手持式激光测距仪系统方案

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1、手持式激光测距仪系统方案一．系统主要功能（1）通过“脉冲测距法”来完成激光测距仪对距离的测量。（2）完成面积测量，体积测量，连续测量，存储测量数据等功能。（3）还可完成对测量距离的加、减运算。二．主要技术资料1.电源：3伏直流电2.测量范围：5cm至200m，从前端起5cm,最大识别距离750m,不含目标板传统测量范围：白色砌石墙面，70m；水泥，50m；砖墙，50m。最大测量距离由以下条件而定：（1）目标物表面的反射性（2）周围环境光照条件。3.精确度：一般情况下，测量一次或多次的精确度为±1.5mm。4.最小显示单位：1mm5.光束直径：在10m处小于6mm，在50

2、m处小于30mm，在100m处小于60mm。6.基本操作模式：单一测量，连续测量，计算/功能7.显示：液晶显示器，显示操作情况及电池情况。8.激光：可见光，620-690nm,激光等级2级，输出功率<1mw。一．系统测量原理激光测距仪一般采用两种方式来测量距离：脉冲法和相位法。本系统采用脉冲法，需要对时间进行精确测量，采用了高精度时间测量芯片TDC-GP2。在脉冲激光测距中，使用激光器对被测目标发射一个光脉冲，然后接收目标反射回来的光脉冲，通过用TDC-GP2测量光脉冲往返所经历2S的时间t，就可以算出目标的距离，即：S=v*t/2，式中v为光速，v=3×108m/s。

3、1.TDC-GP2的时间测量原理1.1内部结构TDC-GP2内部主要有脉冲产生器、数据处理单元、时间数字转换器、温度测量单元、时钟控制单元、配置寄存器以及与单片机相接的SPI接口组成。TDC-GP2的工作电压：输入输出为1.8~5.5V，核电压为1.8~3.6V，所以可以采用电池供电。同时和单片机由4线的SPI相连，可以把TDC-GP2作为单片机的一个外围设备来操作。通过单片机的控制由TDC-GP2采样脉冲激光的发射和接收，通过内部ALU单元计算出时间间隔，并将结果送入结果寄存器保存起来。通过对TDC-GP2内部寄存器的设置，可以多次采样并将结果保存。单片机通过SPI口

4、读取结果寄存器中的数据取平均值，以减小误差。TDC-GP2内部结构图1.2功能原理TDC-GP2是基于内部的模拟电路测量“传输延时”来进行的，数字TDC是以信号通过内部门电路的传播延迟来进行高精度时间间隔测量的。（1）测量范围1测量范围1有以下特点：两个stop通道共用一个start通道，每个通道的典型分辨率65ps，每个stop通道可以进行四次采样。15ns间隔脉冲对的分辨能力，测量范围为0ps~1.8μs。数字TDC是以信号通过内部门电路的传播延迟来进行高精度时间间隔测量的。下图为这种测量绝对时间的TDC的主要构架。芯片上的智能电路结构、冗余电路和特殊的布线方法使得

5、芯片可以精确地记下信号通过门电路的个数。芯片的最大测量精度基本上有芯片内部门电路的最大传播延迟时间决定。TDC的时间测量架构图测量单元由start信号触发，接收到stop信号停止，由图所示的环形振荡器的位置和粗值计数器的计数值可以计算出start信号和stop信号之间时间间隔，测量范围可达20位。（1）测量范围2测量范围2的特点为：只有一个stop通道对应start通道，典型的分辨率为65ps,有3次采样能力。测量范围：2×Tref~4ms间隔脉冲对的分辨率为2×Tref（两倍的高速时钟周期，500ns）,可测距离25公里以外，可选上升、下降沿触发。测量单元由start

6、信号触发，接收到stop信号停止。由环形振荡器的位置和粗值计数器的计数值可以计算出start信号和stop信号之间时间间隔，测量范围可达26位。一．系统组成部分在脉冲激光测距中，系统主要由四部分组成：激光发射接受器、信号放大器、时间测量单元和微控制器。激光发射装置发射出脉冲同时将发射脉冲输入到TDC-GP2的start端口，触发时差测量，一旦从物体传回的反射脉冲达到了光电探测器（接收电路）则给TDC产生一个stop信号，这个时候时差测量完成。那么从start到stop脉冲之间的时差被TDC-GP2精确记录下来，用于计算所测物体与发射端的距离。其中，单片机对于TDC-GP

7、2进行寄存器配置以及时间测量控制，时间测量结果传回给单片机通过算法进行距离的精确计算，如果有显示装置的话，将距离显示出来。4.1单片机和TDC-GP2的通信模块单片机与tdc-gp2的通信是通过SPI串口完成的，在具体测量中，我们选择测量范围1，测量的时间间隔为0ps~1.8μs，对应的距离范围是0—270m。在这个测量模式下测量流程如下：其中需要注意以下几点：-对于TDC-GP2来讲触发它的脉冲宽度必须要大于2.5ns。-在start通道的触发边沿与第一个stop通道的脉冲边沿之间的时间间隔要大于3.5ns。-推荐自动校准结果，并且选择