基于ARM的高精度激光测距仪设计.docVIP

 基于 ARM 的高精度激光测距仪设计 韩智强，唐轶** （中国矿业大学信息与电气工程学院 ，徐州 221008） 5 10 15 20 25 30 35 摘要：激光测距是一种高精密的测量技术。本系统以 ARM 处理器为控制核心，采用相位法 激光测距技术，首先用正弦信号调制半导体激光器的发射功率，然后将待测物反射的激光用 光电探测器转换为电信号，最后采用相位测量技术测量出发射信号与接收信号的相位差，从 而计算出与待测物的距离。本系统采用模拟电路的方法处理信号，提高了最终测距的精度， 可以达到 1mm。 关键词：ARM；滤波；激光测距；相位测量 中图分类号：TN98 The design of high-precision laser range finder based on ARM HAN Zhiqiang, TANG Yi (School of Information and Electrical Engineering, China University of Mining Technology,XuZhou 221008) Abstract: Laser range finder is a high-precision measurement technology.Based on ARM processor,this system using the phase method to complete.Firstly, the transmission power is modulated by a sinusoidal signal.Then convert the reflected laser to electrical signals with a photoelectric detector.And finally we measure the phase of the transmitted signal and the received signal with phase measurements techniques,to calculate the distance with the phase.The system uses the analog signal processing circuit inorder to improve the accuracy of the final distancecan which can reach 1mm. Key words: ARM; filter; laser ranging; phase measurement 0 引言 激光测距是随着激光技术的发展而出现的一种新型精密测量技术。与传统的测距技术相 比，激光测距技术具有精度高、功耗低、体积小、抗干扰能力强、准直性好等优点，被广泛 应用于工业测控、遥感、工程建设、安全监测等领域。激光测距的实现方法主要有两种：脉 冲法和相位法，脉冲法适合远距离激光测距，但是误差一般比较大；相位法的精度相对脉冲 法比较高，但是测量距离比较短，距离与精度是相互矛盾的关系。本测距系统侧重于精密测 量，故采用相位法激光测距。 在相位法激光测距技术中，最核心的问题是发射光信号与接受光信号相位差的测量。本 系统采用模拟电路来完成鉴别相位，将发射激光与接收到的激光通过同样电路参数的光电转 换电路，从而抵消接收电路引起的相位移动；系统采用光学方法使发射光与接收光相互隔离， 避免信号串扰，提高相位差测量的准确性。最后，由微处理器对测量的结果进行分析、调整， 从而进一步提高测距的精度。[1] 作者简介：韩智强（1987-），男，硕士研究生，主要研究方向：电能质量与 ARM 技术应用 通信联系人：唐轶（1957-），男，教授，主要研究方向：主要从事电力系统、电子技术应用的研究、教学 工作. E-mail: tangyi_cumt_edu@163.com -1-  40  1 系统基本工作原理 1.1  相位法激光测距原理 相位法激光测距技术是利用发射的功率调制激光光波与待测物反射回来的接收光波之间的 相位差所包含的距离信息，来实现待测物距离的测量。由于采用了调制与外差测相技术，故 相位法的测量精度较高，被广泛应用于各种精密测量场合。相位法激光测距的基本原理如图 45 1所示。 图1  相位法激光测距原理 Fig. 1 Principle of phase laser ranging method 如图1，设测距仪与待测物的距离为 L ，光速为 c ，并将发射激光的功率调制为一频率 50 为 f 的正弦信号。若发射端A与接收端C收到的调制激光相位差小于 2? ，则二者的相位差 为 ????