式激光测距仪的电路设计

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1、维普资讯http://www.cqvip.com西安邮电学院继续教育学院高敏西安深亚电子有限公司王建锋一种手持式激光测距仪的电路设计TheCircuitDesignofALaserRangeFinder摘要：本文介绍了一种以单片机和CPLD为核心的测距仪的电路设计。该电路用高速时钟进行数字鉴相、测量，省去了模数转换，利用软硬件相结合的方式，提高了测量精度，缩短了测量时间。关键词：激光测距；数字鉴相引言u=Vsin(o3t一~ot2D+~0)该测距仪利用测量调制的激光信号相位差进行距其中，cot。就是正弦波在二倍距离上传播所引

2、起的相离的测量。为了提高精度，采用高速时钟利用数字方位变化：式进行相位测量。使用单片机技术实现人机接口和数①=o3t2Dt2D=一据运算。∞该系统采用单片机加CPLD的设计方法，CPLD主将其带入测距基本公式，可得到：要进行地址译码、鉴相、时钟分频等功能，单片机采用D：v．t。：v：=—一①最常用的AT89C51，主要完成运算和人机接口。22∞2n2nf4nfn式中：设计思路C——电磁波在真空中的传播速度；该测距仪利用反射方式进行测量。测距仪发射经f——电磁波的频率；过调制的激光信号到达目的地，经目的地反射后回到n——大气的

3、折射率；仪器，仪器计算出信号从发送到接收的时间差，再和①——电磁波在被测距离上往返传播的相位差。激光信号的速度进行相乘。得到信号经过的总距离。因此，只要计算出信号从发送到接收的相位差就由此可得到测距基本公式为：可以求出设备与被测点之间的距离。1该设备需要测量100m距离，我们选用150m作为D=二_-V·t2D2设备的测程范围。并取混频时中频F中=10KHz。用假设仪器发射角频率为∞的正弦波，经反射器反40MHz时钟对混频后10KHz信号进行采样。由下式射回测试设备，被仪器的接收系统接收。收到的正弦C—f×入和L一入／2信号

4、在相位上和发射的正弦信号相比较，有一个相位可得(40MHz／10KHz=4000)：差①。令L．=150m，可得入=300m，c=3×10。m／s，计算发射信号为：得Fl=1．0×106Hz。Ll最，J’=300／4000=0．075m。u=Vsin(o3t+~~())令L，=7．5m，可得入=15m，c=3×10。m／s，计算得其中Vm为振幅，03为角频率，t为时间，为初相位。F2=20×106Hz。L2最小=15／4000=0．00375m。经反射后回到设备的正弦信号不考虑其振幅变化由以上计算可得，选择F．=1MHz，F

5、，=20MHz可符为：合系统要求。2004年11月4日收到修改稿。●．2004．12．量子煮品-暴I115一～—_JL—WW1^IEe口∞rrL∞维普资讯http://www.cqvip.com硬件系统单片机系统框图如图1所示。单片机为核心控制单元，负责从键盘接收命令，将测试结果通过液晶显示器向外显示，将测量的多组数据通过计算机接口进行传输，控制CPLD进行数据测量和计算。图2为测量原理框图。系统主时钟为40MHz，用来作CPLD内部测量时钟。将40MHz时钟2分频和40分频，得到20MHz和1MHz时钟信号用来调制激光信号

6、。将主时钟分频到10KHz，再利用锁相环电路将其倍频到1．01MHz和20．01MHz，使其和反射回的调制激光信号进行混频，得到10KHz的中频调制信号，将该信号进行整形后送入CPLD内部鉴相和测量电路进行测量。由单片机将测量的数据处理成最终的距离数据，通过显示电路进行显示。由于模拟电路容易收到干扰的影响，我们使用数字鉴相器对输入信号进行鉴相。同时将测量用CPLD进行实现，可方便的修改电路，简化了系统设计。鉴相框图见图3。在该电路中，为了节省CPLD内部资源，我们仅设计了一套这样的电路，采用时分方式对粗尺信号和细尺信号进行测

7、量。该电路中的鉴相器实际上是一个异或门。该异或门输入为A和B，A信号相对B信号的延时量与异或门的输出之间的关系如图4所示。果是高电平，那么说明B信号先到，如果是低电平，那由上图可知，对于一个异或门来说，只能鉴别出么说明B信号后到。这样就可以鉴别出A、B信号相位180度之内的相位。为了弥补该不足，我们进行了如下之差为小于还是大于180度。设计：将A信号接到D触发器(上升沿触发)的时钟端，由异或门鉴相器输出的信号用来控制对系统时钟将B信号接到D触发器的信号端。这样，当A信号到的计数。计数结果和A、B信号的相对位置来决定计数来时，

8、会记录下B信号当前为高电平还是低电平，如的最终结果。116I‘

9、号煮品t·维普资讯http://www.cqvip.com计数器将该结果一直保持，同时向CPU发出中断信号，告知CPU可进行数据读取。当CPU读取数据之后，再将该测量电路复位，则中断撤销，等待下一次数据的采集。然后CPU将采集