一種激光測距機(jī)終端模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光測距機(jī)終端模塊，包括微處理器、復(fù)位芯片、光耦隔離驅(qū)動芯片和石英晶體振蕩器，所述終端模塊通過光耦隔離驅(qū)動芯片連接激勵源發(fā)射機(jī)，微處理器的自動增益輸出端連接接收分機(jī)的輸入端，復(fù)位芯片的輸出端連接微處理器的輸入端，終端模塊通過光耦隔離串口驅(qū)動芯片與系統(tǒng)接口相連接，所述石英晶體振蕩器的輸出端連接微處理器的輸入端。本發(fā)明通過集成芯片LPC1759的微處理器作為終端分機(jī)的主體，通過其內(nèi)部集成的各個模塊進(jìn)行終端分機(jī)功能的實現(xiàn)，使終端分機(jī)變?yōu)闇y距模塊，從而使現(xiàn)有的終端分機(jī)的結(jié)構(gòu)變的簡單，減少了芯片數(shù)量，提高了設(shè)備的MTBF值，使終端分機(jī)更可靠，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種激光測距機(jī)終端模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及激光測距領(lǐng)域，尤其涉及一種激光測距機(jī)終端模塊。

【背景技術(shù)】
[0002] 測距機(jī)發(fā)展時間已經(jīng)比較長，而且涉及產(chǎn)業(yè)面較為廣泛，而且在跟蹤探測動態(tài)物 體方面尤為常見；其中測距分析模塊屬于"信息【技術(shù)領(lǐng)域】"下的"G06計算；推算；計數(shù)領(lǐng) 域"，該終端模塊現(xiàn)應(yīng)用于"脈沖激光測距機(jī)信息處理電路"，而以前現(xiàn)有的電路的設(shè)計通常 以"單片機(jī)+FPGA"來實現(xiàn)信息處理裝置。以"單片機(jī)+FPGA"來實現(xiàn)信息處理裝置其存在 的缺點是體積大、抗電磁干擾能力差、測距(測時)精度低、一般只能實現(xiàn)5米精度，而且不具 備數(shù)字"自動增益控制"能力，不能有效降低后向散射帶來的虛警，不能實現(xiàn)回波通道的恒 虛警控制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種激光測距機(jī)終端模塊，體積小，功耗低，功能多，性能 強(qiáng)，環(huán)境適用性強(qiáng)，進(jìn)一步的簡化了設(shè)計、提高了成本和可靠性。
[0004] 本發(fā)明采用下述技術(shù)方案： 一種激光測距機(jī)終端模塊，包括微處理器、復(fù)位芯片、光耦隔離驅(qū)動芯片和石英晶體振 蕩器，所述終端模塊通過光耦隔離驅(qū)動芯片連接激勵源發(fā)射機(jī)，微處理器的自動增益輸出 端連接接收分機(jī)的輸入端，復(fù)位芯片的輸出端連接微處理器的輸入端，終端模塊通過光耦 隔離串口驅(qū)動芯片與系統(tǒng)接口相連接，所述石英晶體振蕩器的輸出端連接微處理器的輸入 端。
[0005] 還包括有溫度傳感器，所述的溫度傳感器的輸出端連接微處理器的輸入端。
[0006] 終端模塊設(shè)置有SPI和I2C接口，用于實現(xiàn)功能擴(kuò)展。
[0007] 所述的微處理器為LPC1759。
[0008] 所述的復(fù)位芯片采用CAT1025SI。
[0009] 所述石英晶體振蕩器為11. 0592MH晶振。
[0010] 本發(fā)明通過集成芯片LPC1759微處理器作為終端分機(jī)的主體，通過其內(nèi)部集成的 各個模塊進(jìn)行終端分機(jī)功能的實現(xiàn)，使終端分機(jī)變?yōu)闇y距模塊，從而使現(xiàn)有的終端分機(jī)的 結(jié)構(gòu)變的簡單，減少了芯片數(shù)量，提高了設(shè)備的MTBF值；同時，大大簡化了脈沖激光測距機(jī) 信息處理分機(jī)的設(shè)計，提高了開發(fā)效率、縮小整個激光測距機(jī)的體積并降低了成本，通用性 更強(qiáng)，而且提高了產(chǎn)品開發(fā)速度，降低成本，其總成本小于終端分機(jī)的一半，具有廣泛的應(yīng) 用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明的原理框圖； 圖2為本發(fā)明所述直接計數(shù)法激光測距原理。

【具體實施方式】
[0012] 常用的脈沖激光測距機(jī)，大多包括光學(xué)分機(jī)、激勵源發(fā)射分機(jī)、終端分機(jī)和接收分 機(jī)，所述所述終端分機(jī)用于接收系統(tǒng)指令，控制激勵源發(fā)射分機(jī)通過光學(xué)分機(jī)探測目標(biāo)，激 光照射目標(biāo)的反射光通過光學(xué)分機(jī)到達(dá)接收分機(jī)，接收分機(jī)的輸出端連接終端分機(jī)的輸入 端，終端分機(jī)測量出激光發(fā)收的時間差，并解算出目標(biāo)距離，但現(xiàn)有的終端分機(jī)大多采用單 片機(jī)+FPGA來實現(xiàn)，整體體積很大，而本發(fā)明則采用終端模塊來代替終端分機(jī)，且具有體積 小，功耗低，功能多，性能強(qiáng)，環(huán)境適用性強(qiáng)的特點，具體的如圖1所示，所述的終端模塊包 括微處理器、復(fù)位芯片、光耦隔離驅(qū)動芯片和石英晶體振蕩器，所述激勵源發(fā)射分機(jī)通過光 耦隔離驅(qū)動芯片連接微處理器，微處理器的輸出端連接接收分機(jī)的輸入端，復(fù)位芯片的輸 出端連接微處理器的輸入端，微處理器通過光耦隔離驅(qū)動芯片與系統(tǒng)接口相連接，所述石 英晶體振蕩器的輸出端連接微處理器的輸入端，所述的微處理器為LPC1759。
[0013] 還包括有溫度傳感器，所述的溫度傳感器的輸出端連接微處理器的輸入端。所述 溫度傳感器的測溫芯片為DS18B20+，可實現(xiàn)0. 5°C的測溫精度。
[0014] 所述測時模塊設(shè)置有SPI和I2C接口，用于實現(xiàn)功能擴(kuò)展。
[0015] 所述的復(fù)位芯片采用CAT1025SI。
[0016] 本發(fā)明所述的終端模塊的體積為（長寬高)55mmX30mmX 15mm的信息處理器模塊。 該模塊包含通信、激光發(fā)射控制、接收分機(jī)狀態(tài)控制、測距機(jī)狀態(tài)檢測等功能，是一個完整 的終端分機(jī)。
[0017] 本發(fā)明通過以LPC1759微處理器為核心的實用電路設(shè)計，其包含如下功能：高速 通信、低功耗、高速運算、寬溫工作、預(yù)留接口，均由以的LPC1759為核心的電路軟硬件設(shè)計 實現(xiàn)，經(jīng)過實踐驗證可以滿足設(shè)計指標(biāo)。而其片內(nèi)計數(shù)器運行速度可達(dá)120MHz，故可以有冗 余的實現(xiàn)測距精度小于1. 5米(測時精度優(yōu)于10納秒)，此數(shù)據(jù)遠(yuǎn)小于常規(guī)的5米測距精度， 提高了測距(測時）精度。常規(guī)測距機(jī)通常已30MHz的石英晶體振蕩器做為計時基準(zhǔn)，這樣 實現(xiàn)的測距精度為5米，而本發(fā)明中的模塊以110MHz做為計時基準(zhǔn)，所以實現(xiàn)精度1. 5米。 所以，以LPC1759為核心的測距電路大大簡化了電路的設(shè)計。
[0018] 普通的激光測距機(jī)，該曲線通常由RC模擬電路產(chǎn)生，精度差，適應(yīng)性差，一旦RC 值確定，其自動增益控制曲線就固定，設(shè)計缺少靈活性。本發(fā)明通過LPC1759芯片內(nèi)DMA (Direct Memory Access，直接內(nèi)存存取）驅(qū)動LPC1759芯片內(nèi)DA的方式，實現(xiàn)自動增益控 制。此均為芯片內(nèi)部集成設(shè)置，只需使用時進(jìn)行設(shè)置即可，具體不在累述。所述DA的指標(biāo) 為10位精度3MHz，可以產(chǎn)生任意需要的自動增益控制曲線。本發(fā)明采用DMA保證了產(chǎn)生 自動增益控制曲線不會影響CPU對主回波采樣，不僅實現(xiàn)了曲線設(shè)計的靈活性，使其更接 近理論曲線形狀(或工程實踐中摸索出的最優(yōu)曲線）；在測距的同時，終端模塊產(chǎn)生接收分 機(jī)需要的"自動增益控制曲線"，有效降低后向散射帶來的虛警，實現(xiàn)回波通道的恒虛警控 制；而且通過對回波通道的噪聲采樣，實現(xiàn)自動增益控制曲線的負(fù)反饋閉環(huán)控制，使整機(jī)具 有更好的環(huán)境適用性。
[0019] 針對激勵源放電時產(chǎn)生的串?dāng)_，本發(fā)明采用光耦隔離的方法，首先注意地線的隔 離，這樣防止干擾從地線上繞過光耦，干擾微處理器，即微處理器的地線與激勵源的地線不 直接相連；其次光耦的選型應(yīng)注意選取Vceo和Veco較大的光耦，這樣能夠保護(hù)輸出端口不 容易被損壞。通過光耦的采用，本發(fā)明實現(xiàn)對激勵源上串?dāng)_的隔離，理論可耐2500V干擾， 實際工作中，經(jīng)受了 60V的干擾，工作穩(wěn)定可靠。
[0020] 本發(fā)明通過：通過對模塊內(nèi)LPC1759片內(nèi)集成的UART寄存器的設(shè)置，實現(xiàn)高速通 訊。模塊內(nèi)嵌的串口通訊波特率大于115200bps，最高可達(dá)到1Mbps。
[0021] 本發(fā)明通過LPC1759芯片內(nèi)PLL的集成配置，從而運算速度大大提高。該模塊運 算速度高達(dá)150MIPS。為復(fù)雜數(shù)字化濾波降噪提供了硬件支撐。本發(fā)明滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)，功耗小 于0.7W。此外，模塊還有寬溫工作的特點，可在-45°C?+70°C環(huán)境下可靠穩(wěn)定工作。脈 沖激光測距機(jī)的工作原理如下： 脈沖激光測距機(jī)的激光器產(chǎn)生激光脈沖，照射被測目標(biāo)，反射光回到探測點經(jīng)光學(xué)天 線接收進(jìn)入接收分機(jī)，經(jīng)電路處理，測量出激光發(fā)射到接收之間的時間間隔t，可以得到被 測距離R。
[0022] R = t X c / 2 (1) 式（1)中 R :被測距離 t :激光在所測路程上的來回傳播時間 C :光速 在激光測距機(jī)中，通常采用直接計數(shù)法對t進(jìn)行測量，從而計算出距離。
[0023] 直接計數(shù)法工作原理為：測距機(jī)發(fā)射激光時產(chǎn)生主波信號，接收激光時產(chǎn)生回波 信號，當(dāng)主波來時計數(shù)器開始工作、回波來時計數(shù)器停止工作，計數(shù)器進(jìn)行讀取，達(dá)到時間 測量的目的。如圖2所示。測距功能以測距精度1.5m為例，由直接計數(shù)法激光測距原理和 公式（1)可知需要大于100MHz的計數(shù)時鐘和響應(yīng)速度才能實現(xiàn)，所以本發(fā)明采用LPC1759 片內(nèi)集成的PLL技術(shù)，對輸入的11. 0592MHz進(jìn)行10倍頻，實現(xiàn)了 110MHz的計數(shù)頻率。
【權(quán)利要求】
1. 一種激光測距機(jī)終端模塊，其特征在于：包括微處理器、復(fù)位芯片、光耦隔離驅(qū)動芯 片和石英晶體振蕩器，所述終端模塊通過光耦隔離驅(qū)動芯片連接激勵源發(fā)射機(jī)，微處理器 的自動增益輸出端連接接收分機(jī)的輸入端，復(fù)位芯片的輸出端連接微處理器的輸入端，終 端模塊通過光耦隔離串口驅(qū)動芯片與系統(tǒng)接口相連接，所述石英晶體振蕩器的輸出端連接 微處理器的輸入端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光測距機(jī)終端模塊，其特征在于：還包括有溫度傳感器，所 述的溫度傳感器的輸出端連接微處理器的輸入端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光測距機(jī)終端模塊，其特征在于：終端模塊設(shè)置有SPI和 I2C接口，用于實現(xiàn)功能擴(kuò)展。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光測距機(jī)終端模塊，其特征在于：所述的微處理器為 LPC1759。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光測距機(jī)終端模塊，其特征在于：所述的復(fù)位芯片采用 CAT1025SL·
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光測距機(jī)終端模塊，其特征在于：所述石英晶體振蕩器為 11. 0592MH 晶振。
【文檔編號】G01S17/08GK104142502SQ201410365292
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】韓春生, 馬京川, 裴瑞廣, 李麗, 杜改麗, 吳淦華, 李番, 鄧全, 左向科, 楊炳德 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第二十七研究所