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96SEO 2026-02-23 15:19 18
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激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光#xff0c;由光电元件接收目标反射的激光束#xff0c;计时器测定激光束从发射到接收的时间#xff0c;计算出从观测者到目标的距离。
激光测距仪分为手持激…激光测距仪概述
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。
激光测距仪分为手持激光测距仪和望远镜式激光测距仪。
测量距离一般在200米内精度在2mm左右。
这是目前使用范围较广的激光测距仪。
在功能上除能测量距离外一般还能计算测量物体的体积。
测量距离比较远一般测量范围在3.5米-2000米左右由于测距望远镜的准直性要求3.5米以下为盲区大于2000米以上的激光望远镜一般采用YAG激光波长为1.064微米为了达到较大的测量量程所以激光功率较大建议使用者注意激光防护。
主要应用范围为户外中、长距离测量。
根据基本原理实现激光测距的方法有两大类飞行时间(TOF)测距和非飞行时间测距飞行时间测距中有脉冲式激光测距和相位式激光测距非飞行时间测距主要是三角激光测距如下图所示
脉冲式测距是激光技术最早应用于测绘领域中的一种测量方式。
由于激光发散角小激光脉冲持续时间极短瞬时功率极大可大兆瓦以上因而可以达到极远的测程。
一般情况下不使用合作目标而是利用被测目标对光信号的漫反射来测距脉冲式测距适合远距离测量测量距离可表示为
相位式激光测距通常适应于中短距离的测量测量精度可达毫米、微米级也是目前测距精度最高的一种方式,大部分短程测距仪都采用这种工作方式。
相位式测距则是将一调制信号对发射光波的光强进行调制通过测量相位差来间接测量时间较直接测量往返时间的处理难度降低了许多。
三角测距法即光源、被测物面、光接收系统三点共同构成一个三角形光路由激光器发出的光线经过汇聚透镜聚焦后入射到被测物体表面上光接收系统接收来自入射点处的散射光并将其成像在光电位置探测器敏感面上通过光点在成像面上的位移来测量被测物面移动距离的一种测量方法。
脉冲式TOF的优点是测量范围广且光学系统紧凑但是高速读取脉冲光的电路设计和配置较为复杂。
相位式TOF在近距离测量中测量精度更高同时由于无需时间测量的电路电路设计比较简单因而此方法可以用于整列传感器中然而相位式TOF不能分辨实际距离在一个还是多个测量周期内因而不适用于长距离的测量。
三角测距法的优势是小距离下测量精度高但是缺点为电路的小型集成化比较困难并且测量易受外界环境光的影响。
ACM32F0X0系列是一款支持多种低功耗模式的通用MCU。
集成12位1.6
Msps高精度ADC以及比较器、运放、触控按键控制器、段式LCD控制器内置高性能定时器、多路UART、LPUART、SPI、I2C等丰富的通讯外设内建AES、TRNG等信息安全模块支持多种低功耗模式具有高整合度、高抗干扰、高可靠性的特点。
本文描述的激光测距仪方案基于上海航芯ACM32F070系列MCU进行设计测距原理是脉冲测距法整体的方案框图如下所示
激光测距仪包含主控MCU、激光接收模块、激光发射模块、LDO稳压源、ADC、LCD显示屏、电源及一些外围的器件组成。
主控MCU实现了激光测距仪的整体逻辑提供数据显示和控制激光发射和接收模块的作用。
本次方案采用的测距原理是脉冲法测距利用了激光脉冲持续时间极短、瞬时功率很大的特点即使没有合作目标也能通过接收被测目标的漫反射信号进行距离测量。
ACM32F070通过GPIO驱动外部激光发射模块来达到控制和驱动激光发射激光发射模块发射激光后反射到激光接收模块激光接收模块将光信号转换为电信号通过运算放大器放大再由ADC采集并通过对比判断这次接收是否有效同时时间测量模块在激光发射时计时将测量得到的数据通过SPI传输到MCU得到激光发射到接收的时间Δt通过脉冲发测距公式LcΔt/2由此得到目标的距离L。
主控MCU采用ACM32F070CBT7作为主控芯片最高工作频率
64MHz具备七个定时器一个12位1.6Msps高精度ADC支持LCD显示屏驱动。
激光接收模块激光测距仪的接收模块首先将光信号转化为电信号之后再通过运算放大器进行放大通过MCU分析和计算。
高精度时间测量采用脉冲方式进行激光测距距离的获得是通过测量激光由发射端到目标端来回往返所需的时间来实现的距离很远的情况下可以考虑使用MCU内部定时器。
首先初始化ACM32F070的系统时钟和其它外设模块初始化时间测量模块和内部定时器然后定时驱动激光发射模块发射激光信号判断是否成功发射后停止发射通过ADC采集到的电信号判断是否成功接收接收失败则重新初始化定时模块和发射接收成功后通过读取到的时间值根据公式换算出距离通过LCD显示。
测量软件流程图如图所示
如今激光测距已在日常生活和社会生产中有着非常广泛和实用的应用。
随着激光技术和数字处理技术等科学技术不断发展激光测距将逐渐在生产和生活中有更全面的应用。
本文提出的设计方案介绍了激光测距仪的基本原理旨在让大家更好的了解激光测距领域。
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