浅析激光测距仪的设计
浅析激光测距仪的设计
作者:杨壮志;王擎阳;安通;张方方;朱凯;白泽;
激光测距仪已经被广泛应用于现代地质勘测测绘、科学研究、军事打击、测绘、工业测距等高端设备上的重要技术,激光测距仪具备远程测距、高精度、短时间等优点在各种军事上和民用、工业应用中大放光彩,在军事上对于提高防控安全、海上作战中的近中程精确打击和陆地武器的精确攻击的命中目标起到关键作用,对提高空中、地侦查系统能力起到很大作用。在民用方面激光测距仪技术提高了工业生产上的生产效率、优化了生产工艺、提高产品质量。凭借轻小易携带、高精确度、时间短、显示数字化、操作方便、等优点,激光测距仪在众多领域被人们广泛应用。
1、系统设计
激光测距仪系统构成的重要部分是单片机最小控制系统、激光发射电路、激光监测接收电路、数字显示电路、CPLD时间间隔计时模块等部分组成。系统的工作过程是:按下K2键,给激光发射电路的TRGER端口一个高电平信号,激光发生电路发出激光信号。经过信号的传输激光检测电路接收到的信号,并将信号通过光检测电路、放大电路。两个电路将传来的光信号转换成高电平信号传入系统核心的单片机的P2.7端口,经过单片机的预先设计好的程序检测通过P1.1端口,P1.1端口向CPLD及时模块发出高平信号接着工作开始计时。当激光接收光检测接收到反射回来博信号时,信号再次经过检测电路,放大电路转换成高电平信号传入到P2.7端口。单片机的P1.0端口再次发射高电平信号到CPLD的及时模块,CPLD计时结束。单片机的软件开始运行调取时间间隔,通过程序软件检测是否超出量程,如果超出量程,假定时间间隔清零。用显示00.00来提示超出范围,反之没有超过则继续运行计算,将所测得的距离值显示出来。
2、测距计时及CPLD时间间隔测量模块
2.1计时工作原理
影响激光测量精确度的主要因素在理论上是接收信号,时间间隔△T-MT+(TA-TB),其中TA-TB的时间差就是时间间隔时间误差。单片机所用的技术脉冲12MHZ,则TA-TB就可达到0.05μs,距离误差可达到大约15m,不满足设计要求较高测量精度。因此采用CPLD的模拟内插法提高激光测距测量精度,只做CPLD简单的介绍和进行一些相关问题分析实现。
2.2单片机和CPLD实现模拟内插
整个系统的核心部件是CPLD与单片机,CPLD是用来计数、分离出TA与TB、控制A/D采样与单片机进行通信。单片机的主要是控制测量过程,接收CPLD测量数据、数据运算及数据显示控制。CPLD时间间隔测量模块包括时间分离模块,控制A/D采样模块,主计数器模块和单品阿基数据通信模块。
工作原理是:开始是由单片机控制的,单片机接收激光信号时,单片机在P1.1端口给出一个高电平脉冲,启动CPLD模块的计时功能开始计时,激光接收器收到反射回来的信号时,单片机再次P1.0端口给出一个高电平脉冲,计数停止。CPLD所测得的时间间隔包括三个部分:△T、TA和TB。单片机通过P2.4、P2.5、P2.6三个端口来控制这三个时间值。通过PO口输送给单片机进行储存。
3、误差分析
误差原因可能有:
(1)在一定的条件下,绝对值误差出现会在估算的范围内。
(2)误差是随机误差和系统误差之和。系统误差是随着实验条件变化的是可以消除具有规律性变化,随机误差受到外部条件的影响大误差的出线时没有规律的。
(3)误差出现是随机性的,没有规律。但是经过大量实验发现误差出现的频率是有规律性的。绝对值小误差的概率大,反之,绝对值大误差的概率小。
4、结语
该方案以激光测距硬件电路以及单片机的软件设计为主,设计要再上布局要求合理,在工作中系统能稳定运行,提供合适的电源,在测量监测速度上要快、准,尽量使得整体设计要简单易操作,便于能够做到实时性的控制。要达到这一目的需要能够及时的调整系统做到反馈的及时性,同时我们要保证实现最基本的功能测量精度要达到实际中工业生产的需求。
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