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1、您的论文得到两院院士关注单片机开发与应用文章编号:1008-0570(2008)06-2-0097-03成像激光雷达控制方法的实现DesignoftheImageLidarControlSystem1,2侯再红1吴毅1(1.安徽光学精密机械研究所;2.陕西省气象局)白水成BAIShui-chengHOUZai-hongWUYi摘要:介绍了基于单片机的成像激光雷达控制系统的工作原理,并着重讨论了系统硬件和软件的实现方法。系统采用PIC16F877单片机为核心,配置以可编程延时器、脉宽发生器以及控制电路,从而实现了成像激光雷达对不同高度回波信号的探测能力。关
2、键字:单片机;激光雷达;测量系统中图分类号:TP272文献标识码:AAbstract:TheprinciplesandmethodsofacontrollingsystembasedonmicrocontrollerappliedfortheimageLidarareintroducedinthispaperanddescribedtherealizingapproachesofboththehardwareandsoftwareinparticularly.ThePIC16F877singlechipmi-crocomputerisusedasthek
3、ernelcomponentofthissystemandtheotherpartsareprogrammabledelayer,pulsewidthgeneratorandcontrolcircuitetc.whichenablethedetectionofechofromdifferentiallayeroftheimageLidar.技Keywords:Single-chipmicrocomputer;Lidar;Measuringsystem术激光雷达是测量大气参数的重要手段,为了得到不同高度图中Z为探测高度,它与探测器曝光开启时刻相对于激光的大
4、气信息,需要对不同距离的激光回波信号进行探测,传统激发射时刻的延时Td的关系为创光雷达是基于光电倍增管或光子计数器作为探测器的,因此控Z=TdC/2(1)制系统只要对出光时间进行检测,再延时适当时间(不要求特别其中C为光速。Td为探测光柱长度,它与探测器曝光闸门新精确),打开倍增管或光子计数器,即可得到所需信息。但这种雷开启时间宽度Tp的关系为达所能得到的信息不能完全满足需要,所以近年来又发展了成ΔZ=TpC/2(2)像激光雷达来获得更多的大气信息。但成像激光雷达比较复杂,1.2控制方案设计需要对系统的各部分进行协调。因为光速极高,很小的时间误差根据系统
5、原理的描述,我们可以得到控制系统的时序关系,就会带来很大的测量误差,所以就要求控制精度达到纳秒量级。如图2所示。近年来,单片机在我国的许多领域得到了广泛的应用,其优良的性价比适合于成像激光雷达控制系统的要求。因此利用单片机对激光雷达进行控制是实现激光雷达高度自动化、并最终实现无人职守的有效手段。1成像激光雷达原理与控制方案设计1.1成像激光雷达原理图2控制系统时序与传统的能量探测激光雷达不同,成像激光雷达有其自身从图2可以看出,当探测器CCD采集完信号后,一方面它的特点。图1是湍流廓线激光雷达测量原理图,它是基于瑞利信要将视频信号输送到计算机进行处理,同
6、时还要分离出场同步标原理,即由发射系统发射一聚焦激光束,利用焦点处的后向散信号来触发激光器,用来保证激光器与探测器CCD同步。当激射信号作为一个瑞利信标,作为接收系统的信标。光器发射出脉冲的同时,要检测出出光时刻,输出出光信号,用来触发延时器和可编程脉宽发生器,延时时间与探测高度有严格的对应关系,脉宽宽度决定了探测光柱的长度,这些分别有(1)、(2)式决定。本系统设计以单片机为核心,通过它来检测CCD的同步信号以及激光器的出光信号,并控制激光器的出光以及延时器、脉图1测量原理图宽发生器等。系统功能框图如图3。2系统硬件设计白水成:硕士本系统采用PIC16
7、F877单片机作为控制核心,控制系统主基金项目:国家高技术863计划激光技术资助课题(编号不公开)《PLC技术应用200例》邮局订阅号:82-946360元/年-97-单片机开发与应用中文核心期刊《微计算机信息》(嵌入式与SOC)2008年第24卷第6-2期要包括单片机、数据锁存器、延时器、脉宽发生器等部件。今后可以根据需要增加目标跟踪等功能。本系统可以胜任任何系统硬件设计如图4采用带有开门时间控制的图象传感器的激光雷达的控制,控制精度较高,具有实用价值。表1地址分配表图3系统功能框图PIC16F877单片机具有在线编程能力,可以根据需要随时修改内部程序
8、,优化性能或扩充功能。单片机通过计算机并口与主控计算机通讯。为了保证通讯的可靠性
