激光脈沖測距試驗(yàn)報(bào)告

1、激光脈沖測距實(shí)驗(yàn)報(bào)告一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^學(xué)習(xí)激光脈沖測距的工作原理， 了解激光脈沖測距 系統(tǒng)的組成，搭建室內(nèi)模擬激光器系統(tǒng)進(jìn)行正確測距，為今 后的工程設(shè)計(jì)奠定理論基礎(chǔ)和工程實(shí)踐基礎(chǔ)。二. 實(shí)驗(yàn)原理激光脈沖測距與雷達(dá)測距在原理上是完全相同的，如圖2.1所示。在測距點(diǎn)激光發(fā)射機(jī)發(fā)射激光脈沖，光脈沖經(jīng)過光纖到達(dá)接收端，并被測距機(jī)上的探測系統(tǒng)接收。測出從激光發(fā)射時(shí)刻到被接收時(shí)刻之間的時(shí)間間隔t，根據(jù)已知光速，即可求出光纖的長度R為R=/2(2-1)式中c為光速。真空中的光速是一個精確的物理常數(shù)C1=299792458 m/s光纖中的平均折射率 n為n=1.45 (查閱得知)故光纖中的光速為C=299710

2、000可見，激光測距的任務(wù)就是準(zhǔn)確地測定時(shí)間間隔t。當(dāng)不考慮光纖中光速的微小變化時(shí)，測距精度"R主要是由測時(shí)精度"t確定的"R=Cd t/2(2-2)實(shí)際脈沖激光測距機(jī)中是利用時(shí)鐘晶體振蕩器和脈沖計(jì)數(shù)器來測定時(shí)間間隔t的。時(shí)鐘晶體振蕩器用于產(chǎn)生固定的頻率的電脈沖振蕩，脈沖計(jì)數(shù)器的作用是對晶體產(chǎn)生的電脈沖個數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。設(shè)晶體振蕩器產(chǎn)生的電脈沖頻率為f,則脈沖間隔T=1/f。若從激光脈沖發(fā)出時(shí)刻脈沖計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，到光脈沖被接收時(shí)刻停止計(jì)數(shù)。設(shè)這段時(shí)間內(nèi)脈沖計(jì)數(shù)器共計(jì)得脈沖個 數(shù)為m，則可計(jì)算出被測光纖的長度為R=cmT=cm/f=1.6m (2-3)相應(yīng)的測距精度為

3、"R =Ct=c/f (2-4)可見，脈沖激光測距機(jī)的測距精度由晶振的頻率決定。常用軍用激光測距儀的晶振頻率有15MHz、30MHz、75MHz和150MHz等，與其相對應(yīng)的測距精度分別為正負(fù)10m、正負(fù)5m、正負(fù)2m和正負(fù)1m。晶振的頻率愈高，測距精度就愈高，但隨之而來的，不僅是計(jì)數(shù)器的技術(shù)難度增加，而且要求激光脈沖的寬度愈窄，激光器的難度也增加。對脈沖測距系統(tǒng)，計(jì)數(shù)器的“開門”信號是由取出一小部分發(fā)射激光脈沖經(jīng)光探測器轉(zhuǎn)換成 電信號形成的。這兩個信號既可由同一探測器提供，也可以用兩個探測器提供。激光脈沖測距機(jī)由激光器、發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)、接收及瞄準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)、取樣及回波探測放大系統(tǒng)、 技

4、數(shù)及顯示器和電源幾部分組成，如圖2.2所示系統(tǒng)操作人員一旦下達(dá)發(fā)射激光命令，激光器發(fā)射一束窄激光脈沖，經(jīng)發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)擴(kuò)束后射向接收系統(tǒng)，其中一小部分經(jīng)取樣后啟動計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。激光回波經(jīng)測距機(jī)的接收和瞄準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)，聚焦到前面有窄帶濾光片的光探測器上。由探測器將其轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)取樣及回波探測放大系統(tǒng)處理后產(chǎn)生“關(guān)門”信號用于關(guān)閉計(jì)數(shù)器。 由計(jì)數(shù)器計(jì)得的脈沖個數(shù)計(jì)算出光纖得電源 計(jì)數(shù)及顯示器激光器 長度，再通過顯示器顯示出來。三. 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置包括“激光脈沖發(fā)射 /接收電路板”、電腦和“單片機(jī)開放板”。1.激光脈沖發(fā)射/接收電路板組成及工作原理激光脈沖發(fā)射/接收電路板原理框圖如圖2.3所示

5、。圖中EMP 3032為CPLD; MAX 3656為激光驅(qū)動器；MAX 3747為限幅放大器；T 22為單端信號到分差信號轉(zhuǎn)換芯片；T 23為 差分信號單短信號轉(zhuǎn)換芯片；LD為半導(dǎo)體激光器；PD為光探測器。板子上端的EMP 3032被編程為脈沖發(fā)生器，輸出重復(fù)頻率為1KHz脈沖寬度為 48ns的電脈沖信號。此信號經(jīng)MAX3656放大后驅(qū)動LD發(fā)光。板子下端的EMP3032被編程為計(jì)數(shù)器，對 125MHz晶振計(jì)數(shù)器。其計(jì)數(shù)的開門信號來自上端的TX信號，關(guān)門信號來自 PD的輸出。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果采用12位二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸出，對應(yīng)時(shí)間范圍為032.76us.發(fā)射/接收模塊布局如圖2.4所示，TX、RX

6、1、RX2為三個Q9插座。其中，LD的 驅(qū)動信號由TX 口輸出；PD接收到的信號由RX輸出。0 2-4發(fā)射煤收模塊P6板布局圖2.接口管腳說明插座J9為計(jì)數(shù)結(jié)果輸出管腳，包括12位數(shù)據(jù)管腳和1位計(jì)數(shù)指示管腳：?數(shù)據(jù)管腳的高八位（從第12到5位）分別對應(yīng)J9的 1、 3、 5、 7、 9、 11、 13、 15；數(shù)據(jù)管腳的低四位（從第 4到11位）分別對應(yīng)J9的16、14、12、10。高電平為1,低電平 為0；?計(jì)數(shù)指示管腳為J9的第六位。計(jì)數(shù)指示為 1表示正在計(jì)數(shù)，0表示計(jì)數(shù)結(jié)束。四. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及程序:#in elude <reg52.h>#defi ne uchar un sig

7、 ned char#defi ne uint un sig ned intuchar codeSEG7=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x6f,0x00;數(shù)碼管的段選，1為亮，0為滅uchar SAV6=0xa0,0xa0,0xa0,0xa0,0xa0,0xa0;uchar code ACT6=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf;數(shù)碼管位選void display。；void delay(uchar);void count(uin t);uint get_Data();void mai n()uint re_data=g

8、et_Data();coun t(get_Data();while(1)display();void delay(uchar time) / 延時(shí)函數(shù)，延時(shí)時(shí)長等于time*機(jī)器周期while(time>0)time-; void count(uint con _data) _SAV0=co n_data%10;/ 取數(shù)據(jù)的個位SAV1=co n_data/10%10;/ 取數(shù)據(jù)的十位SAV2=co n_data/100%10;/ 取數(shù)據(jù)的百位SAV3=co n_data/100/10%10; / 取數(shù)據(jù)的千位 void display() /數(shù)碼管顯示函數(shù)uchar i=0;for(i

9、=0;i<4;i+)if(i=1) P0=SEG7SAVi|0x80; / 與 0x80 相“或”，點(diǎn)亮小數(shù)點(diǎn) P2=ACTi; /數(shù)碼管位選elseP0=SEG7SAVi;P2=ACTi;delay(200); / P0=0xff;視覺暫留效應(yīng)uint get_Data() _uin t last_data; uchar data;P3=0xff;data=P3; last_data=data&0xf0;的高四位/P3/口置高，讀取數(shù)據(jù)的需要讀取P3 口數(shù)據(jù)與0xf0相“與”，獲取P3 口數(shù)據(jù)last_data=last_data<<4;xxxx0000，因?yàn)樽x入的

10、是高四位P仁 0xff;data=P1;/last_data=last_data+data; return last_data* 。;/ 數(shù)據(jù)左移4為，數(shù)據(jù)成為讀取低4位last_data*1.6*10，由公式R=cm/fn可知，其中c為光速3*10A8米每秒，n為玻璃的折射率1.5, f為激光測距模塊的晶振，為125兆赫茲，m為脈沖計(jì)數(shù)器計(jì)得的脈沖個數(shù)，即last_data ，由于小數(shù)點(diǎn)加在了數(shù)據(jù)的個位和十位之間, 故需倍乘以10附實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖:五附加功能附加程序：60秒倒計(jì)時(shí)(從60-0倒計(jì)時(shí))#in elude <reg52.h>#defi ne uchar un sig ne

11、d char#defi ne uint un sig ned intuchar code SEG=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;uchar code ACT6=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf;uchar j=3,i;void display。；void delay( uin t);void count(uin t);void mai n()TMOD=0X01;ET0=1;TR0=1;EA=1;TH0=(65535-50000)/256;TL0=(65535-50000)%256;while(1)i

12、f(j<1)j=60;if(i=20)i=0;j-;display();void delay( uint b)uint c=110;for(b;b>0;b-)for(c;c>0;c-);void display。P0=SEGj%10;P2=0xfe;delay(100);P0=SEGj/10%10;P2=0xfd;delay(100);P0=0x00;void timer0() in terrupt 1TH0=(65535-50000)/256;TL0=(65535-50000)%256; i+;六、思考題：1. 激光脈沖測距的精度與哪些因素有關(guān)？答：晶振的頻率，被測距離的遠(yuǎn)近，電路延時(shí)的長短 ，計(jì)數(shù)器閾值的 電平調(diào)整誤差，時(shí)基誤差等。2. 如何提高激光脈沖測距的精度？答：提咼晶振頻率，縮短電路延時(shí)。3. 激光光源的選擇要考慮哪些方面？答：被測物的狀態(tài)，被測物表面光亮情況，反射率情況，被