基于fpga的激光测距系统研究

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1、本科生毕业论文设计题目基于FPGA的激光测距系统研究作者姓名多孟龙指导教师所在学院职业技术学院专业（系）通信工程班级（届）2011完成日期2011年5月16日摘要摘要本文的研究内容是在激光测距项目基础上进行的，分析了各种激光测距方法的利弊，最终选用脉冲激光测距的实现方式。本文设计了以FPGA为核心的信号处理模块，实现了对激光信号的编码和译码、对激光发射控制时钟的分频、和内部PLL倍频，实现内部高频计时时钟等，提高了系统的精度和稳定性。使用并行脉冲计数法，提高了计时精度，分析了可能产生误差的原因。并且制定了两种工作模式，可以根据不同的实际环境选择相应的测距模式，以达到最好的测量效果。

2、关键词激光测距；FPGA；PLLI摘要AbstractTheessayisbasedontheprojectofLRF．ItdescribesthemeritanddemeritofeveryclassofLRF.EventuallyIchoosethewayofusingthelaser-pulsetohavetherange-measurement．TheresultofthisessayistodesignthedigitalsignalprocessorbasedonFPGA，tocodeanddecodethelasersignal，toscaledowntheclock

3、oflaunchingpartofthelasersystemandtousethePLLintheFPGAtomakethefrequencymultiplicationandsoon．Thesemakethesystemmorestableandaccurate．Usingtheparallelcountertocountthepulseofthelasercanincreasetheprecisionofthesystem．Theessayconsideredmanyreasonswhichmaycausetheinaccuracy．Ithastwopatternswhich

4、willbeusedindifferentenvironmenttomakethegaugemorereliable．KeywordsLaserRangeFinder；FPGA；PLLI目录目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1研究背景及意义11.2国内外研究概况及发展趋势2第2章激光测距系统原理52.1系统工作方式52.2激光测距实现的方式62.2.1连续波体制简介62.2.2脉冲波体制简介62.3脉冲激光测距系统原理62.3.1激光测距性能62.3.2激光的高斯光束特性72.3.3脉冲激光测距系统72.3.4光学系统82.3.5发射接收系统要求82.4半导体激光器的特

5、性8第3章激光编码及解码103.1编码理论103.2编码激光工作原理103.3激光测距系统时序分析113.4激光测距系统工作模式设定12第4章激光测距系统软件设计134.1TOP模块134.2TRANSMIT模块134.3RECEIVE模块144.4COUNTER模块154.5LED模块174.6PLL模块184.7FD模块18第5章误差分析205.1脉冲式激光测距系统误差分析205.1.1嗓声来源205.1.2接收系统响应时间205.1.3激光脉冲宽度和幅度变化原因205.1.4电路延迟误差205.1.5时间测量误差21总结22附录23参考文献46第1章绪论第1章绪论1.1研究背

6、景及意义激光是一种自然界原本不存在的，因受激而发出的具有方向性好、亮度高、单色性好和相干性好等特性的光，激光的特点有：1.方向性好——普通光源(太阳、白炽灯或荧光灯)向四面八方发光，而激光的发光方向可以限制在小于几个毫弧度立体角内，这就使得在照射方向上的照度提高千万倍。激光准直、导向和测距就是利用方向性好这一特性。2.亮度高——激光是当代最亮的光源，只有氢弹爆炸瞬间强烈的闪光才能与它相比拟。尽管激光的总能量并不一定很大，但由于能量高度集中，很容易在某一微小点处产生高压和几万摄氏度甚至几百万摄氏度高温。激光打孔、切割、焊接和激光外科手术就是利用了这一特性。3.单色性好——光是一种电磁

7、波。光的颜色取决于它的波长。普通光源发出的光通常包含着各种波长，是各种颜色光的混合。而某种激光的波长，只集中在十分窄的光谱波段或频率范围内。如氦氖激光的波长为632.8纳米，其波长变化范围不到万分之一纳米。由于激光的单色性好，为精密度仪器测量和激励某些化学反应等科学实验提供了极为有利的手段。4.相干性好——干涉是波动现象的一种属性。基于激光具有高方向性和高单色性的特性，它必然相干性极好。上世纪九十年代初，欧美等几大公司相继生产出可供商用的半导体激光二极管，使激光的实际