述姿态环境感知电路（10）和通讯模块（1）均与微处理器（3）连接；所述光敏元件阵列（6）上设置有控制端和输出端，微处理器（3）通过光敏元件阵列驱动电路（4）与控制端连接，微处理器（3）通过AD采集滤波变送电路（5）与输出端连接；所述光敏元件阵列（6）包括多个纵向排布的光敏元件列，每列光敏元件列中包括多个均匀设置的光敏元件，多个光敏元件列的高度依次递减或递增；

所述光敏元件阵列（6）中任意相邻两光敏元件列之间的间距为2mm；

所述光敏元件阵列（6）中任意相邻两光敏元件列之间的高度差为N/10mm，N为光敏元件列的数量，且N<10；

所述光敏元件列中任意相邻两个光敏元件的间距大于或等于0.4mm。

2.如权利要求1所述的一种线性激光传感器的检测电路，其特征在于：所述光敏元件阵列驱动电路（4）包括多路PMOS开关管，每一路PMOS开关管对应控制一列光敏元件列。

3.如权利要求1或2所述的一种线性激光传感器的检测电路，其特征在于：所述电源电路包括数字电源电路（8）、模拟电源电路（9）和射频电源电路（7），数字电源电路（8）分别与微处理器（3）和姿态环境感知电路（10）连接，模拟电源电路（9）分别与AD采集滤波变送电路（5）、光敏元件阵列（6）和光敏元件阵列驱动电路（4）连接，射频电源电路（7）与通讯模块（1）连接。

4.如权利要求1所述的一种线性激光传感器的检测电路，其特征在于：所述通讯模块（1）包括LORA模块和WIFI模块，LORA模块和WIFI模块均与微处理器（3）连接。

5.如权利要求1所述的一种线性激光传感器的检测电路，其特征在于：所述的检测电路还包括与微处理器（3）连接的USB接口电路（2）。