激光测距论文

摘要激光测距技术是随着激光技术的出现而发展起来的一种精密测量技术，因其良好的测距性能而广泛应用在军事和民用领域。激光测距方法从原理上主要分为相位法测距和脉冲法测距两种。本文将脉冲激光测距和相位激光测距进行了原理分析与比较,根据课题设计需要选择了测程远、精度高、成本低且结构简单的脉冲激光测距作为设计方法。本文对组成脉冲激光测距系统的几个重要单元电路做了深入研究。主要包括激光发射电路、激光接收电路、高精度时间测量电路、单片机以及LCD显示。在发射电路中采用集成芯片LM555和74LS123设计的窄脉冲发生电路。在接收电路中对回波信号的放大、滤波、整形和时刻鉴别进行了分析和研究，对已有的时刻鉴别电路做了对比与选择,设计了前沿时刻鉴别电路,有效地减小了由于幅度的随机抖动而引起的误差。脉冲飞行时间测量精度直接影响着脉冲激光测距系统的整体测距精度,因此在高精度计时电路中采用了高精度计时芯片TDC—GP2测量脉冲飞行时间,不仅使电路结构变得简单,而且有效地提高了计时精度。关键词：激光测距；脉冲法；发射电路；接收电路；高精度计时ABSTRACTWiththedevelopmentoflasertechnology，laserrangingbecomesanewprecisemeasurementtechnology,andisextensivelyusedinthemilitaryandcivilfieldforitshighaccuracy.Thelaserrangefinderisdividedintopulseandphasetwotypesatpresent.Thispaperanalyzedthepulselaserrangefinderandphaselaserrangefinder，chosethepulselaserrangefinderastheresearchmethodbecauseofhighprecision，lowcostandsimplestructure.Thepaperhadbeendonedeeplystudyofpulselasermeasuringsystem,mainlyincludingthelaseremittingcircuit,thelaserreceivingcircuit,thehighprecisiontimemeasurementcircuit,singlechipandLCDdisplay.ThenarrowpulsegeneratingcircuitwasdesignedusingLM555and74LS123integratedchipintheemittingcircuit.Inthereceivingcircuitanalyzedandstudiedforthesignalofechoamplification,filtering,shapingandtimeidentifycircuit，cuttingedgemomentdiscriminationcircuitaredesignedtoreducetheerrorofduetoamplituderandomjitterbycomparisonandselectiontheexistingtimediscriminationcircuit.Pulsetimeofflightmeasurementaccuracydirectlyaffectsthewholemeasurementofthepulselaserrangingsystemaccuracy,sohighprecisiontimemeasurementchipTDC—GP2isusedmeasurementpulsedtimeofflightinthehighprecisiontimemeasurementcircuit.Itnotonlymakesthecircuitstructurebecomesimplebutalsoimprovesaccuracy.Keywords：Laserrangefinder；Pulsemethod；Emittingcircuit；Receivingcircuit；Highprecisiontimemeasurement目录第一章绪论........................................11.1课题研究背景及意义...........................11.2国内外研究现状...............................21.3课题研究内容.................................3第二章激光测距系统理论分析与设计.................52.1激光技术.....................................52.1.1激光简介..............................52.1.2激光及其产生..........................62.1.3激光的特性............................82.1.4激光器的基本组成......................92.1.5激光器的种类.........................102.1.6激光器的选择.........................112.1.7半导体激光二极管的特性...............122.2激光测距原理................................142.2.1相位法激光测距.......................152.2.2脉冲法激光测距.......................172.2.3两种测距方式的性能分析及其对比.......192.2.4激光测距的要求与方法的选择...........20第三章系统总体方案与电路设计....................213.1系统总体方案................................213.1.1系统基本组成...........................213.1.2系统工作流程...........................223.2系统电路的设计..............................233.2.1激光发射电路的设计...................233.2.1.1窄脉冲发生电路................233.2.1.2激光驱动电路..................273.2.1.3半导体激光器..................303.2.2激光接收电路的设计...................313.2.2.1接收光路......................323.2.2.2光电探测器....................343.2.2.3放大电路......................363.2.2.4比较整形电路..................403.2.2.5时刻鉴别电路..................423.2.2.6高压产生电路..................443.2.3高精度计时电路.......................46第四章单片机与液晶显示..........................514.1单片机......................................514.1.1AT89C51简介.........................514.1.2AT89C51主要特性.....................514.1.2AT89C51引脚说明.....................524.1.3AT89C51外围电路.....................544.2液晶显示....................................554.2.1LM016L简介..........................554.2.2LM016L引脚说明......................554.2.2LM016L外围电路......................56第五章总结.......................................57致谢.............................................59参考文献...........................................60附录一激光测距仪程序框图........................61附录二激光测距仪程序.............................62江西理工大学2013届本科生毕业设计（论文）1第一章绪论1.1课题研究背景及意义随着科学技术的不断发展，人们在民用和军事领域对距离测量的需求日益增加。对测量范围和测量精度的要求也在不断提高，因此人们一直在研究新的测量方法和理论。近年来，随着激光技术迅速发展和完善，导致了光学及其应用技术的巨大变革，促进了物理学和其他相关学科的发展，激光测距技术也随之发生了质的改变。激光器已经被确认为20世纪最重要的发明之一，而激光技术的发展，标志着人们掌握和利用光波进入了一个新阶段。激光技术出现之后，很快被应用到各种测量中。例如大地测量、地形测量、工程测量、航空摄影测量，以及人造地球卫星的观测和月球的光学定位等航天测量。这使得测量方法不断革新，测量精度显著提高，引起了测量领域内的深刻变化，从而巨大地推动了测量技术的发展。与此同时，现代电子技术的飞速发展和光电器件性能的不断提高，使激光测距仪获得了很大的发展，现在激光测距仪已经成为测量距离的主要仪器之一。激光测距技术具有测量精度高、方向性好、抗干扰能力强等特点，是目前应用广泛的一种测量技术。它与一般测量方法相比，具有测量精度高、分辨率高、体积小、重量轻、操作简便及昼夜可用等优点，所以被广泛应用于民用和军用领域。在民用领域，例如在船舶和海洋方面用来勘探石油，在交通管制方面用来测量汽车速度，车辆倒车时起警示作用的倒车雷达装置，工业上面的炼钢炉内表面轮廓测量，船舶制造过程的精确控制等。以往在测量房屋等大型建筑物的尺寸时，往往采用人工测尺测量的方法,不仅耗时，而且受人为因素的影响，测量结果波动比较大。在具有较高精度要求的测量场合下，不能保证测量结果的准确性。因此，随着激光测距技术的发展，对激光测量精度的研究就变得尤为重要。与传统的测距技术相比，激光测距的测量精度要高很多,而且具有结构简单、体积小、质量轻、效率高、功耗低、可靠性高、抗干扰能力强、价格低廉等特点。在军事领域，随着各国在军事方面的竞争越来越激烈，现代军事的信息化程度也越来越高，世界各国对激光测距的研究也越来越广泛，各种不同类型的激光测距方式越来越多被应用。世界各国纷纷将其研制的激光测距仪装备到陆、海、空三军，比如有轻型便携式脉冲激光测距仪、地面车载脉冲激光测距仪、对空火炮和导弹防御脉冲激光测距仪、机载脉冲激光测距仪、舰载脉冲激光测距仪、导弹靶场所用的脉冲激光测距仪、人造卫星脉冲激光测距仪、太空载脉冲激光测距仪、云高脉冲激光测距仪等。随着激光技术研究的不断深入，激光测距有逐步取代传统测距方式的趋势，江西理工大学2013届本科生毕业设计（论文）2同时也将对测距行业产生积极而深远的影响。由于激光测距在测量领域得到了广泛青睐，并且被迅速推广应用，所以在国民经济和国防建设中具有非常重要的意义。1.2国内外研究现状激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。激光测距仪是激光技术、精密机械控制、信号处理