CN219085139U - 一种高精度多目标激光测距电路 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种高精度多目标激光测距电路，涉及激光光电技术领域，包括探测器接收电路、信号处理电路、高精度计时电路和MCU主控电路；所述探测器接收电路的输出端连接所述信号处理电路的输入端；所述MCU主控电路分别连接所述信号处理电路和高精度计时电路；所述高精度计时电路连接所述信号处理电路的输出端。本申请方案将传统单目标测距模式更改为多目标测距模式，提高激光测距准确性和可靠性，增强了激光测距电路的环境适应能力。

Description

一种高精度多目标激光测距电路

技术领域

本实用新型属于激光光电技术领域，具体涉及一种高精度多目标激光测距电路。

背景技术

激光测距(laser distance measuring)是以激光器作为光源进行测距。根据激光工作的方式分为连续激光器和脉冲激光器。激光测距一般包括两种方式来测量距离：脉冲法和相位法。脉冲法测距过程为：测距仪发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间。光速和往返时间的乘积的一半，就是测距仪和被测量物体之间的距离。脉冲测距法测量距离的精度是一般是在+/-10厘米左右。另外，此类测距仪的测量盲区一般是1米左右。

目前很多脉冲激光测距机都是对单目标进行距离测量，计算激光发射端到被测目标之间的时间间隔。但是单目标测距模式在被测目标前出现其他小物体干扰时，会产生多个反射激光回波的现象，而脉冲激光测距机只能测量在量程范围内的第一个目标，若遇到前述的情况，则第一个目标并非真正要测量的目标，测距则出现错误，此时往往需要多次测量，这会极大影响脉冲激光测距的精度，测距的准确性不高。

实用新型内容

为解决上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种高精度多目标激光测距电路，旨在解决当前单目标测距模式环境适应能力差，不能进行多目标测距且测距的准确性较低，可靠性较差的问题。

为达成以上目的，本申请采用如下技术方案：

本实用新型提供了一种高精度多目标激光测距电路，包括探测器接收电路、信号处理电路、高精度计时电路和MCU主控电路；所述探测器接收电路的输出端连接所述信号处理电路的输入端；所述MCU主控电路分别连接所述信号处理电路和高精度计时电路；所述高精度计时电路连接所述信号处理电路的输出端。

进一步地，所述探测器接收电路具体包括依次顺序连接的光电转换单元、信号整形单元和信号放大器；所述信号处理电路的输入端与信号放大器的输出端连接。

进一步地，所述信号整形单元为单稳态触发器和施密特触发器中的一种。

进一步地，所述光电转换单元为光电二极管、光电三极管和光敏电阻中的一种。

进一步地，还包括激光发射模块，用于发射激光脉冲。

进一步地，所述MCU主控电路具体包括主控芯片和通信模块；主控芯片设有通过IO口分别连接所述信号处理电路、高精度计时电路和通信模块。

进一步地，所述通信模块为数据传输线、通信光纤、蓝牙通信模块、WiFi通信模块中的一种或多种。

进一步地，还包括上位机，用于显示多目标距离测量结果，所述MCU主控电路连接上位机。

本申请采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：

本申请方案提供的高精度多目标激光测距电路，其包括探测器接收电路、信号处理电路、高精度计时电路和MCU主控电路；探测器接收电路的输出端连接信号处理电路的输入端；MCU主控电路分别连接信号处理电路和高精度计时电路；高精度计时电路连接信号处理电路的输出端。在该设置下，探测器接收电路将接收到的光信号转换为电信号，经过整形、放大等处理后，变成可被信号处理电路检测识别的模拟信号进入到信号处理电路；信号处理电路将接收到的回波信号进行误差校正，同时接收来自MCU主控芯片的脉冲信号，利用内部的逻辑门电路对两个信号进行逻辑处理，将最终的输出信号传送至高精度计时电路作为计时触发信号。高精度计时电路接收信号处理电路输出的信号和MCU主控电路的输出信号计算出两个信号之间的计时间隔；MCU主控电路根据计时间隔获得多个目标距离值，并将其发送至上位机。本申请方案通过上述电路结构，将单目标测距模式更改为多目标测距模式，提高激光测距准确性和可靠性，增强了激光测距电路的环境适应能力。

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是根据一实施例示出的高精度多目标激光测距电路原理框图；

图2是根据一实施例示出的MCU主控电路电气引脚图；

图3是根据一实施例示出的探测器接收电路和信号处理电路的电气引脚图；

图4是根据一实施例示出的高精度计时电路电气引脚图；

图1中：1-探测器接收电路，2-信号处理电路，3-高精度计时电路，4-MCU主控电路，5-上位机。

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。

在激光测距技术中，与单目标测距模式相比，多目标测距模式具有更高的可靠性和环境适应性，对某目标进行连续测距时，若目标前突然出现其他小物体干扰，多目标测距模式可以对正确的距离值进行筛选，提高测距的准确性，而单目标测距模式下，不具备距离值选择筛选能力，测距准确性将会减小，因此本申请提出了高精度多目标激光测距电路。

请参阅图1，图1是根据一示例性实施例示出的高精度多目标激光测距电路原理框图。如图1所示，该包括探测器接收电路1、信号处理电路2、高精度计时电路3和MCU主控电路4；所述探测器接收电路1的输出端连接所述信号处理电路2的输入端；所述MCU主控电路4分别连接所述信号处理电路2和高精度计时电路3；所述高精度计时电路3连接所述信号处理电路2的输出端。

进一步地，在一个实施例中，所述探测器接收电路1用于对激光测距的回波信号进行光电转换处理，并经过整形、放大后变成可被信号处理电路2检测识别的模拟信号进入到信号处理电路2。在本申请方案中，探测器接收电路1具体包括依次顺序连接的光电转换单元、信号整形单元和信号放大器；所述信号处理电路2的输入端与信号放大器的输出端连接。在探测器接收电路1工作时，利用光电转换单元将激光测距的回波信号转换模拟信号，即将光信号转换为电信号，然后利用信号整形单元对电信号(模拟信号)进行整形，最后利用信号放大器对整形后的信号进行放大输出。

其中，信号整形单元用于对电信号(模拟信号)进行整形，可采用单稳态触发器和施密特触发器中的一种，具体可以根据实际需求进行选择。

光电转换单元为光电二极管、光电三极管和光敏电阻中的一种，具体可以根据实际需求进行选择。光电二极管、光电三极管是电子电路中广泛采用的光敏器件。光电二极管和普通二极管一样具有一个PN结，不同之处是在光电二极管的外壳上有一个透明的窗口以接收光线照射，实现光电转换，在电路图中文字符号一般为VD。光电三极管除具有光电转换的功能外，还具有放大功能，在电路图中文字符号一般为VT。光电三极管因输入信号为光信号，所以通常只有集电极和发射极两个引脚线。同光电二极管一样，光电三极管外壳也有一个透明窗口，以接收光线照射。光敏电阻是用硫化隔或硒化隔等半导体材料制成的特殊电阻器，表面还涂有防潮树脂，具有光电导效应。光敏电阻的工作原理是基于内光电效应，即在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻。为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。

进一步地，在一个实施例中，高精度多目标激光测距电路还包括激光发射模块，用于发射激光脉冲进行激光测距，本申请方案中激光发射模块可以选择与MCU主控电路4连接，由MCU主控电路4驱动发射激光。

进一步地，在一个实施例中，所述MCU主控电路4具体包括主控芯片和通信模块；主控芯片设有通过IO口分别连接所述信号处理电路2、高精度计时电路3和通信模块。其中，通信模块可以采用有线通信方式或者无线通信方式进行数据传输，因此通信可以为数据传输线、通信光纤、蓝牙通信模块、WiFi通信模块中的一种或多种，具体可以根据实际的情况进行选择。

具体的，主控芯片可以选用MS1004激光测距芯片、Flash型FPGA芯片AGLN060等型号的芯片，这些主控芯片中设有目标选择电路，可对多个被测目标的回波信号的距离值进行筛选，提高电路对多目标测距的测量准确率。

请参照图2，图2示出了本申请方案的MCU主控电路4电气引脚架构图，可以看出MCU主控电路4中设有EN_START引脚和EN_STOP引脚。同时，MCU主控电路4中还设有EN_SIGNAL2引脚，EN_SIGNAL2引脚连接信号处理电路2，MCU主控电路4通过该引脚发送脉冲信号或脉冲信号对至信号处理电路2。

请参照图3，图3示出了探测器接收电路1和信号处理电路2的电气引脚图，信号处理电路2利用逻辑电路将探测器接收电路1的输出信号和EN_SIGNAL2信号进行逻辑处理，并将处理后的信号发送至高精度计时电路3作为计时触发信号，触发高精度计时电路3开始计时和停止计时。

请参照图4，图4示出了高精度计时电路3的电气引脚图，高精度计时电路3接收信号处理电路2整形处理输出的信号，包括start(开门)信号和stop(关门)信号，以接收start(开门)信号开始计时，在接收到stop(关门)信号时停止计时，再通过其内置的门电路计算出两个信号之间的时间间隔作为计时间隔。

进一步地，在一个实施例中，高精度多目标激光测距电路还包括上位机5，用于显示多目标距离测量结果，所述MCU主控电路4通过通信模块连接上位机5。其中，上位机5可以显示被测的是第几个目标，同时显示对应被测目标的距离值。

需要说明的是，高精度计时电路3由MCU主控电路4配置进入工作模式，并接收来自信号处理电路2的计时触发信号，计算多个脉冲信号对对应的时间间隔；

需要说明的是，MCU主控电路4控制高精度计时电路3进入工作模式，并发送EN_SIGNAL2信号给信号处理电路2处理，最后通过SPI通讯，获取高精度计时电路3计算的时间间隔并解算出相应的被测目标距离值。

具体的，本申请方案中，高精度多目标激光测距电路的工作过程如下：

在MCU主控电路4驱动激光发射模块发射激光后，探测器接收电路1将光电二极管接收到的光信号转换为电信号，经过整形、放大等处理后，变成可被信号处理电路2检测识别的模拟信号进入到信号处理电路2；

信号处理电路2将接收到的回波信号进行处理，同时接收来自MCU主控芯片的脉冲信号或脉冲信号对，通过逻辑门电路处理，将最终的输出信号传送至高精度计时电路3，作为计时芯片计时触发信号；

高精度计时电路3接收信号处理电路2整形处理出来的start(开门)信号和stop(关门)信号，利用其内置的门电路计算出start(开门)信号和stop(关门)信号之间的时间间隔；

MCU主控电路4一方面控制IO口(EN_SIGNAL2引脚处的接口)输出脉冲信号或脉冲信号对发送至信号处理电路2，与探测器接收电路1接收到的回波信号进行逻辑处理后共同作为高精度计时电路3的计时触发信号。另一方面，MCU主控电路4通过与高精度计时电路3通讯，获得多个stop信号与start信号之间的计时间隔，解算出目标距离值，并将距离结果发送至上位机5。

本申请基于上述提供的电路结构，将单目标测距模式更改为多目标测距模式，可以在有外物干扰情况下，提高激光测距准确性和可靠性。

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)

1.一种高精度多目标激光测距电路，其特征在于，包括探测器接收电路、信号处理电路、高精度计时电路和MCU主控电路；所述探测器接收电路的输出端连接所述信号处理电路的输入端；所述MCU主控电路分别连接所述信号处理电路和高精度计时电路；所述高精度计时电路连接所述信号处理电路的输出端。

2.根据权利要求1所述的一种高精度多目标激光测距电路，其特征在于，所述探测器接收电路具体包括依次顺序连接的光电转换单元、信号整形单元和信号放大器；所述信号处理电路的输入端与信号放大器的输出端连接。

3.根据权利要求2所述的一种高精度多目标激光测距电路，其特征在于，所述信号整形单元为单稳态触发器和施密特触发器中的一种。

4.根据权利要求2所述的一种高精度多目标激光测距电路，其特征在于，所述光电转换单元为光电二极管、光电三极管和光敏电阻中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种高精度多目标激光测距电路，其特征在于，还包括激光发射模块，用于发射激光脉冲。

6.根据权利要求1所述的一种高精度多目标激光测距电路，其特征在于，所述MCU主控电路具体包括主控芯片和通信模块；主控芯片设有通过IO口分别连接所述信号处理电路、高精度计时电路和通信模块。

7.根据权利要求6所述的一种高精度多目标激光测距电路，其特征在于，所述通信模块为数据传输线、通信光纤、蓝牙通信模块、WiFi通信模块中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的一种高精度多目标激光测距电路，其特征在于，还包括上位机，用于显示多目标距离测量结果，所述MCU主控电路连接上位机。

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