一种适用于不同反射率的激光定距装置的制作方法

本实用新型属于激光测距技术领域，具体涉及一种适用于不同反射率的激光定距装置。

背景技术：

随着科技的进步，集成电路水平进一步提高，它被广泛应用于各种电子产品中，而目前激光测距系统大都采用集成电路元器件来实现，它使用简单、便捷、体积小。但是，集成电路由于其自身特性，不能灵活的调理电路参数，而对于激光回波信号的处理，传统方式是进行运放放大，当放大到一定范围时，进行后续处理并由GP2计算出测出的距离。激光回波信号又依赖于目标特性，不同的目标反射率不同，反射激光能量不同，接收到的回波信号特性也不同，从而影响后续测距精度。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种适用于不同反射率的激光定距装置，解决了现有技术中存在的对不同反射率目标测距结果不同的问题。

本实用新型采用以下技术方案：

一种适用于不同反射率的激光定距装置，激光定距装置包括激光接收系统和激光发射系统，激光接收系统经过高精度时间测量芯片与单片机连接，激光接收系统与高精度时间测量芯片之间设置有波形放大调理电路，单片机输出分三路，一路经过激光驱动电路与激光发射系统连接，用于以NKHz频率脉冲驱动激光发射系统发射光脉冲，另一路与高精度时间测量芯片连接，用于向高精度时间测量芯片发送驱动脉冲，第三路用于距离输出。

进一步的，激光发射系统包括激光器，激光器前端设置有用于使激光器发射出来的光脉冲汇聚成光斑的发射光学系统，激光接收系统包括激光接收传感器，激光接收传感器前端设置有用于聚焦激光回波的接收光学系统。

进一步的，发射光学系统由透镜一和透镜二组成，激光器发出的伯朗体激光用于经透镜一聚焦，透镜二放置于透镜一焦点前。

进一步的，接收光学系统由透镜一和透镜三组成，用于目标反射的激光信号经透镜三汇聚聚焦，透镜一放置于透镜三之后用于再次对接收到的激光信号光束汇聚。

进一步的，激光驱动电路、波形放大调理电路和单片机均连接有用于为电路提供所需电源的电源稳压电路。

进一步的，波形放大调理电路包括第一电容C1，第一电容C1的一端与激光接收传感器相连，另一端分三路，一路连接第二电阻R2的一端，第二路连接第三电阻R3的一端，第三路与第一三极管Q1的基极连接，第三电阻R3的另一端与VCC连接；第一三极管Q1的集电极分两路，一路与第二电容C2的一端连接，另一路与第四电阻R4的一端连接，第二电容C2的另一端与高精度时间测量芯片相连，第四电阻R4的另一端与VCC连接；第一三极管Q1的发射集与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的另一端共地。

进一步的，高精度时间测量芯片采用TDC-GP2。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：

本实用新型适用于不同反射率的激光定距装置包括激光接收系统和激光发射系统，激光接收系统通过波形放大调理电路和高精度时间测量芯片与单片机连接，单片机经过激光驱动电路与激光发射系统连接，单片机同时产生NKHz频率脉冲，驱动激光器电路发出激光脉冲，并与回波比较相位差，结合GP2信息综合计算出距离，采用NKHz频率脉冲测距，提高测距步进精度，有利于后续抗干扰算法等处理实现；使用GP2计时，提高计时精度，进而提高测距精度。

进一步的，采用聚焦发射光学系统，将激光器发出的伯朗体激光汇聚为一定大小的光斑，增强光斑能量，保证照射一定距离目标时，激光传感器可以接收到一定激光能量。采用接收光学系统，将目标反射回的散射激光汇聚为一定大小光斑(根据传感器光敏面大小)，并使光斑落于传感器光敏面上，提高系统响应度，保证很弱反射激光时，传感器表面有一定的激光能量。

进一步的，采用三极管、电阻、电容搭建回波处理放大电路，电路参数调整灵活。选择三极管静态工作点在临界饱和线上，得到上升陡峭的回波信号，减小因波形上升延时引起的定距误差，同时基本消除不同反射特性目标对激光回波影响。

进一步的，高精度时间测量芯片采用TDC-GP2，具有高精度小封装低功耗的特点，尤其适合于低成本的工业应用领域。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型波形放大调理电路等效原理图；

图2为本实用新型激光定距装置原理框图；

图3为本实用新型光学系统镜片结构图。

具体实施方式

请参阅图2，本实用新型公开了一种适用于不同反射率的激光定距装置，包括激光接收系统、高精度时间测量芯片、单片机以及激光发射系统，其中，激光接收系统经过高精度时间测量芯片与单片机连接，单片机用于距离输出，单片机分两路，一路经过激光驱动电路与激光发射系统连接，另一路通过驱动脉冲与高精度时间测量芯片连接，单片机以NKHz频率脉冲驱动激光器发射光脉冲，同时以脉冲上升沿触发高精度时间测量芯片开始计时。

激光接收系统与高精度时间测量芯片之间设置有波形放大调理电路，激光发射系统包括激光器，激光接收系统包括激光接收传感器。

激光器发射的光脉冲经光学系统聚焦，使其汇聚成为一小光斑，发射出去；激光回波经接收光学系统汇聚，并使其光斑落于传感器表面，将光信号转变为电信号。

请参阅图2和图3，发射光学系统位于激光器前端，由透镜一和透镜二组成，激光器发出的伯朗体激光经透镜一聚焦，并将透镜二放置于透镜一焦点前，使发射出去的激光成一定规则大小的光斑。

接收光学系统位于传感器前端，由透镜一和透镜三组成，目标反射的激光信号经透镜三汇聚聚焦，透镜一放置于透镜三之后一定距离再次对接收到的激光信号光束汇聚，并调整传感器与光学系统间距，使透镜一汇聚的光束基本全部落于激光传感器光敏面上。

传感器输出的电信号经波形处理电路放大调理，得到陡峭上升沿波形，以触发高精度时间测量芯片计时停止；单片机进行后续距离计算及抗干扰分析。

如图2，电源电路将外部输入的电压稳压并生成N路电压，一路供激光驱动电路驱动激光器发射激光脉冲，一路供单片机及GP2使用，一路供激光传感器使用，一路供波形放大调理电路使用。

高精度时间测量芯片选择ACAM公司的TDC-GP2时间数字转化器件，GP2具有高速脉冲发生器，停止信号使能，温度测量和时钟控制等功能，这些特殊功能模块使得它尤其适合于超声波流量测量和热量测量方面的应用。它有两个测量范围，可以使时间的测量精度达到ps级。TDC-GP2是32脚封装，它的核心电压为1.8～3.6V，输入输出电压为1.8～5.5V。通过4线的SPI可以和单片机相连，把TDC-GP2当作单片机的外围设备使用。此外，它还具有最大1MHz的连续数据输出率；时钟校准单元；精确停止脉冲使能窗口；上升沿/下降沿单独触发或者上升沿和下降沿同时触发等。

请参阅图1，第一电容C1的一端与激光接收传感器相连，另一端分三路，一路连接第二电阻R2的一端，第二路连接第三电阻R3的一端，第三路与第一三极管Q1的基极连接，第三电阻R3的另一端与VCC连接；第一三极管Q1的集电极分两路，一路与第二电容C2的一端连接，另一路与第四电阻R4的一端连接，第二电容C2的另一端与高精度时间测量芯片相连，第四电阻R4的另一端与VCC连接；第一三极管Q1的发射集与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的另一端共地。

采用三极管、电阻、电容搭建波形放大调理电路对传感器信号进行放大处理。调整电路参数，使三极管静态工作点位于临界饱和线上，对传感器输出信号进行调理，得到陡峭的回波上升沿，作为触发GP2测距计时停止信号，通过单片机读取GP2数据，计算距离信息。

具体的，不同反射特性的目标反射回的激光能量不同，最终形成的回波波形不同，其波形上升速率不同，触发GP2停止计时的电平点会产生前移或后移，引起测距误差。

单片机根据相邻几次测距结果结合烟尘云雾等小颗粒物质与实体目标测距变化特性不同，进行抗烟尘云雾干扰判断。

采用本方案，当传感器产生一个小信号时，放大波形使其饱和失真，产生沿陡峭上升，从而基本排除目标不同所带来的影响。

以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。