基于AVR的激光測距機(jī)綜合性能檢測設(shè)備設(shè)計(jì)[圖] - 全文

摘要：為了確保激光測距機(jī)的性能，首先需要進(jìn)行性能檢測。在分析傳統(tǒng)激光測距性能檢測時(shí)因受位置和天氣條件的限制，故提出了模擬激光測距機(jī)的工作原理和激光傳輸過程的思路，研究了一個(gè)實(shí)現(xiàn)該思路的方案。結(jié)果表明，該檢測設(shè)備可使技術(shù)普查和日常維護(hù)在室內(nèi)方便地完成，檢測結(jié)果可數(shù)字化顯示，大大提高了檢測效率和測試精度。

由于傳統(tǒng)的激光測距性能檢測必須到室外對目標(biāo)靶進(jìn)行檢測，并且受到天氣條件的限制，使得技術(shù)普查和日常維護(hù)受到很大的制約。為了克服以上問題，筆者設(shè)計(jì)了一種基于AVR單片機(jī)的激光測距機(jī)綜合性能檢測設(shè)備，借助該設(shè)備，對不同型號(hào)的激光測距機(jī)完成測距精度、測距能力、測距邏輯、單脈沖能量等的數(shù)字化檢測，大大提高了檢測效率和測試精度。

1 設(shè)計(jì)方案

本方案的基本思想基于模擬激光測距機(jī)的工作原理和激光傳輸過程，激光測距機(jī)在工作時(shí)，首先從其發(fā)射通道發(fā)射一激光脈沖，經(jīng)過大氣傳輸照射在被測物體上，然后漫反射，激光測距機(jī)的接收通道接收到漫反射的激光回波，激光測距機(jī)內(nèi)部安裝有激光脈沖的發(fā)射、接收和計(jì)時(shí)模塊，根據(jù)激光脈沖從發(fā)射到返回的時(shí)間可以計(jì)算出其走過的距離，從而得到被測目標(biāo)和激光測距機(jī)之間的距離。而本方案的綜合性能檢測設(shè)備與激光測距機(jī)的接收、發(fā)射通道相對應(yīng)，分別提供發(fā)射、接收通道，檢測設(shè)備內(nèi)部也相應(yīng)設(shè)置計(jì)時(shí)模塊，實(shí)現(xiàn)相對應(yīng)一定距離上的目標(biāo)回波時(shí)間、能量的雙重模擬，即可由檢測設(shè)備代替目標(biāo)模擬回波脈沖，實(shí)現(xiàn)激光測距機(jī)測距性能的自動(dòng)化、數(shù)字化檢測，綜合性能檢測設(shè)備總體構(gòu)成如圖1所示。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

綜合性能檢測設(shè)備電路原理框圖如圖2所示。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 “雙頻雙光路耦合”法實(shí)現(xiàn)激光測距性能的綜合測試

本方案的基本思想是將目標(biāo)漫反射的遠(yuǎn)方目標(biāo)回波由半導(dǎo)體激光器模擬，當(dāng)模擬該回波的光譜和空間特性后，即可驅(qū)動(dòng)激光器的邏輯單元工作。而激光脈沖相應(yīng)距離上的飛行時(shí)間則由精密延時(shí)模塊實(shí)現(xiàn)。這樣將激光脈沖在空間的延遲特性轉(zhuǎn)換為時(shí)間特性，從而將遠(yuǎn)方目標(biāo)從一定距離拉近到被測儀器前端，代替了激光測距機(jī)性能檢測必須要有遠(yuǎn)方的實(shí)際合作目標(biāo)的傳統(tǒng)檢測方法。如圖3所示。

3.2 測距邏輯的檢測

當(dāng)檢測設(shè)備接收到“取樣”脈沖后即控制精密延時(shí)器開始計(jì)時(shí)，AVR單片機(jī)控制精密延時(shí)器分別發(fā)出1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)模擬回波脈沖信號(hào)，這幾個(gè)模擬回波在時(shí)間上對應(yīng)不同的目標(biāo)距離，這樣在激光測距機(jī)的接收通道上就可以接收到幾個(gè)激光脈沖，操作激光測距機(jī)的“選通”旋鈕，分別對其顯示，即可判斷激光測距機(jī)的測距邏輯和距離選通功能是否正常，具體實(shí)現(xiàn)方法見圖4。

3.3 測距能力檢測

本方案對激光測距機(jī)測程的檢測，首先通過AVR單片機(jī)設(shè)置精密延時(shí)器延時(shí)時(shí)間為被測激光測距機(jī)測程對應(yīng)的激光脈沖運(yùn)行時(shí)間，當(dāng)檢測設(shè)備接收到“取樣”脈沖后即控制精密延時(shí)器開始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)結(jié)束后，AVR單片機(jī)控制精密延時(shí)器分別發(fā)出一個(gè)模擬回波脈沖信號(hào)，同時(shí)，AVR單片機(jī)發(fā)光強(qiáng)度控制電路控制半導(dǎo)體激光器發(fā)出激光脈沖的能量，使該能量相當(dāng)于對應(yīng)距離目標(biāo)回波的能量，這樣在激光測距機(jī)的接收通道上就可以對應(yīng)測程上目標(biāo)回波脈沖，根據(jù)激光測距機(jī)的顯示結(jié)果，即可判斷激光測距機(jī)在光軸正常情況下可否滿足測程指標(biāo)要求。

3.4 基于技術(shù)的精密測時(shí)電路模塊

本綜合性能檢測設(shè)備采取恒比定時(shí)技術(shù)研制視頻分離模塊，實(shí)現(xiàn)了精密延時(shí)及遠(yuǎn)方目標(biāo)回波的精密模擬，原理功能框圖如圖5所示。

3.5 具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“雙向調(diào)節(jié)”式多維調(diào)整平臺(tái)

綜合性能檢測設(shè)備采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“雙向調(diào)節(jié)”式調(diào)整平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了激光發(fā)射和接收通道五維可調(diào)和快速轉(zhuǎn)換，使檢測接口對各類激光測距機(jī)具有廣泛的通用性。在此之前的激光測距性能檢測都是對某一型號(hào)裝備都要研制專用的機(jī)械接口，因?yàn)楦餍吞?hào)的激光測距機(jī)在發(fā)射通道和接收通道的口徑大小、水平方向位置、高低方向位置上有很大的差別，甚至在左右位置配置上也有所不同。本課題首次研制成功了“雙向調(diào)節(jié)”式調(diào)整平臺(tái)，使發(fā)射通道和接收通道在高低、水平方向上可以大范圍調(diào)節(jié)，同時(shí)左右位置可以互換，使本檢測設(shè)備對各類平臺(tái)和單體的激光測距模塊具有廣泛的通用性。

4 結(jié)語

該設(shè)備可改變以前激光測距性能檢測必須到室外對目標(biāo)靶進(jìn)行檢測，并且受到天氣條件限制的現(xiàn)狀，使技術(shù)普查和日常維護(hù)在室內(nèi)就可以方便完成，檢測結(jié)果數(shù)字化顯示，大大提高了檢測效率和測試精度。檢測設(shè)備配備三維調(diào)節(jié)平臺(tái)，激光發(fā)射和接收裝置位置可以任意調(diào)節(jié)，并可互換，使調(diào)整瞄準(zhǔn)非常方便。對不同型號(hào)的激光測距機(jī)都可以進(jìn)行檢測。檢測設(shè)備還可對激光脈沖能量進(jìn)行檢測，作為激光能量計(jì)使用，可以對各種激光發(fā)射裝備的輸出激光能量進(jìn)行快速檢測。經(jīng)江蘇省技術(shù)監(jiān)督激光參數(shù)計(jì)量站測試，各項(xiàng)指標(biāo)在國內(nèi)同類儀器中達(dá)到領(lǐng)先水平，并在2008年5月進(jìn)行了試生產(chǎn)，后經(jīng)平頂山市技術(shù)監(jiān)督局和河南地礦集團(tuán)巖土工程有限公司等單位的使用，反映效果良好。