一种激光测距机终端模块的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种激光测距机终端模块，包括微处理器、复位芯片、光耦隔离驱动芯片和石英晶体振荡器，所述终端模块通过光耦隔离驱动芯片连接激励源发射机，微处理器的自动增益输出端连接接收分机的输入端，复位芯片的输出端连接微处理器的输入端，终端模块通过光耦隔离串口驱动芯片与系统接口相连接，所述石英晶体振荡器的输出端连接微处理器的输入端。本发明通过集成芯片LPC1759的微处理器作为终端分机的主体，通过其内部集成的各个模块进行终端分机功能的实现，使终端分机变为测距模块，从而使现有的终端分机的结构变的简单，减少了芯片数量，提高了设备的MTBF值，使终端分机更可靠，具有广泛的应用前景。
【专利说明】一种激光测距机终端模块
【技术领域】
[0001] 本发明涉及激光测距领域，尤其涉及一种激光测距机终端模块。
【背景技术】
[0002] 测距机发展时间已经比较长，而且涉及产业面较为广泛，而且在跟踪探测动态物 体方面尤为常见；其中测距分析模块属于"信息【技术领域】"下的"G06计算；推算；计数领 域"，该终端模块现应用于"脉冲激光测距机信息处理电路"，而以前现有的电路的设计通常 以"单片机+FPGA"来实现信息处理装置。以"单片机+FPGA"来实现信息处理装置其存在 的缺点是体积大、抗电磁干扰能力差、测距(测时)精度低、一般只能实现5米精度，而且不具 备数字"自动增益控制"能力，不能有效降低后向散射带来的虚警，不能实现回波通道的恒 虚警控制。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种激光测距机终端模块，体积小，功耗低，功能多，性能 强，环境适用性强，进一步的简化了设计、提高了成本和可靠性。
[0004] 本发明采用下述技术方案： 一种激光测距机终端模块，包括微处理器、复位芯片、光耦隔离驱动芯片和石英晶体振 荡器，所述终端模块通过光耦隔离驱动芯片连接激励源发射机，微处理器的自动增益输出 端连接接收分机的输入端，复位芯片的输出端连接微处理器的输入端，终端模块通过光耦 隔离串口驱动芯片与系统接口相连接，所述石英晶体振荡器的输出端连接微处理器的输入 端。
[0005] 还包括有温度传感器，所述的温度传感器的输出端连接微处理器的输入端。
[0006] 终端模块设置有SPI和I2C接口，用于实现功能扩展。
[0007] 所述的微处理器为LPC1759。
[0008] 所述的复位芯片采用CAT1025SI。
[0009] 所述石英晶体振荡器为11. 0592MH晶振。
[0010] 本发明通过集成芯片LPC1759微处理器作为终端分机的主体，通过其内部集成的 各个模块进行终端分机功能的实现，使终端分机变为测距模块，从而使现有的终端分机的 结构变的简单，减少了芯片数量，提高了设备的MTBF值；同时，大大简化了脉冲激光测距机 信息处理分机的设计，提高了开发效率、缩小整个激光测距机的体积并降低了成本，通用性 更强，而且提高了产品开发速度，降低成本，其总成本小于终端分机的一半，具有广泛的应 用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1为本发明的原理框图； 图2为本发明所述直接计数法激光测距原理。
【具体实施方式】
[0012] 常用的脉冲激光测距机，大多包括光学分机、激励源发射分机、终端分机和接收分 机，所述所述终端分机用于接收系统指令，控制激励源发射分机通过光学分机探测目标，激 光照射目标的反射光通过光学分机到达接收分机，接收分机的输出端连接终端分机的输入 端，终端分机测量出激光发收的时间差，并解算出目标距离，但现有的终端分机大多采用单 片机+FPGA来实现，整体体积很大，而本发明则采用终端模块来代替终端分机，且具有体积 小，功耗低，功能多，性能强，环境适用性强的特点，具体的如图1所示，所述的终端模块包 括微处理器、复位芯片、光耦隔离驱动芯片和石英晶体振荡器，所述激励源发射分机通过光 耦隔离驱动芯片连接微处理器，微处理器的输出端连接接收分机的输入端，复位芯片的输 出端连接微处理器的输入端，微处理器通过光耦隔离驱动芯片与系统接口相连接，所述石 英晶体振荡器的输出端连接微处理器的输入端，所述的微处理器为LPC1759。
[0013] 还包括有温度传感器，所述的温度传感器的输出端连接微处理器的输入端。所述 温度传感器的测温芯片为DS18B20+，可实现0. 5°C的测温精度。
[0014] 所述测时模块设置有SPI和I2C接口，用于实现功能扩展。
[0015] 所述的复位芯片采用CAT1025SI。
[0016] 本发明所述的终端模块的体积为（长宽高)55mmX30mmX 15mm的信息处理器模块。 该模块包含通信、激光发射控制、接收分机状态控制、测距机状态检测等功能，是一个完整 的终端分机。
[0017] 本发明通过以LPC1759微处理器为核心的实用电路设计，其包含如下功能：高速 通信、低功耗、高速运算、宽温工作、预留接口，均由以的LPC1759为核心的电路软硬件设计 实现，经过实践验证可以满足设计指标。而其片内计数器运行速度可达120MHz，故可以有冗 余的实现测距精度小于1. 5米(测时精度优于10纳秒)，此数据远小于常规的5米测距精度， 提高了测距(测时）精度。常规测距机通常已30MHz的石英晶体振荡器做为计时基准，这样 实现的测距精度为5米，而本发明中的模块以110MHz做为计时基准，所以实现精度1. 5米。 所以，以LPC1759为核心的测距电路大大简化了电路的设计。
[0018] 普通的激光测距机，该曲线通常由RC模拟电路产生，精度差，适应性差，一旦RC 值确定，其自动增益控制曲线就固定，设计缺少灵活性。本发明通过LPC1759芯片内DMA (Direct Memory Access，直接内存存取）驱动LPC1759芯片内DA的方式，实现自动增益控 制。此均为芯片内部集成设置，只需使用时进行设置即可，具体不在累述。所述DA的指标 为10位精度3MHz，可以产生任意需要的自动增益控制曲线。本发明采用DMA保证了产生 自动增益控制曲线不会影响CPU对主回波采样，不仅实现了曲线设计的灵活性，使其更接 近理论曲线形状(或工程实践中摸索出的最优曲线）；在测距的同时，终端模块产生接收分 机需要的"自动增益控制曲线"，有效降低后向散射带来的虚警，实现回波通道的恒虚警控 制；而且通过对回波通道的噪声采样，实现自动增益控制曲线的负反馈闭环控制，使整机具 有更好的环境适用性。
[0019] 针对激励源放电时产生的串扰，本发明采用光耦隔离的方法，首先注意地线的隔 离，这样防止干扰从地线上绕过光耦，干扰微处理器，即微处理器的地线与激励源的地线不 直接相连；其次光耦的选型应注意选取Vceo和Veco较大的光耦，这样能够保护输出端口不 容易被损坏。通过光耦的采用，本发明实现对激励源上串扰的隔离，理论可耐2500V干扰， 实际工作中，经受了 60V的干扰，工作稳定可靠。
[0020] 本发明通过：通过对模块内LPC1759片内集成的UART寄存器的设置，实现高速通 讯。模块内嵌的串口通讯波特率大于115200bps，最高可达到1Mbps。
[0021] 本发明通过LPC1759芯片内PLL的集成配置，从而运算速度大大提高。该模块运 算速度高达150MIPS。为复杂数字化滤波降噪提供了硬件支撑。本发明满负荷运转，功耗小 于0.7W。此外，模块还有宽温工作的特点，可在-45°C?+70°C环境下可靠稳定工作。脉 冲激光测距机的工作原理如下： 脉冲激光测距机的激光器产生激光脉冲，照射被测目标，反射光回到探测点经光学天 线接收进入接收分机，经电路处理，测量出激光发射到接收之间的时间间隔t，可以得到被 测距离R。
[0022] R = t X c / 2 (1) 式（1)中 R :被测距离 t :激光在所测路程上的来回传播时间 C :光速 在激光测距机中，通常采用直接计数法对t进行测量，从而计算出距离。
[0023] 直接计数法工作原理为：测距机发射激光时产生主波信号，接收激光时产生回波 信号，当主波来时计数器开始工作、回波来时计数器停止工作，计数器进行读取，达到时间 测量的目的。如图2所示。测距功能以测距精度1.5m为例，由直接计数法激光测距原理和 公式（1)可知需要大于100MHz的计数时钟和响应速度才能实现，所以本发明采用LPC1759 片内集成的PLL技术，对输入的11. 0592MHz进行10倍频，实现了 110MHz的计数频率。
【权利要求】
1. 一种激光测距机终端模块，其特征在于：包括微处理器、复位芯片、光耦隔离驱动芯 片和石英晶体振荡器，所述终端模块通过光耦隔离驱动芯片连接激励源发射机，微处理器 的自动增益输出端连接接收分机的输入端，复位芯片的输出端连接微处理器的输入端，终 端模块通过光耦隔离串口驱动芯片与系统接口相连接，所述石英晶体振荡器的输出端连接 微处理器的输入端。
2. 根据权利要求1所述的激光测距机终端模块，其特征在于：还包括有温度传感器，所 述的温度传感器的输出端连接微处理器的输入端。
3. 根据权利要求2所述的激光测距机终端模块，其特征在于：终端模块设置有SPI和 I2C接口，用于实现功能扩展。
4. 根据权利要求3所述的激光测距机终端模块，其特征在于：所述的微处理器为 LPC1759。
5. 根据权利要求4所述的激光测距机终端模块，其特征在于：所述的复位芯片采用 CAT1025SL·
6. 根据权利要求5所述的激光测距机终端模块，其特征在于：所述石英晶体振荡器为 11. 0592MH 晶振。
【文档编号】G01S17/08GK104142502SQ201410365292
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】韩春生, 马京川, 裴瑞广, 李丽, 杜改丽, 吴淦华, 李番, 邓全, 左向科, 杨炳德 申请人:中国电子科技集团公司第二十七研究所