基于单片机的激光测距系统设计.doc

基于单片机的激光测距系统设计摘要:目前激光测距已得到广泛应用,国内一般使用专用集成电路根据激光测距原理设计各种测距仪器,但是专用集成电路的成本较高、功能单一。而以单片机为核心的激光测距仪器可以实现预置、多端口检测、显示、报警等多种功能,并且成本低、精度高、操作简单、工作稳定可靠。本文简要介绍了利用MCS-51系列单片机实现激光测距的原理以及实现的方法。关键词:脉冲激光;单片机;测距仪中图分类号:TP27文献标识码:A 引言距离测量技术的发展经历了漫长的过程,测距技术最早是从接触式测量开始的,由于它在实际应用中的局限性,促进了非接触式测量技术的发展,其中电磁波测距技术是测量学发展史上的重要事件。第二次世界大战前后开始应用于测量领域,最初是雷达,主要是空中目标定位或空中测距。它不仅提高了测距的速度和精度,而且实现了非接触式测量,还为测量仪器和测量作业自动化创造了条件。而在高速现代化的今天,诸如激光测距等技术也已经涌现并在快速发展,在工业生产的应用日渐广泛。本文将针对高精度短程脉冲激光测距技术开展研究工作,研究在提高短程激光测距系统的测量精度基础上,如何使用单片机代替专用集成电路作为激光测距仪的控制核心,实现多种功能与操作简单化的目标。 1脉冲激光测距技术原理一个典型的激光测距系统应具备以下几个单元:激光发射单元,激光接收单元,距离计算与显示单元,准直与聚焦单元,如图-1所示。系统工作时,激光由发射单元发出,以光速到达目标物后反射回来,被接收单元接收,通过距离计算与显示单元得到目标物距离。本文主要研究的是脉冲测距法。目前,脉冲激光测距获得了广泛的应用。脉冲激光测距利用激光脉冲持续时间极短,能量在时间上相对集中。图-1激光测距系统原理框图瞬时功率很大(可达兆瓦)的特点。其基本原理是:在测距点向被测目标发射一束短而强的激光脉冲,光脉冲发射到目标上后其中一小部分激光反射到测距点被光功能接收器所接收。假定光脉冲在发射点与目标间来回一次所经历的时间间隔为t,那么被测目标的距离D为: (式1-1) 在式1-1中C表示光速,当认为光速一定时(不考虑大气中光速的微小变化),脉冲时间误差为△t,那么由此可以确定测距精度AD: (式1-2) 2测距系统设计 1)如图-2脉冲激光测距系统框图所示,该系统主要由脉冲半导体激光二极管发射电路、光学元件、漫反射物体、接收系统、高精度时间转换芯TDC-GP1、单片机构成,激光发射电路打出窄脉宽光脉冲,同时将发射脉冲输入TDC-GP1的START端口,触发时差测量。一旦从物体传回的发射脉冲达到了光电探测器(接收电路)则给了TDC产生一个STOP信号,这个时候时差测量完成。TDC-GP1记录从START到STOP脉冲之间的时差,用于计算所测物体与发射端的距离。单片机对于TDC-GP1进行寄存器配置以及时间测量控制,时间测量结果传回给单片机通过算法进行距离的精确计算和处理,再将结果送给液晶显示出来。图-2脉冲激光测距系统框图 2)脉冲激光测距系统的关键技术①发射电路设计脉冲式半导体激光器驱动电路是本系统的核心部分,其系统框图如图-3,下面分别对各个部分进行分析设计图-3脉冲式激光器驱动电路框图下面简要介绍窄脉冲发生电路的原理与实现:利用555定时器产生占空比为50%,频率为500Hz的脉冲,用74HC04对其进行4次延时,每次延时操作为7ns