專(zhuān)利名稱(chēng)：低功耗激光測(cè)距儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于激光測(cè)距技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低功耗激光測(cè)距儀。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的脈沖式激光測(cè)距設(shè)備，特別是手持式激光測(cè)距儀，由于器件選型及 其電路設(shè)計(jì)上的缺陷，都存在以下弊病
1、 能耗大。究其原因一是系統(tǒng)用電池供電，在升降壓轉(zhuǎn)換中損耗大。二是 用可控硅或者晶體管作為的激光驅(qū)動(dòng)回路的開(kāi)關(guān)器件，使得驅(qū)動(dòng)電壓需要80V 甚至更高，而降在激光器兩端的有效電壓也就是10V左右，效率低于12.5%，由 于上述原因使得手持式激光測(cè)距儀待機(jī)功耗在500mW左右，測(cè)距時(shí)功耗達(dá)到 800mW左右。三是鎖相環(huán)回路、時(shí)間計(jì)量模塊、高速計(jì)數(shù)器無(wú)論是在待機(jī)或工 作狀態(tài)功耗大。
2、 激光驅(qū)動(dòng)的高驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)系統(tǒng)的干擾嚴(yán)重。因?yàn)榧す獍l(fā)射時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流 達(dá)到30A甚至更高，80V電壓30A的電流脈沖沖擊對(duì)系統(tǒng)的干擾可想而知，雖經(jīng) 過(guò)了一些抗干擾的處理，但也是治標(biāo)而非治本，效果不理想，此干擾對(duì)系統(tǒng)的 穩(wěn)定性造成影響。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是要提供一種低功耗激光測(cè)距儀，它激光測(cè)距功耗?。?穩(wěn)定性和抗干擾性好。
上述的發(fā)明目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的， 一種低功耗激光測(cè)距儀，它包 括高低壓電源即DC-DC轉(zhuǎn)換器，激光驅(qū)動(dòng)回路，激光信號(hào)接收回路，高速時(shí)鐘回路，時(shí)間計(jì)量模塊，微處理器，其要點(diǎn)在于高低壓電源即DC-DC轉(zhuǎn)換器它 包括低壓輸出部分、高壓輸出部分、DC-DC驅(qū)動(dòng)芯片，低壓輸出部分包括 MOSFET管Ml和升壓電感L1，高壓輸出部分包括MOSFET管M2和自藕變壓 器B1;激光驅(qū)動(dòng)回路包括MOSFET驅(qū)動(dòng)器VI和高速、低內(nèi)阻功率MOSFET管Q]; 時(shí)間計(jì)量模塊由低功耗的CPLD芯片組成。
上述的低功耗激光測(cè)距儀，其結(jié)構(gòu)之一是時(shí)間計(jì)量模塊50由Xilinx CoolRunner-II系列CPLD芯片組成。
本實(shí)用新型極大地降低了功耗，它可采用3V電池供電，系統(tǒng)內(nèi)部工作電壓 只需3.3V,個(gè)別器件工作電壓降低至1.8V,待機(jī)功耗〈180mW，測(cè)距時(shí)功耗 300mW左右。而現(xiàn)有的手持式激光測(cè)距儀一般采用9V電池供電，經(jīng)線性穩(wěn)壓 至5V的系統(tǒng)工作電壓，待機(jī)功耗500mW左右，測(cè)距時(shí)功耗800mW左右，所 以本實(shí)用新型降低功耗至180mW，功耗降低了62%以上，特別適合將其作為用 電池供電的手持式產(chǎn)品；另外，因發(fā)射回路工作電壓降低，使本測(cè)距儀穩(wěn)定性 和抗干擾性得到提高。


圖1 :本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖
圖2:圖1中高低壓電源結(jié)構(gòu)示意圖
圖3:圖1中激光驅(qū)動(dòng)回路結(jié)構(gòu)示意圖
圖1一3中，10-高低壓電源即DC-DC轉(zhuǎn)換器，20-激光驅(qū)動(dòng)回路，30-激光 信號(hào)接收回路，40-高速時(shí)鐘回路，50-時(shí)間計(jì)量模塊，60-微處理器，70-液晶顯 示器，80-半導(dǎo)體激光器，90-發(fā)射透鏡，100-接收透鏡，110-光電雪崩二極管即 APD， 11-低壓輸出部分，12-髙壓輸出部分，13-DC-DC驅(qū)動(dòng)芯片，41-高精度 晶振即TCXO, 42-鎖相環(huán)回路即PLL， 51-控制邏輯單元，52-高速計(jì)數(shù)器，53-鎖存器，54-并串轉(zhuǎn)換回路具體實(shí)施方式
由圖l一3所表示的是本實(shí)用新型一實(shí)施例，它包括:高低壓電源即DC-DC 轉(zhuǎn)換器10，激光驅(qū)動(dòng)回路20，激光信號(hào)接收回路30，高速時(shí)鐘回路40，時(shí)間 計(jì)量模塊50，微處理器60,液晶顯示器70，半導(dǎo)體激光器80,發(fā)射透鏡卯， 接收透鏡IOO，光電雪崩二極管即APD110;
高低壓電源即DC-DC轉(zhuǎn)換器10與激光驅(qū)動(dòng)回路20、激光信號(hào)接收回路30、 高速時(shí)鐘回路40、時(shí)間計(jì)量模塊50和微處理器60相連；它包括低壓輸出部分 11、高壓輸出部分12、 DC-DC驅(qū)動(dòng)芯片13:低壓輸出部分11包括MOSFET管 Ml和升壓電感L1，髙壓輸出部分12包括MOSFET管M2和自藕變壓器B1;高 壓輸出部分12對(duì)激光驅(qū)動(dòng)回路20和激光信號(hào)接收回路30提供不同幅值的高壓; 低壓輸出部分11提供其它回路所需電壓；低壓輸出部分11為標(biāo)準(zhǔn)DC-DC升壓 電路，由于其輸出電壓不是很高，只有10V左右，所以用標(biāo)準(zhǔn)DC-DC升壓就可 以達(dá)到85%以上的效率；而高壓輸出部分12由于要升高到大約200V左右電壓， 若仍然采用標(biāo)準(zhǔn)的DC-DC升壓電路則勢(shì)必要選取高耐壓的MOSFET管，并且空載 電流大于90rnA，損耗會(huì)很大。此處采用自藕變壓器Bl升壓， 一方面降低了對(duì) MOSFET管M2的耐壓要求，使其MOSFET管M2的開(kāi)關(guān)效率提高；另一方面與標(biāo)準(zhǔn) DC-DC直接升壓的回路相比，紋波大為改善，這對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性起到了積極的作 用；再貝U，空載電流減小至不到2mA，降低了損耗，從而大幅度提高了轉(zhuǎn)換效率;
激光驅(qū)動(dòng)回路20包括MOSFET驅(qū)動(dòng)器VI和高速、低內(nèi)阻功率MOSFET管Q]; 它與上述高低壓電源10和時(shí)間計(jì)量模塊50相連，接受控制邏輯單元51激光發(fā) 射觸發(fā)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器8即半導(dǎo)體脈沖激光二極管El發(fā)射脈沖激光信號(hào)；該回路由于采用MOSFET驅(qū)動(dòng)器VI和高速、低內(nèi)阻功率MOSFET管Ql，使 放電電容C4上的電壓近乎無(wú)損地加到了半導(dǎo)體激光器80兩端，使驅(qū)動(dòng)電壓降 至IOV左右，其效率也因此達(dá)到了 95%以上；并且低的驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)系統(tǒng)的干擾??；
激光信號(hào)接收回路30與上述高低壓電源10和時(shí)間計(jì)量模塊50相連，由光 電雪崩二極管110將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大及預(yù)處理；
高速時(shí)鐘回路40包括高精度晶振41、鎖相環(huán)回路42，與上述高低壓電 源10及時(shí)間計(jì)量模塊50相連；高精度晶振即TCX041產(chǎn)生頻率相對(duì)較低的高 精度時(shí)鐘信號(hào)；鎖相環(huán)回路42對(duì)高精度晶振即TCX041產(chǎn)生的時(shí)鐘進(jìn)行倍頻， 使其提高到設(shè)計(jì)的較高頻率的時(shí)鐘信號(hào)；
時(shí)間計(jì)量模塊50由Xilinx CoolRunner-II系列CPLD芯片組成，它包括控 制邏輯單元51、高速計(jì)數(shù)器52、鎖存器53、并串轉(zhuǎn)換回路54;控制邏輯單元 51控制發(fā)射激光的時(shí)機(jī)和高速計(jì)數(shù)器52與鎖存器53的時(shí)序；高速計(jì)數(shù)器52計(jì) 數(shù)高頻時(shí)鐘從而測(cè)出時(shí)間；鎖存器53鎖存不同時(shí)刻的激光返回時(shí)間值；并串轉(zhuǎn) 換回路54把并行的數(shù)據(jù)通過(guò)串口輸出。它與上述高低壓電源10、激光驅(qū)動(dòng)回路 20、激光信號(hào)接回路30、高速時(shí)鐘回路40和微處理器60相連，計(jì)數(shù)脈沖激光 信號(hào)發(fā)出至接收到激光回波信號(hào)的間隔時(shí)間；
微處理器60與上述高低壓電源10、時(shí)間測(cè)量模塊50和液晶顯示器70相連，
控制與協(xié)調(diào)各模塊的工作與時(shí)序；
液晶顯示器70與微處理器60相連，顯示微處理器輸出的處理結(jié)果。 半導(dǎo)體激光器80與激光驅(qū)動(dòng)回路20、發(fā)射透鏡卯相連接；半導(dǎo)體激光器
80采用半導(dǎo)體脈沖激光二極管El。
本實(shí)用新型的工作過(guò)程如下微處理器60發(fā)出發(fā)射激光的指令，指令通過(guò)控制邏輯單元51產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，此觸發(fā)脈沖傳至激光驅(qū)動(dòng)回路20的MOSFET驅(qū) 動(dòng)器V1，從而驅(qū)動(dòng)功率MOSFET管Ql導(dǎo)通，而后放電電容C4通過(guò)MOSFET管Q1 對(duì)半導(dǎo)體激光器80的半導(dǎo)體脈沖激光二極管El放電，驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器80的 半導(dǎo)體脈沖激光二極管El發(fā)出激光脈沖。此時(shí)激光驅(qū)動(dòng)回路20反饋給控制邏 輯單元51，從而控制邏輯單元51啟動(dòng)高速計(jì)數(shù)器52對(duì)高速時(shí)鐘回路40產(chǎn)生的 高速、高精度時(shí)鐘計(jì)數(shù)。激光脈沖從被測(cè)目標(biāo)反射回來(lái)經(jīng)過(guò)接收透鏡100的聚 光，使能量聚集到光電雪崩二極管即APD110的光敏區(qū)，接收到激光信號(hào)后將其 轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)過(guò)激光信號(hào)接收回路30的放大和處理后傳回控制邏輯單元51 ， 將計(jì)數(shù)值鎖存至鎖存器53中。經(jīng)過(guò)一定的測(cè)試周期后，微處理器60再經(jīng)過(guò)并 串轉(zhuǎn)換邏輯回路54從鎖存器53中將各計(jì)數(shù)值讀出處理，最后將處理結(jié)果送液 晶顯示器70顯示。
權(quán)利要求1. 一種低功耗激光測(cè)距儀，它包括高低壓電源即DC-DC轉(zhuǎn)換器(10)，激光驅(qū)動(dòng)回路(20)，激光信號(hào)接收回路(30)，高速時(shí)鐘回路(40)，時(shí)間計(jì)量模塊(50)，微處理器(60)，其特征在于高低壓電源即DC-DC轉(zhuǎn)換器(10)它包括低壓輸出部分(11)、高壓輸出部分(12)、DC-DC驅(qū)動(dòng)芯片(13)，低壓輸出部分(11)包括MOSFET管M1和升壓電感L1，高壓輸出部分(12)包括MOSFET管M2和自藕變壓器B1；激光驅(qū)動(dòng)回路(20)包括MOSFET驅(qū)動(dòng)器V1和高速、低內(nèi)阻功率MOSFET管Q1；時(shí)間計(jì)量模塊(50)由低功耗的CPLD芯片組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗激光測(cè)距儀，其特征在于組成時(shí)間計(jì)量模i夾 (50)的低功耗的CPLD芯片是XilinxCoolRunner-II系列CPLD芯片。
專(zhuān)利摘要一種低功耗激光測(cè)距儀，屬于激光測(cè)距技術(shù)領(lǐng)域。它包括高低壓電源即DC-DC轉(zhuǎn)換器(10)，激光驅(qū)動(dòng)回路(20)，激光信號(hào)接收回路(30)，高速時(shí)鐘回路(40)，時(shí)間計(jì)量模塊(50)，微處理器(60)，其特征在于高低壓電源即DC-DC轉(zhuǎn)換器(10)它包括低壓輸出部分(11)、高壓輸出部分(12)、DC-DC驅(qū)動(dòng)芯片(13)，低壓輸出部分(11)包括MOSFET管M1和升壓電感L1，高壓輸出部分(12)包括MOSFET管M2和自藕變壓器B1；激光驅(qū)動(dòng)回路(20)包括MOSFET驅(qū)動(dòng)器V1和高速、低內(nèi)阻功率MOSFET管Q1；時(shí)間計(jì)量模塊(50)由低功耗的CPLD芯片組成。本實(shí)用新型激光測(cè)距功耗?。环€(wěn)定性和抗干擾性好。
文檔編號(hào)G01S17/00GK201247319SQ20082016323
公開(kāi)日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2008年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月21日
發(fā)明者劉崇求, 鄭國(guó)軍, 天 金 申請(qǐng)人:金華市藍(lán)海光電技術(shù)有限公司