循环式多脉冲激光测速雷达与控制方法与流程

本发明循环式多脉冲激光测速雷达与控制方法，涉及能精确地快速测量运动物体的运动速度的一种循环式多脉冲激光测速雷达。

背景技术：

目前市场上出现的激光测速雷达，其测量原理大多数是单脉冲方式，单脉冲激光测速是采用单个脉冲激光对运动物体进行测量，向运动物体发射一个脉冲激光，接收其回波，计算出物体与激光器之间的距离，间隔了很短的时间后，再向运动物体发射一个脉冲激光，接收其回波，计算出两者的第二个距离，再利用矢量三角形计算出两个位置间的距离，用这个距离除以两个脉冲激光的时间间隔，从而得出被测物体运动速度。由于光速很大，激光来回时间很短，而测量仪器的反应时间同激光来回传播的时间相比较，可以达到同等量级，因此单脉冲激光测量对脉冲往返时间的测量误差较大，对两次距离的测量误差就会较大，同样利用矢量三角形计算出两个位置间的距离误差也较大，因此不能做到精确测量物体的运动速度，其应用范围受到了一定的限制。

技术实现要素：

本发明循环式多脉冲激光测速雷达与控制方法，目的在于提供一种循环式多脉冲激光测速雷达，该雷达能快速精确测量运动物体的运动速度，提高测量精度，有效地减小测量误差。

为达到上述目的，本发明循环式多脉冲激光测速雷达与控制方法，系统包括直流电源、led显示屏显示电路、和控制电路，由直流电源提供直流电给控制电路。所述控制电路包括ta89c52单片机、晶体振荡电路、锁相环电路、激光触发器、脉冲激光器、伺服机构、激光接收器、信号放大电路、透镜ⅰ和透镜ⅱ。其中，led显示屏与控制电路中的单片机ta89c52连接，伺服机构的一端与脉冲激光器连接，另一端与激光接收器相连。所述控制电路还包括型号为max7000b的在线可编程逻辑计数电路；晶体振荡电路通过锁相环电路和在线可编程逻辑计数电路max7000b与单片机ta89c52连接，锁相环电路产生高稳定度振荡信号后，通过在线可编程逻辑计数器max7000b送入单片机ta89c52进行控制，单片机ta89c52通过激光触发器和脉冲激光器与透镜ⅰ相连，透过透镜ⅰ聚焦后发射激光束；所述激光接收器的一端与透镜ⅱ相接，另一端与信号放大器相连，激光束由透镜ⅱ聚焦后进人光电转换器，转换成电信号后再送入信号放大器进行放大，信号放大器的输出端与在线可编程逻辑计数器max7000b的输入端相连，信号放大后送入在线可编程逻辑计数器max7000b中，经过在线可编程逻辑计数器max7000b后，再送入单片机ta89c52进行控制。

在上述技术方案中，本发明循环式多脉冲激光测速雷达与控制方法，对运动物体两个位置与激光器之间距离的测量，采用首尾相接循环多脉冲激光测距。每一次测量过程是，先设定多脉冲循环的时间，即单片机输出一个时间相对较长的脉冲信号，在此时间间隔内，计数器1和计数器2开始计数，直到脉冲结束。晶体振荡器通过锁相环电路产生高稳定度振荡信号作为基准时间的时钟信号，.本发明采用50mhz晶体振荡器通过锁相环电路6倍频产生高稳定度300mhz振荡信号，其震荡周期为3乘10的九次方分之一秒，达到飞秒量级。时钟信号经过在线可编程逻辑计数器max7000b启动单片机ta89c52，单片机ta89c52启动激光触发器，激光触发器的触发信号触发脉冲激光器，透过透镜ⅰ向被测物体发射激光束，该脉冲激光束经被测物体反射后，形成回波束由透镜ⅱ聚焦后照射到激光接收器上，在激光接收器中进行光电转换，转换成电信号后再送入信号放大器，信号放大后送入在线可编程逻辑计数器max7000b中，经过在线可编程逻辑计数器max7000b后由单片机ta89c52控制，再启动触发信号，由激光触发器再次触发脉冲激光器，向被测物体发射脉冲激光束，形成回波，再次接收，如此循环往复。直到设定的多脉冲循环时间结束，而设定的多脉冲循环时间的计算，是利用在线可编程逻辑计数器max7000b内部计数器2记下此段时间内时钟脉冲个数，乘以时钟脉冲周期，即得到多脉冲循环设定时间。在此时间内，在线可编程逻辑计数器max7000b内部计数器1对脉冲激光束往复的次数进行计数，用此设定的多脉冲循环时间除以两倍往返次数即得到测量的平均时间，再乘以光速即得运动物体第一个位置与激光器之间的平均距离。第二次测量重复第一次的过程，得到运动物体第二个位置与激光器之间的平均距离。由于循环发射的激光脉冲个数达到10的五次方量级，所以采用本发明的首尾相接循环多脉冲激光测距的技术方案，电子器件反应时间引起的误差可以忽略，和单脉冲方式相比，极大地减小了测量误差，提高了测量精度。

本发明循环式多脉冲激光测速雷达与控制方法的创新点在于，1.采用首尾相接循环多脉冲激光测量运动物体与激光器之间的距离，在设定的多脉冲循环时间内，本系统发射的激光脉冲个数达到10的五次方量级，时间长度远大于单脉冲（微秒级）的时间长度，误差所占比例很小，可以忽略，极大地提高了测量的精度。2.采用50mhz晶体振荡器通过锁相环电路6倍频产生高稳定度300mhz振荡信号作为基准时间的时钟信号，其震荡周期为3乘10的九次方分之一秒，达到飞秒量级，进一步减小了测量时间的误差。3.应用自编的程序软件，实现对速度的自动测量并显示。

附图说明

图1是本发明循环式多脉冲激光测速雷达的电路原理框图。

图2是本发明循环式多脉冲激光测速雷达的控制与测量软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明循环式多脉冲激光测速雷达与控制方法作进一步详细说明。

如图1所示，本实施例是由直流电源、led显示屏显示电路、和控制电路组成，由直流电源提供直流电给控制电路中的各个部件，控制电路是由型号为ta89c52的单片机、晶体振荡器、锁相环电路、型号为max7000b的在线可编程逻辑计数器、激光触发器、脉冲激光器、伺服机构、激光接收器、信号放大器、透镜ⅰ和透镜ⅱ组成。其中，led显示屏与控制电路中的单片机ta89c52连接，伺服机构的一端与脉冲激光器连接，另一端与激光接收器相连，晶体振荡器通过锁相环电路和在线可编程逻辑计数器max7000b与单片机ta89c52连接，锁相环电路产生高稳定度振荡信号作为时钟脉冲，通过在线可编程逻辑计数器max7000b送入单片机ta89c52进行控制，单片机ta89c52通过激光触发器和脉冲激光器和发射透镜相连，透过发射透镜发射激光束；所述激光接收器的一端与接收透镜相接，另一端与信号放大器相连，激光束由接收透镜聚焦后进人光电转换器，转换成电信号再送入信号放大器进行放大，信号放大器的输出端与在线可编程逻辑计数器max7000b的输入端相连，信号放大后送入在线可编程逻辑计数器max7000b中，经过在线可编程逻辑计数器max7000b后再送入单片机ta89c52控制。

在本实施例中，伺服机构由单片机ta89c52控制，保持对运动物体的跟踪，直流电源使用锂电池，对各部分电路提供必要的电力，同时单片机ta89c52处理器还将测量值进行运算，得到的结果送人led显示屏进行显示。

本实施例使用的在线可编程逻辑计数器max7000b具有集成度高，工作速度快，编程方便的特点。max7000b器件内置jtagbst电路，通过jtg接口实现在线编程，完成激光飞行时间计数测量功能。利用max7000b器件内部计数器1在设定的多脉冲循环时间内对循环连续脉冲激光测距信号进行计数，得到首尾相接的测距信号的个数，再由内部计数器2对设定时间内时钟脉冲个数进行计数。由于循环发射的激光脉冲个数达到10的五次方量级，所以采用本发明的首尾相接循环多脉冲激光测距的技术方案，电子器件反应时间引起的误差和设定的时间相比可以忽略，根据计算得知，本发明的技术方案测得的距离100米误差0.1毫米。和单脉冲方式相比，测量误差大为减小，测量精度得到了提高。

本实施例的工作原理：对运动物体前后相继两个位置和激光雷达之间的距离进行测量，采用首尾相接循环多脉冲激光测距。第一次测量过程是，在设定的多脉冲循环时间内，晶体振荡器通过锁相环电路产生高稳定度振荡信号作为基准时间的时钟信号，.本发明采用50mhz晶体振荡器通过锁相环电路6倍频产生高稳定度300mhz振荡信号，其震荡周期为3乘10的九次方分之一秒，达到飞秒量级。时钟信号经过在线可编程逻辑计数器max7000b启动单片机ta89c52，单片机ta89c52启动激光触发器，激光触发器的触发信号触发脉冲激光器，透过透镜ⅰ向被测物体发射激光束，该脉冲激光束经被测物体反射后，形成回波束由透镜ⅱ聚焦后照射到激光接收器上，在激光接收器中进行光电转换后再送入信号放大器，信号放大后送入在线可编程逻辑计数器max7000b中，经过在线可编程逻辑计数器max7000b内部计数器1计数后，由单片机ta89c52控制，再启动触发信号，由激光触发器再次触发脉冲激光器，向被测物体发射脉冲激光束，形成回波，再次接收，如此循环往复，直到设定的时间结束。而设定的多脉冲循环时间的计算，是利用在线可编程逻辑计数器max7000b内部计数器2记下此段时间内时钟脉冲个数，乘以时钟脉冲周期，即得到多脉冲循环设定时间。在此时间内，在线可编程逻辑计数器max7000b内部计数器1记下脉冲激光束往复的次数，用此设定时间除以两倍往返次数即得到测量运动物体与激光器之间第一个距离所用的平均时间，再乘以光速即得运动物体与激光器之间的平均距离。运动物体处在第二位置的测量，重复上述过程。得到运动物体前后相继两个位置和激光雷达之间的距离后，利用矢量三角形即可计算出运动物体前后相继两个位置的距离，用此距离除以两次测量的时间间隔，即可得到该物体的运动速度。

如图2是本发明循环式多脉冲激光测速雷达的控制与测量软件流程图，所有应用程序软件使用c语言编写。

程序运行流程是，单片机上电，开始，初始化，设定多脉冲循环时间（输出长脉冲）；同时启动激光触发器，触发激光器，接收回波，max7000b内部计数器1开始计数；同时锁相环电路输出时钟脉冲，max7000b内部计数器2开始计数；接收电路收到回波再次启动激光触发器，触发激光器，如此循环n次，n大于10的五次方；直到长脉冲结束，对两个计数器计数结果存储；伺服机构追踪运动物体到第二个位置，重复第一次流程，得到第二次结果再存储，并启动运算程序进行运算，得到被测物体的运动速度，显示结果。