激光測(cè)距運(yùn)用了數(shù)電、模電、算法實(shí)現(xiàn)等技術(shù)

研究生時(shí)期在實(shí)驗(yàn)室兩年半，工作七年，做過的項(xiàng)目大大小小也不少了。第一次說要做視頻教程的時(shí)候，第一反應(yīng)就是做一個(gè)激光測(cè)距的視頻教程。一個(gè)是因?yàn)樗木C合性很強(qiáng)，還有一個(gè)就是我被它虐的最深。

說到綜合性強(qiáng)，激光測(cè)距運(yùn)用了數(shù)電、模電、算法實(shí)現(xiàn)等技術(shù)，涵蓋了波粒二象性、傅里葉變換、光的漫反射等物理特性，而且對(duì)每部分的實(shí)現(xiàn)要求都很高，只要其中一個(gè)環(huán)節(jié)沒做好，就不可能得到最終的想要的結(jié)果：毫米級(jí)的誤差。說到虐我最深，在預(yù)研的前一個(gè)半月里，看論文、抄板、抓波形、研究原理，總是沒對(duì)它做出透徹的分析，那時(shí)候總有一個(gè)成語(yǔ)掛在嘴邊：山窮水盡。

數(shù)電這塊，它跟PLL芯片有關(guān)，就是925芯片。CPU本身是有PWM輸出能力的，但還是選用了PLL芯片來做正弦波的前置，這也是有道理的。一旦CPU輸出PWM，務(wù)必會(huì)占用一定的資源，影響后面對(duì)反饋的處理和FFT計(jì)算。PLL適用于很多場(chǎng)合，或者說大家很多場(chǎng)合都接觸過，只是沒有注意而已。有興趣的可以看看單片機(jī)的時(shí)鐘系統(tǒng)，它就是一個(gè)復(fù)雜的PLL系統(tǒng)。

PLL基本框圖

模電部分就有很多了，升壓電路、放大和濾波電路以及反饋控制部分都是模電類的，特別是放大和濾波電路對(duì)運(yùn)放的應(yīng)用要求非常高，一個(gè)電阻和電容的取值不當(dāng)就可能造成很大誤差。咱們這行是必須通過動(dòng)手調(diào)試才能掌握到非常熟練的，比如涉及到運(yùn)放的軌到軌輸出、抬中點(diǎn)等等，原理一看就懂，但是不調(diào)試，也僅僅是“懂”而已，并不能熟練應(yīng)用。

做課件的時(shí)候也給大家說過，傅里葉變換（FT）在模電層面難度才排第二，但是已經(jīng)讓大部分人焦頭爛額了，就更別提排第一的拉普拉斯變換了。傅氏變換之所以排第二，是因?yàn)榇蠹医⑵饡r(shí)域到頻域的坐標(biāo)系過度后，還是能對(duì)它有直觀的認(rèn)識(shí)，；然后一步步到DFT再到FFT是可以建立數(shù)學(xué)模型的。拉氏變換就不是這樣，它是直接轉(zhuǎn)到了復(fù)數(shù)域，一個(gè)比頻域更不直觀的坐標(biāo)系上，所以，拉氏變換比傅氏變換更難，以后有機(jī)會(huì)我再帶給大家拉氏變換的內(nèi)容，你們多多少少也期待一下吧。咱們回過頭來說FT，它的公式就是需要大家死記硬背的，不理解或者不會(huì)算都沒事兒，但是必須記住，因?yàn)樗荄FT和FFT的基礎(chǔ)。后兩者并不是新公式，它們只是為了使FT能夠在數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)算而發(fā)展起來的。而且大家在看完課件中對(duì)FFT的算法實(shí)現(xiàn)一節(jié)，所有代碼加起來都沒超過100行，是不是覺得FFT也不過如此？

FFT的蝶形運(yùn)算

關(guān)于課件也有幾個(gè)小遺憾，在這里也希望大家能夠諒解。其一是沒有關(guān)于光學(xué)部分的介紹。如果你要問為什么沒有？因?yàn)槲乙膊欢?，哈哈。激光的發(fā)射和接收都有不同的光學(xué)結(jié)構(gòu)的，這個(gè)是開模時(shí)加工廠直接做了外包，我們技術(shù)部門并沒有參與，而是直接做的測(cè)試，所以光學(xué)部分并沒有涉及。其二，也是最近有些人私下找我所說的，作為一個(gè)完整的測(cè)距系統(tǒng)，他們希望能出一套演示硬件電路。這個(gè)問題我在剛開始做課件時(shí)就考慮過，簡(jiǎn)而言之就是激光測(cè)距的演示硬件比較復(fù)雜，而且沒有光學(xué)部分也不容易達(dá)到理論的效果，因此就作罷。我就建議有興趣的同學(xué)可以自己搭建模擬或?qū)嶋H電路，這期間有什么問題我也會(huì)全力配合。

最后跟大家聊一下我的單片機(jī)老師吧，慚愧的是都忘了他姓氏名誰(shuí)了，下面就尊稱單老師吧。他畢業(yè)于東南大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院（學(xué)生時(shí)期最大的遺憾，就是復(fù)試時(shí)差了1.5分），過程控制的博士，但是來校第一年就教單片機(jī)，結(jié)果就是不會(huì)唄，上課都是拿著書本年。本來這門課程就生澀，照本宣科的念更不能提起大家的興趣，所以那一年的單片機(jī)課程很是無聊。但是，就在下一學(xué)期，去上單片機(jī)輔導(dǎo)班的同學(xué)回來說，看見單老師也在那兒上輔導(dǎo)課。就這件事兒讓大家對(duì)他很有改觀，順便還有一點(diǎn)小敬佩。再下一學(xué)期，單老師又帶我們過程控制課程-他的老本行。過控是要求數(shù)學(xué)功底的，這個(gè)就難不住單老師了，不管什么公式，單老師不用看書本，自己都能整面黑板的推導(dǎo)。說這件事的重點(diǎn)就在于，大家都有自己擅長(zhǎng)的，也有不擅長(zhǎng)的，怎么通過不同的方法和途徑來加強(qiáng)學(xué)習(xí)，把自己不擅長(zhǎng)的方便慢慢變得擅長(zhǎng)和熟練，這才是重點(diǎn)。

PS：也就是單老師第一次對(duì)我們說，書，要越讀越薄。與君共勉吧~