CN219997305U - 一种使用mipi与hssl通信接口的汽车激光雷达控制电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种汽车激光雷达控制电路，尤其是一种使用MIPI与HSSL通信接口的汽车激光雷达控制电路。包括电源电路、FPGA控制电路、MCU控制电路、以及激光电路；所述FPGA控制电路与MCU控制电路连接，用于将点云数据转换成HSSL高速通信协议传输至MCU控制电路，所述激光电路与FPGA控制电路和MCU控制电路连接，用于启动SPADS接收激光反射光子，再通过MCU控制电路转换成车载以太网协议。本实用新型通过运用FPGA控制电路对雷达控制电路进行整体控制，接收传感器的接口拥有整合通信功能，使数据传输的准确率更高，传输速度更快。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种汽车激光雷达控制电路，尤其是一种使用MIPI与HSSL通信接口的汽车激光雷达控制电路。
背景技术
早期激光雷达主要用于军事和民用地理测绘(GIS)等领域，比如地质测绘、监测树木生长、测量建筑项目进度等。随着自动驾驶的兴起，对于环境感知要求日趋严格，在自动驾驶架构中，传感层被比作为汽车的“眼睛”，包括车载摄像头等视觉系传感器和车载毫米波雷达、车载激光雷达和车载超声波雷达等雷达系传感器，其中激光雷达已经被广泛认为是实现自动驾驶的必要传感器。相比于其它类型的自动驾驶传感器，如摄像头，激光雷达探测的距离更远，精度更高。但现有激光接收传感器使用多个分离组件连接数据线构成，每个分离元件有一寸大小，体积较大；另外接收传感器的接口没有整合高速链路通信的功能，开发较困难。比如申请号CN202121507283.0，名称为：一种激光测距雷达接收模块及激光测距雷达，就是存在上述问题，激光接收传感器体积大，没有集成数据转化功能接口。
发明内容
为克服现有技术问题，本实用新型提出一种使用MIPI与HSSL通信接口的汽车激光雷达控制电路，集成度高减小了体积，可将数据转变成高速通信协议，提高了传输速率和准确性。
一种使用MIPI与HSSL通信接口的汽车激光雷达控制电路，包括电源电路、FPGA控制电路、MCU控制电路和激光电路；所述FPGA控制电路与MCU控制电路连接，用于将点云数据转换成HSSL高速通信协议传输至MCU控制电路；所述激光电路与FPGA控制电路和MCU控制电路连接，用于启动SPADS传感器接收激光反射光子，再通过所述MCU控制电路转换成车载以太网协议；所述激光电路包括激光板电路模块、激光发射器和激光接收模块，所述激光接收模块是一个集成的电路组件。
进一步，所述SPADS传感器被集成在所述激光接收模块中，通过MIPI接口与所述FPGA控制电路连接。
进一步，所述SPADS传感器采用多个光电检测头呈矩阵排列集成在一起，并连接有驱动电路。比如可组成189*600的SPAD阵列形式。
本实用新型的方案带来的优点是：
提供的使用MIPI与HSSL通信接口的汽车激光雷达控制电路，通过运用FPGA控制电路对雷达控制电路进行整体控制，所述激光接收模块是一个集成的单独组件，可做成一个不到2厘米大小的集成芯片电路，比较现有的多个分离激光接收器要小很多倍。另外其SPADS传感器通过MIPI接口与所述FPGA控制电路连接，将点云数据通过FPGA控制电路转成HSSL高速通信协议，使数据传输的准确率更高，传输速度更快。
附图说明
图1为本实用新型的汽车激光雷达控制电路处理激光反射信号示意图。
图2为本实用新型的汽车激光雷达控制电路信号处理模块连接示意图。
图3为本实用新型的汽车激光雷达控制电路SPADS传感器结构局部示意图。
图4为本实用新型实施例的激光接收模块电路图。
具体实施方式
下面将结合本实施例中的附图，对实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
先介绍一下本专利激光雷达控制电路采用飞行时间测量法的原理(Time ofFlight)，激光雷达发出激光脉冲开始计时(t1)，当激光遇到目标物体光返回，接收端停止计时(t2)，采用下面公式计算测量的距离
距离＝光速×(t2–t1)/2
参见图1，本专利的激光雷达控制电路工作原理是激光发射器向目标发射探测信号(多个激光束),然后将接收到的从目标反射回来的激光信号(目标回波)与发射信号进行时间比较,作计算处理后,就可获得目标的准确距离信息，透过我们变换光学镜头的角度，通过SPADS传感器(单光子雪崩二极管数组激光接收器)接收激光反射光子，我们就可以得出目标物的点云图，再转成HSSL高速通信协议，使用MCU实现车载以太网协议，计算得出精准测量距离。
本实用新型实施例提供一种使用MIPI与HSSL通信接口的汽车激光雷达控制电路，包括电源电路、FPGA控制电路、MCU控制电路和激光电路；所述FPGA控制电路与MCU控制电路连接，用于将点云数据转换成HSSL高速通信协议传输至MCU控制电路；所述激光电路与FPGA控制电路和MCU控制电路连接，用于启动SPADS传感器接收激光反射光子，再通过所述MCU控制电路转换成车载以太网协议；所述激光电路包括激光板电路模块、激光发射器和激光接收模块，所述激光接收模块是一个集成的电路组件。
所述SPADS传感器(即单光子雪崩二极管数组激光接收器)被集成在所述激光接收模块中，通过MIPI接口与所述FPGA控制电路连接。
所述激光接收模块还包括MEMS控制模块、MCU时间模块和I/O模块三。
参见图2示意图，光学镜头、SPADS传感器(单光子雪崩二极管数组激光接收器)、激光发射器分别通过数据线依次连接FPGA控制电路、MCU控制电路和以太网收发器。参见图3，所述SPADS传感器采用多个光电检测头呈矩阵排列集成在一起，并连接有驱动电路。比如可组成189*600的SPAD阵列形式。
本发明团队研发出DANIELLIN型号的激光雷达控制电路，具体实现精准激光测距的过程包括如下步骤:
1、首先通过FPGA(可编程阵列逻辑)控制电路来控制光学镜头切换需要测量的位置；
2、启动SPADS传感器准备接收激光反射光子；
3、通过FPGA控制电路来控制激光发射器发出垂直的多束激光；
4、利用SPADS传感器将接收的传感数据通过MIPI接口传送给FPGA控制电路；
5、FPGA控制电路计算发射与接收多束激光的时间差，转换成点云数据；
6、所述点云数据通过FPGA控制电路转成HSSL高速通信协议，再使用MCU实现车载以太网协议，计算得出精准测量距离，并且整个控制电路符合功能安全标准ISO26262。
具体实现的方式包括如下步骤：
首先先将光学镜片角度指向右下半区，启动SPADS传感器、发射激光光束。
FPGA透过MIPI接口，接收到下方第1行96点的数据，并计算时间差，产生激光点云数据。
“点云数据封包转换步骤A”：
(1)接收96点的数据，数据加上CRC16校验透过HSSL协议发送到MCU；
(2)MCU将第一行数据转依据车载以太网协议转成网路封包，向后端以太网收发器发送。
依序切换到下方第2行-第6400行，重复“点云数据封包转换步骤A”得到下半部的点云数据。
将光学镜片角度指向右上半区，启动SPADS传感器、发射激光光束。接收到上方第1行96点的激光点云。
重复“点云数据封包转换步骤A”；依序切换到上方第2行-第6400行，得到上半部的点云数据；
再重复“点云数据封包转换步骤A”。
以上方式为一帧点云数据的采集与发送，之后就是持续重复点云的采样与发送，得到下一帧的点云数据，本设备预设每秒20帧点云数据。
下面说明将点云数据转换成高速通信协议的过程，由FPGA控制电路执行转化数据的作用，能提高传输准确性。
(一)、雷达点云数据输出和配置使用千兆以太网UDP/IP通讯协议，共有三种UDP包协议，包长均为1248bytes(42bytes以太网包头和1206bytes有效载荷)。
雷达的通信协议有三种：
1)主数据流输出协议MSOP(Main data Stream Output Protocol)，雷达测量的距离、角度、强度等信息输出；
2)设备信息输出协议DIFOP(Device Information Output Protocol)，雷达和附属设备的当前状态和各种配置信息输出；
3)用户配置写入协议UCWP(User Configuration Write Protocol)，设置雷达的配置参数。
(二)、通过FPGA控制电路装换成数据包，包含以上三种UDP包协议。
所述数据包输出点云的角度值、距离值、强度值、时间戳等测量数据。数据包的数据采用小端模式(Little-Endian)。
数据包包括42字节以太网包头和1206字节的有效载荷，长度1248字节。有效载荷由1197字节的点云数据和9字节的附加信息(前3个字节UTC时间时分秒,后4字节为Timestamp,最后2字节为Factory)组成。
(三)、数据包格式
雷达支持单回波，单回波测量最近回波值。每个MSOP数据包包含1206个字节数据。
如图4所示本专利实施例的激光接收模块电路图。激光板电路模块、激光发射器直接与总电源连接，实现激光板的启动，激光接收模块中，MEMS控制模块通过FPGA_3V3端口连接到电源开关模块，用来控制MEMS(微机电系统)，调整光学镜头拍摄的角度。MCU时间模块与MCU控制电路连接，用于提供MCU时间信息。激光接收模块通过DOVDD端口与电源电路连接，用来接收激光。I/O模块三通过DOVDD端口与FPGA_3V3_101端口与电源开关连接，用于I/O通信。
本专利实施例公开了使用MIPI与HSSL通信接口的DANIELLIN型汽车激光雷达控制电路，通过运用FPGA控制电路对雷达控制电路进行整体控制，所述激光接收模块是一个集成的单独组件，可做成一个不到2厘米大小的集成芯片电路，比较现有的多个分离激光接收器要小八倍多。另外其接收传感器通过MIPI接口与所述FPGA控制电路连接，将点云数据通过FPGA控制电路转成HSSL高速通信协议，使数据传输的准确率更高，传输速度更快。
Claims (3)
1.一种使用MIPI与HSSL通信接口的汽车激光雷达控制电路，其特征在于：包括电源电路、FPGA控制电路、MCU控制电路和激光电路；所述FPGA控制电路与MCU控制电路连接，将点云数据转换成HSSL高速通信协议传输至MCU控制电路；所述激光电路与FPGA控制电路和MCU控制电路连接，用于启动SPADS传感器接收激光反射光子，再通过所述MCU控制电路转换成车载以太网协议；所述激光电路包括激光板电路模块、激光发射器和激光接收模块，所述激光接收模块是一个集成的电路组件。
2.根据权利要求1所述的使用MIPI与HSSL通信接口的汽车激光雷达控制电路，其特征在于：所述SPADS传感器被集成在所述激光接收模块中，通过MIPI接口与所述FPGA控制电路连接。
3.根据权利要求1所述的使用MIPI与HSSL通信接口的汽车激光雷达控制电路，其特征在于：所述SPADS传感器采用多个光电检测头呈矩阵排列集成在一起，并连接有驱动电路。
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| CN117788592A (zh) * | 2024-02-26 | 2024-03-29 | 北京理工大学前沿技术研究院 | 一种矿井车辆的雷达点云处理装置、方法、设备及介质 |
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