APD激光接收器7收到的反射光脈沖經(jīng)光電轉換后作為時鐘脈沖輸入給邏輯判斷計數(shù)器8的CLK端，計數(shù)加1，同時分支一路輸入給“或”邏輯門a302的另一輸入作為自觸發(fā)輸入，開始下一次測量；若計數(shù)達到10，則進位端RCO給出進位信號輸入至時刻鑒別器IIlO作為計時停止信號；時刻鑒別器IIlO與時刻鑒別器19所檢測時刻的間隔便是高精度計時器11所得到的計時間隔數(shù)值。
[0027]圖4示出了第一次測量時的開始信號鎖定操作流程圖。PIN激光發(fā)射器3發(fā)射脈沖激光后，同步輸出時間信號電平，計時開始鎖定器若未輸出計時開始信號，則會輸出計時開始信號給時刻鑒別器19作為開始計時信號并一直保持輸出，后續(xù)如果再收到時間信號電平則不再響應，防止多次出發(fā)開始信號造成計時錯誤。
[0028]圖5示出了自觸發(fā)過程的流程圖。當APD激光接收器7收到了 PIN激光發(fā)射器3發(fā)射激光的反射光后，經(jīng)放大、濾波、光電轉換等操作后作為電平脈沖輸入給邏輯判斷計數(shù)器8進行判斷，若邏輯判斷計數(shù)器8的內部計數(shù)未達到預設值，則通過一路輸出端驅動PIN激光發(fā)射器3進行下一次測量操作，否則通過另一路輸出端給時刻鑒別器IIlO作為開始停止信號，計時結束。
[0029]圖6示出了本系統(tǒng)的一次完整測量過程的流程圖，上位機系統(tǒng)上電啟動，上位機通過程序界面進行操作。首先打開串口，界面會提示是否打開成功，若打開失敗時則應檢查下位機單片機系統(tǒng)是否正確連接以及是否上電；然后與計時器進行通信測試，若通信失敗則應檢查單片機是否與計時器正確連線；之后必須首先進行計時器內部寄存器手動配置方可開始測量，寄存器配置用于選擇測量范圍和測量精度，配置完成后界面會顯示配置后狀態(tài)；然后單擊測量，單片機向測距系統(tǒng)發(fā)送測量脈沖；一段時間后點擊停止，平臺界面自動給出經(jīng)過轉換處理以及運算、誤差修正后的測量結果，注意如果總計時時間超過了設定的計時范圍會導致結果溢出，此時應重新選擇測量范圍與精度級，再配置寄存器和測量操作。
[0030]圖7示出了單片機控制器根據(jù)收到的不同操作標志字執(zhí)行不同操作的選擇分支流程圖。操作字的發(fā)送由上位機平臺軟件實現(xiàn)，首先自行設定標志字，并定義其代表的含義，單片機固件程序必須根據(jù)標志字的各自含義設定不同的操作指令:01表示“向上位機發(fā)送‘就緒’信息”，當串口通信成功后收到此字時必須向上位機發(fā)送反饋消息以告知通信正常；02表示“初始化計時器”，包括計時器的上電復位等操作；90表示“向測距系統(tǒng)發(fā)送測量開始信號”，即開始測量命令；9F表示“向上位機輸出原始測量數(shù)據(jù)”，即在上位機平臺點擊停止后要求單片機上傳原始數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)在上位機平臺內部進行轉換、換算與誤差修正用于結果顯示；05表示“向上位機輸出與計時器的通信結果”，當與計時器通信測試完成后上位機向單片機發(fā)送此標志字用于獲取計時器通信測試結果；A0、Al表示將寄存器配置為芯片為模式一工作狀態(tài)，即時間范圍為3.5ns — 2400ns，適合于測量短延時，AO表示單精度90ps，Al表示雙精度45ps ;B0、B1、B2表示將寄存器配置為芯片為模式二工作狀態(tài)，即時間范圍為0.5us — 4000us，適合于測量長延時，BO表示單精度90ps，BI表示雙精度45ps，B2表示最高精度四精度22ps，22ps精度級只可用于工作模式二長延時測量。
【主權項】
1.一種激光雷達測距系統(tǒng)，其特征在于:卩(:機(I)與顯示器(12)組成上位機系統(tǒng)；單片機控制器⑵與PC機⑴使用串口進行通信，單片機控制器⑵的I/O接口連接高精度計時器(11) ;PIN激光發(fā)射器(3)的輸入使用二輸入“或”邏輯門驅動，邏輯門一輸入端連接單片機控制器(2)，用于發(fā)射第一次測量脈沖，另一端連接邏輯判斷計數(shù)器(8)，用于自觸發(fā)循環(huán)測量；PIN激光發(fā)射器(3)的時間電平輸出端連接計時開始鎖定器￠)，再輸出給時刻鑒別器I (9)，最后再連接高精度計時器(11)，用作計時開始端；PIN激光發(fā)射器(3)透過一透鏡(5)向被測目標(4)發(fā)射測量激光束，AH)激光接收器(7)透過另一透鏡(5)接收反射光束；ΑΗ)激光接收器(7)的輸出端連接邏輯判斷計數(shù)器(8)，邏輯判斷計數(shù)器(8)帶有兩路輸出，一路通向PIN激光發(fā)射器(3)，另一路通向時刻鑒別器II (10)，同樣連接高精度計時器(11)，用作計時停止端；系統(tǒng)計時芯片包括時刻鑒別器I (9)、時刻鑒別器II(1)和高精度計時器(11);該系統(tǒng)計時芯片內有手動配置式寄存器。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種激光雷達測距系統(tǒng)，其特征在于:PIN激光發(fā)射器(3)的PIN激光發(fā)射主體(301)采用集成式脈沖激光二極管發(fā)射模塊C6582，PIN激光發(fā)射器(3)的“或”邏輯門a(302)為輸入驅動電路；“或”邏輯門a(302)的一端連接單片機控制器(2)，該輸入端僅第一次測量時使用，一端連接邏輯判斷計數(shù)器(8)，用于自觸發(fā)輸入。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種激光雷達測距系統(tǒng)，其特征在于:“或”邏輯門b(601)和“或”邏輯門c (602)通過輸出反饋線交叉互連形成基本RS觸發(fā)器，“或”邏輯門c (602) —輸入端連接PIN激光發(fā)射器(3)的同步時間信號輸出端，一旦收到電平信號，RS觸發(fā)器翻轉，使得“或”邏輯門a(601)固定輸出高電平給時刻鑒別器I (9)作為計時開始信號，此后便不再翻轉，這樣便保證了計時開始信號不會被多次觸發(fā)造成計時錯誤；“或”邏輯門a(302)、“或”邏輯門b (601)、“或”邏輯門c (602)均為“或”邏輯門74LS32。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種激光雷達測距系統(tǒng)，其特征在于:AH)激光接收器(7)采用集成式APD雪崩二極管模塊C10508。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種激光雷達測距系統(tǒng)，其特征在于:邏輯判斷計數(shù)器(8)采用同步十進制計數(shù)器74LS160。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種激光雷達測距系統(tǒng)，其特征在于:PIN激光發(fā)射器(3)發(fā)射脈沖激光后，同步輸出時間信號電平，計時開始鎖定器若未輸出計時開始信號，則會輸出計時開始信號給時刻鑒別器1(9)作為開始計時信號并一直保持輸出，后續(xù)如果再收到時間信號電平則不再響應，防止多次出發(fā)開始信號造成計時錯誤。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種激光雷達測距系統(tǒng)，其特征在于:當Aro激光接收器(7)收到了 PIN激光發(fā)射器(3)發(fā)射激光的反射光后，經(jīng)放大、濾波、光電轉換操作后作為電平脈沖輸入給邏輯判斷計數(shù)器(8)進行判斷，若邏輯判斷計數(shù)器(8)的內部計數(shù)未達到預設值，則通過一路輸出端驅動PIN激光發(fā)射器(3)進行下一次測量操作，否則通過另一路輸出端給時刻鑒別器II(1)作為開始停止信號，計時結束。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種激光雷達測距系統(tǒng)，其特征在于:上位機系統(tǒng)上電啟動，PC機(I)通過程序界面進行操作；首先打開串口，界面會提示是否打開成功，若打開失敗時則應檢查下位機單片機系統(tǒng)是否正確連接以及是否上電；然后與計時器進行通信測試，若通信失敗則應檢查單片機是否與計時器正確連線；之后必須首先進行計時器內部寄存器手動配置開始測量，寄存器配置用于選擇測量范圍和測量精度，配置完成后界面會顯示配置后狀態(tài)；然后單擊測量，單片機向測距系統(tǒng)發(fā)送測量脈沖；一段時間后點擊停止，平臺界面自動給出經(jīng)過轉換處理以及運算、誤差修正后的測量結果，如果總計時時間超過了設定的計時范圍會導致結果溢出，此時應重新選擇測量范圍與精度級，再配置寄存器和測量操作。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種激光雷達測距系統(tǒng)，其特征在于:操作字的發(fā)送由上位機系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)，首先自行設定標志字，并定義其代表的含義，單片機固件程序必須根據(jù)標志字的各自含義設定不同的操作指令:01表示“向上位機發(fā)送‘就緒’信息”，當串口通信成功后收到此字時必須向上位機發(fā)送反饋消息以告知通信正常；02表示“初始化計時器”，包括計時器的上電復位等操作；90表示“向測距系統(tǒng)發(fā)送測量開始信號”，即開始測量命令；9F表示“向上位機輸出原始測量數(shù)據(jù)”，即在上位機平臺點擊停止后要求單片機上傳原始數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)在上位機平臺內部進行轉換、換算與誤差修正用于結果顯示；05表示“向上位機輸出與計時器的通信結果”，當與計時器通信測試完成后上位機向單片機發(fā)送此標志字用于獲取計時器通信測試結果；A0、Al表示將寄存器配置為芯片為模式一工作狀態(tài)，即時間范圍為3.5ns — 2400ns，適合于測量短延時，AO表示單精度90ps，Al表示雙精度45ps ；B0、B1、B2表示將寄存器配置為芯片為模式二工作狀態(tài)，即時間范圍為0.5us — 4000us，適合于測量長延時，BO表示單精度90ps，BI表示雙精度45ps，B2表示最高精度四精度22ps，22ps精度級只可用于工作模式二長延時測量。
【專利摘要】一種激光雷達測距系統(tǒng)，單片機控制器與PC機使用串口進行通信，單片機控制器I/O接口連接高精度計時器；PIN激光發(fā)射器輸入使用二輸入“或”邏輯門驅動，邏輯門一輸入端連接單片機控制器，另一端連接邏輯判斷計數(shù)器；PIN激光發(fā)射器透過一透鏡向被測目標發(fā)射測量激光束，APD激光接收器透過另一透鏡接收反射光束；APD激光接收器的輸出端連接邏輯判斷計數(shù)器，邏輯判斷計數(shù)器帶有兩路輸出，一路通向PIN激光發(fā)射器，另一路通向時刻鑒別器II，同樣連接高精度計時器；本系統(tǒng)利用自觸發(fā)原理，一次完成測量，既避免了因待測距離過短導致無法正常計時，也解決了多次測量導致耗時過長和消耗空間存儲測量數(shù)據(jù)的問題。
【IPC分類】G01S17-08, G01S7-481
【公開號】CN104849719
【申請?zhí)枴緾N201510284480
【發(fā)明人】花曉峰, 許紅霞
【申請人】北京工業(yè)大學
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年5月28日