一种具有自检功能的激光雷达的制作方法

本发明涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种具有自检功能的激光雷达。

背景技术：

激光雷达是一种利用激光束来探测目标距离的电子装置。激光雷达可用于探测静止物体的距离、外形等参数，也可用于探测运动物体的外形、速度、角速度等参数，被广泛的应用于交通调查、自动驾驶、机器人、测绘等场景。因为激光雷达结构精密，且常常应用于室外，又需要长期运行，容易出现电气参数异常、电机异常、通信异常等故障。因为在室外，有时出现轻微故障，因为发现或处理不及时，导致故障加剧甚至激光雷达装置完全损坏，造成经济极大损失。

目前，存在部分对激光雷达或类似装置进行检测的装置或方法：

如一种方法是利用ups电源作为备用电源，防止掉电瞬间冲击电流对激光雷达造成损害，同时通过判断激光器有没有发光，判断激光器是否发生故障。此方法不能检测激光器发生故障时的具体信息，对于后期维修、改进并不能提供有用的信息，且需要主控计算机进行控制以及对故障信息进行记录，对于室外使用的激光雷达装置并不实用。

还有一种方法是检测设备的陀螺光强信号强度、电源电压等异常，主要是用于故障搜集和可靠性评估，无法记录故障信息，也无法对装置进行调整操作，避免装置故障的进一步加剧。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种具有自检功能的激光雷达，本发明能够减少激光雷达发生轻微故障因处理不及时而加剧的情况，同时也能够为后续激光雷达的维修、改进提供数据支持。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种具有自检功能的激光雷达，包括：激光发射模块、激光接收模块、电机扫描模块、自检模块、信息记录模块和控制与数据处理模块；

所述激光发射模块，包括激光驱动电路、半导体激光器以及发射光路，用于发射激光脉冲；

所述激光接收模块，包括接收光路、光电传感器和信号处理电路，用于接收并处理目标物反射的回波信号；

所述电机扫描模块，包括电机驱动电路、电机和电机加热模块，用于带动激光发射模块发射激光脉冲信号扫描测距以及给电机加热；

所述自检模块，包括湿度采集单元、气压采集单元、温度采集单元、电压采集单元、电流采集单元、电机转速采集单元和电机震动采集单元中的一种或多种；其中：

所述湿度采集单元，用于采集激光雷达内部的空气湿度信息；

所述气压采集单元，用于采集激光雷达内部和外部的气压信息；

所述温度采集单元，用于采集电机、半导体激光器以及光电传感器的温度信息；

所述电压采集单元，用于采集激光发射模块和激光接收模块的高压值信息；

所述电流采集单元，用于采集激光雷达的总电流信息和电机的电流信息；

所述电机转速采集单元，用于采集电机的转速信息；

所述电机震动采集单元，用于采集电机的震动信息；

所述控制与数据处理模块用于根据所述自检模块采集的信息，判断激光雷达是否存在故障，若是，则进一步判断所述故障是否可以通过调整解决，若是，则控制激光雷达各部件进行相应调整，并将调整情况发送至所述信息记录模块进行记录；否则，控制激光雷达进行断电关机保护。

进一步地，所述控制与数据处理模块具体用于根据所述自检模块中的湿度采集单元采集的激光雷达内部的空气湿度信息判断激光雷达内部的湿度值是否大于湿度阈值，若是，则发出第一报警信息并控制激光雷达内部的除湿装置进行除湿。

进一步地，所述控制与数据处理模块具体用于根据所述自检模块中的气压采集单元采集的激光雷达内部和外部的气压信息判断激光雷达内部气压与外部气压之差是否超过气压差阈值，若是，则发出第二报警信息并控制激光雷达打开激光雷达外壳上的电子阀门，释放压差。

进一步地，所述控制与数据处理模块具体用于根据所述自检模块中的温度采集单元采集的电机的温度信息判断电机当前温度是否与电机温度设定值一致，若否，则发出第三报警信息并将电机加热模块的开启时长调整为t＝a*(δt-b*δt)，保证电机工作在预设温度范围内，其中，a、b为电机加热模块的特征参数，δt为电机当前温度与电机温度设定值的差值；

所述控制与数据处理模块还用于根据所述自检模块中的温度采集单元采集的半导体激光器的温度信息判断半导体激光器的温度是否超过第一温度阈值，若是，则发出第四报警信息并降低半导体激光器发光频率以使半导体激光器的温度小于或等于第一温度阈值；

所述控制与数据处理模块还用于根据所述自检模块中的温度采集单元采集的光电传感器的温度信息判断光电传感器的温度是否超过第二温度阈值，若是，则发出第五报警信息并降低半导体激光器发光频率以使光电传感器的温度小于或等于第二温度阈值。

进一步地，所述控制与数据处理模块具体用于根据所述自检模块中的电压采集单元采集的激光发射模块的高压值信息判断激光发射模块的高压值是否符合第一条件，若否，则发出第六报警信息并调整激光发射模块的高压值使得激光发射模块的高压值符合所述第一条件；

其中，所述第一条件是指激光发射模块的高压值v1满足v1＝(t1-25)*c+d，其中，t1为半导体激光器的当前温度，c、d为半导体激光器特征参数；

所述控制与数据处理模块还用于根据所述自检模块中的电压采集单元采集的激光接收模块的高压值信息判断激光接收模块的高压值是否符合第二条件，若否，则发出第七报警信息并调整激光接收模块的高压值使得激光接收模块的高压值符合所述第二条件；

其中，所述第二条件是指激光接收模块的高压值v2满足v2＝(t2-25)*e+f，其中，t2为光电传感器的当前温度，e、f为光电传感器特征参数。

进一步地，所述控制与数据处理模块具体用于根据所述自检模块中的电流采集单元采集的激光雷达的总电流信息判断激光雷达总电流是否超过第一电流阈值，若是，则发出第八报警信息并控制激光雷达断电关机；

所述控制与数据处理模块还用于根据所述自检模块中的电流采集单元采集的电机的电流信息判断电机电流是否超过第二电流阈值，若是，则进一步判断电机电流与所述第二电流阈值的差值δi是否小于电流设定值i0，若δi＜i0，则发出第九报警信息，并调整电机转速设定值v＝v0-m1δi，若δi≥i0，则发出第十报警信息，并控制控制激光雷达断电关机；其中，v0为激光雷达正常工作时设定的电机转速，m1为第一预设系数。

进一步地，所述控制与数据处理模块具体用于根据所述自检模块中的电机转速采集单元采集的电机的转速信息判断电机转速是否超过设定范围，若是，则发出第十一报警信息并调整所述电机驱动电路的输出，形成闭环调节，保证电机转速的稳定性。

进一步地，所述控制与数据处理模块具体用于根据所述自检模块中的电机震动采集单元采集的电机的震动信息判断电机震动值是否大于震动阈值，若是，则进一步判断电机震动值与震动阈值的差值δs是否小于震动设定值s0，若δs<s0，则发出第十二报警信息，并调整电机转速设定值v＝v0-m2δs；若δs≥s0，则发出第十三报警信息，并控制控制激光雷达断电关机，其中，v0为激光雷达正常工作时设定的电机转速，m2为第二预设系数。

进一步地，所述信息记录模块，包括电源选择单元、存储控制芯片以及存储芯片；

所述存储控制芯片用于与所述控制与数据处理模块通信，并将通信的数据记录于所述存储芯片中；

所述电源选择单元具有多路电源选择功能，激光雷达正常工作时，所述信息记录模块由激光雷达内部提供电源；激光雷达发生故障时，所述信息记录模块由外界提供电源。

进一步地，所述存储控制芯片至少具有两路通信单元，一路通信单元与激光雷达其它各模块通信；另一路通信单元与激光雷达外界通信。

由上面技术方案可知，本发明提供的具有自检功能的激光雷达，能够有效减少激光雷达发生轻微故障因处理不及时而加剧的情况，同时也能够为后续激光雷达的维修、改进提供数据支持。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的具有自检功能的激光雷达的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的具有自检功能的激光雷达工作流程示意图；

图3是本发明实施例提供的信息记录模块的结构组成图；

上面各图中，1表示激光发射模块；2表示激光接收模块；3表示控制与数据处理模块；4表示电机扫描模块；5表示自检模块；6表示信息记录模块；6-1表示电源选择单元；6-2表示存储控制芯片；6-3表示存储芯片。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一实施例提供了一种具有自检功能的激光雷达，参见图1，该激光雷达包括：激光发射模块1、激光接收模块2、控制与数据处理模块3、电机扫描模块4、自检模块5和信息记录模块6；

在本实施例中，所述激光发射模块1，包括激光驱动电路、半导体激光器以及发射光路，用于发射激光脉冲；

所述激光接收模块2，包括接收光路、光电传感器和信号处理电路，用于接收并处理目标物反射的回波信号；

所述电机扫描模块4，包括电机驱动电路、电机和电机加热模块，用于带动激光发射模块发射激光脉冲信号扫描测距以及给电机加热；

可以理解的是，所述激光发射模块1在所述控制与数据处理模块3的控制下发出激光，经过准直后，再经过电机扫描模块4的旋转式反射，将激光束反射至扫描区域；所述激光接收模块2接收扫描区域反射回来的激光，并将其转化为电信号，再经过放大滤波后，输入至所述控制与数据处理模块3，再经过进一步的处理得到所需的距离数据。

在本实施例中，所述自检模块5，包括湿度采集单元、气压采集单元、温度采集单元、电压采集单元、电流采集单元、电机转速采集单元和电机震动采集单元中的一种或多种。可以理解的是，各个信息采集单元分散的布置在激光雷达的各个部位，各个信息采集单元周期性检测激光雷达的运行环境及状态；其中：

所述湿度采集单元，用于采集激光雷达内部的空气湿度信息；

所述气压采集单元，用于采集激光雷达内部和外部的气压信息；

所述温度采集单元，用于采集电机、半导体激光器以及光电传感器的温度信息；

所述电压采集单元，用于采集激光发射模块和激光接收模块的高压值信息；

所述电流采集单元，用于采集激光雷达的总电流信息和电机的电流信息；

所述电机转速采集单元，用于采集电机的转速信息；

所述电机震动采集单元，用于采集电机的震动信息；

参见图2所示的具有自检功能的激光雷达的工作流程，所述控制与数据处理模块4用于根据所述自检模块5采集的信息，判断激光雷达是否存在故障，若是，则进一步判断所述故障是否可以通过调整解决，若是，则控制激光雷达各部件进行相应调整，并将调整情况发送至所述信息记录模块6进行记录；否则，控制激光雷达进行断电关机保护。

从上面描述可以看出，本实施例提供的具有自检功能的激光雷达工作过程可分为两个线程：

线程一：

控制与数据处理模块3控制所述激光发射模块1发出准直后的激光束，激光束再经过所述电机扫描模块4的旋转反射后，入射至扫描区域；扫描区域反射回来的信号由所述激光接收模块2接收，经过光电转换、放大滤波等处理后，输入至所述控制与数据处理模块3，由其计算处理得到待测距离信息；

线程二：

与线程一并行运行，自检模块5通过各个信息采集单元周期性检测激光雷达的运行环境及状态，如气压、湿度、电机温度、激光接收模块温度、激光发射模块温度、激光发射模块高压值、激光接收模块高压值、激光雷达总电流、电机电流、电机转速以及电机震动；自检模块5将采集的各信息传递给控制与数据处理模块3，控制与数据处理模块3通过将此信息与设定值比较，根据比较的结果的不同做出不同的操作。

由上面描述可知，本发明实施例提供的具有自检功能的激光雷达，在其运行期间，自检模块周期性检测激光雷达的运行环境及状态如温湿度、气压、关键点电压电流、电机转速、电机震动等，根据检测结果的不同，对激光雷达进行不同操作，既可以更好的保证激光雷达的性能，保证激光雷达发生轻微故障时，不会因处理不及时而造成重大故障甚至完全损坏，同时也可将检测结果以及对激光雷达的调整操作选择性的记录于信息记录模块中。

下面通过多个具体实施方式，给出针对不同的信息采集单元，所述控制与数据处理模块3的调整或处理过程。

在一种可选实施方式中，所述控制与数据处理模块3具体用于根据所述自检模块中的湿度采集单元采集的激光雷达内部的空气湿度信息判断激光雷达内部的湿度值是否大于湿度阈值，若是，则发出第一报警信息并控制激光雷达内部的除湿装置进行除湿，防止因湿度过大，对光学器件、电子器件造成损害，同时将湿度信息及操作日志记录于所述信息记录模块6中。

可以理解的是，在本可选实施方式中，所述湿度采集单元设置在激光雷达的内部。

在一种可选实施方式中，所述控制与数据处理模块3具体用于根据所述自检模块5中的气压采集单元采集的激光雷达内部和外部的气压信息判断激光雷达内部气压与外部气压之差是否超过气压差阈值，若是，则发出第二报警信息并控制激光雷达打开激光雷达外壳上的电子阀门，释放压差，防止因激光雷达内外压差过大，导致机械破损或电机润滑脂的加速挥发，同时将激光雷达内部和外部的气压信息及操作日志记录于所述信息记录模块6中。

可以理解的是，在本可选实施方式中，所述气压采集单元分别设置在激光雷达的内部和外部。

在一种可选实施方式中，所述控制与数据处理模块3具体用于根据所述自检模块5中的温度采集单元采集的电机的温度信息判断电机当前温度是否与电机温度设定值一致，若否，则发出第三报警信息并将电机加热模块的开启时长调整为t＝a*(δt-b*δt)，保证电机工作在预设温度范围内，延长电机寿命，同时将电机的温度及操作日志记录于所述信息记录模块6中。其中，a、b为电机加热模块的特征参数，δt为电机当前温度与电机温度设定值的差值。

所述控制与数据处理模块3还用于根据所述自检模块5中的温度采集单元采集的半导体激光器的温度信息判断半导体激光器的温度是否超过第一温度阈值，若是，则发出第四报警信息并降低半导体激光器发光频率以使半导体激光器的温度小于或等于第一温度阈值，防止因温度过高造成器件损坏，同时将半导体激光器的温度及操作日志记录于所述信息记录模块6中。

所述控制与数据处理模块3还用于根据所述自检模块5中的温度采集单元采集的光电传感器的温度信息判断光电传感器的温度是否超过第二温度阈值，若是，则发出第五报警信息并降低半导体激光器发光频率以使光电传感器的温度小于或等于第二温度阈值，防止因温度过高造成器件损坏，同时将光电传感器的温度及操作日志记录于所述信息记录模块6中。

可以理解的是，在本可选实施方式中，所述温度采集单元分别设置在电机、半导体激光器以及光电传感器位置处。

在一种可选实施方式中，所述控制与数据处理模块3具体用于根据所述自检模块5中的电压采集单元采集的激光发射模块的高压值信息判断激光发射模块的高压值是否符合第一条件，若否，则发出第六报警信息并调整激光发射模块的高压值使得激光发射模块的高压值符合所述第一条件，以保证所述半导体激光器在不同温度下的性能一致性，减小激光雷达测距的离散度，同时将激光发射模块的高压值信息及操作日志记录于所述信息记录模块6中；其中，所述第一条件是指激光发射模块1的高压值v1满足v1＝(t1-25)*c+d，其中，t1为半导体激光器的当前温度，c、d为半导体激光器特征参数；

所述控制与数据处理模块3还用于根据所述自检模块5中的电压采集单元采集的激光接收模块的高压值信息判断激光接收模块的高压值是否符合第二条件，若否，则发出第七报警信息并调整激光接收模块的高压值使得激光接收模块的高压值符合所述第二条件；以保证所述光电传感器在不同温度下的性能一致性，减小激光雷达测距的离散度，同时将激光接收模块的高压值信息及操作日志记录于所述信息记录模块6中；其中，所述第二条件是指激光接收模块的高压值v2满足v2＝(t2-25)*e+f，其中，t2为光电传感器的当前温度，e、f为光电传感器特征参数。

可以理解的是，在本可选实施方式中，所述电压采集单元分别设置在所述激光发射模块和所述激光接收模块位置处。

在一种可选实施方式中，所述控制与数据处理模块3具体用于根据所述自检模块5中的电流采集单元采集的激光雷达的总电流信息判断激光雷达总电流是否超过第一电流阈值，若是，则发出第八报警信息并控制激光雷达断电关机，防止进一步损坏，同时将激光雷达的总电流信息及操作日志记录于所述信息记录模块6中；

所述控制与数据处理模块3还用于根据所述自检模块5中的电流采集单元采集的电机的电流信息判断电机电流是否超过第二电流阈值，若是，则进一步判断电机电流与所述第二电流阈值的差值δi是否小于电流设定值i0，若δi＜i0，则发出第九报警信息，并调整电机转速设定值v＝v0-m1δi，以减小电机电流，若δi≥i0，则发出第十报警信息，并控制控制激光雷达断电关机，防止进一步损坏，同时将电机的电流信息及操作日志记录于所述信息记录模块6中；其中，v0为激光雷达正常工作时设定的电机转速，m1为第一预设系数。

可以理解的是，在本可选实施方式中，所述电流采集单元分别设置在激光雷达的电源入口位置处以及所述电机驱动电路的电源入口位置处。

在一种可选实施方式中，所述控制与数据处理模块具体用于根据所述自检模块中的电机转速采集单元采集的电机的转速信息判断电机转速是否超过设定范围，若是，则发出第十一报警信息并调整所述电机驱动电路的输出，同时将电机的转速信息及操作日志记录于所述信息记录模块6中。可以理解的是，所述控制与数据处理模块可以采用预设算法调整所述电机驱动电路输出，以形成闭环调节，保证电机转速的稳定性，提高激光雷达的稳定性。

可以理解的是，在本可选实施方式中，所述电机转速采集单元设置在所述电机扫描模块位置处。

在一种可选实施方式中，所述控制与数据处理模块具体用于根据所述自检模块中的电机震动采集单元采集的电机的震动信息判断电机震动值是否大于震动阈值，若是，则进一步判断电机震动值与震动阈值的差值δs是否小于震动设定值s0，若δs<s0，则发出第十二报警信息，并调整电机转速设定值v＝v0-m2δs，以减少电机震动；若δs≥s0，则发出第十三报警信息，并控制控制激光雷达断电关机，防止进一步损坏，同时将电机的震动信息及操作日志记录于所述信息记录模块6中；其中，v0为激光雷达正常工作时设定的电机转速，m2为第二预设系数。

可以理解的是，在本可选实施方式中，所述电机震动采集单元设置在所述电机位置处；

可以理解的是，所述第一报警信息至第十三报警信息可以为普通的不携带报警内容的提醒信息，也可以为携带报警内容“如激光雷达内部的湿度值”的报警信息。当所述报警信息为携带报警内容的报警信息时，可以使得用户第一时间知道报警信号为何种原因引起的报警提示，同时也方便用户统计各种故障类型发生的次数和频率。

在一种可选实施方式中，所述信息记录模块6，包括：电源选择单元6-1、存储控制芯片6-2以及存储芯片6-3；

所述存储控制芯片6-2用于与所述控制与数据处理模块3通信，并将通信的数据记录于所述存储芯片6-3中；所述存储控制芯片至少具有两路通信单元，一路通信单元与激光雷达其它各模块通信；另一路通信单元与激光雷达外界通信；

所述电源选择单元6-1具有多路电源选择功能，激光雷达正常工作时，所述信息记录模块6由激光雷达内部提供电源；激光雷达发生故障时，所述信息记录模块6由外界提供电源。

优选的，所述电源选择单元6-1采用共阴极肖特基二极管，可实现双路供电，如图3所示，当激光雷达正常工作时，信息记录模6通过电源选择单元6-1由控制与数据处理模块3供电；当激光雷达发生故障，不能正常供电时，信息记录模块6通过电源选择单元6-1由外界供电，可见，在激光雷达发生故障而无法供电时，外界依旧可以在不拆卸激光雷达装置的前提下与信息记录模块6通信，获取激光雷达的历史运行状态及故障信息，从而更好的服务于激光雷达的故障解析与后续改进。

可见，在本实施例中，所述信息记录模块独立于激光雷达其它模块工作，包括电源选择单元、存储控制芯片以及存储芯片；所述电源选择单元具有选择供电电源的功能，当激光雷达正常运行时，激光雷达内部其它模块为所述信息记录模块供电；当激光雷达发生故障时，激光雷达内部其它模块无法为所述信息记录模块供电，此时可用外界电源为所述信息记录模块供电，避免激光雷达发生故障时，必须拆卸激光雷达才能读取故障信息，才能解析、维修激光雷达的缺陷；所述存储控制芯片用于与所述控制与数据处理模块通信，并将通信的数据记录于存储芯片中，同时，存储控制芯片也可与外界通信。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。