半导体脉冲激光测距机的硬件电路设计

摘要

该文旨在尝试解决现有脉冲激光测距精度较低的难题,通过提高飞行时间测量的精度来达到提高距离测量精度的目的.在理论上,分析影响飞行时间测量精度的各种因素;在激光发射方面,使用专用的激光二极管和高性能驱动芯片产生高质量的光脉冲作为测距信号;在光信号接收方面,使用对特殊波长响应度极高的低噪声的雪崩二极管作为接收器件,利用高带宽放大芯片结合高速比较器提取有用信号.在计数部分利用低频率时钟信号源作为基准,使用倍频器PLL产生高频率的ECL电平时钟信号,意在解决高频晶体振荡器作为时钟信号源稳定度不够的问题;研究利用大规模可编程逻辑期件结合时钟电路实现高时间分辨率的计数器;运用计算机并行口进行高速数据采集.通过制作原理样机并进行实验,对设计方案进行验证.经实验数据分析,测距精度达到±0.3m,测距的重复率稳定在10KHz,并且有良好的抗干扰能力.进一步提高脉冲激光测距机的测距性能.

目录

文摘

英文文摘

1引言

1.1本文的研究背景

1.2国内外研究状况及发展趋势

1.3本文的主要内容

2.半导体脉冲激光测距机的方案设计

2.1激光测距原理概述

2.1.1脉冲激光测距

2.1.2激光相位测距

2.1.3调频连续波(FMCW)激光测距

2.2三种测距方法的比较

2.3本文所涉及的项目的部分要求

2.4半导体脉冲激光测距机的测程及精度可行性论证

2.5测距方法的确定

2.6本章小结

3.半导体脉冲激光发射电路的设计及研制

3.1设计思路

3.2器件选型

3.2.1半导体激光器

3.2.2驱动芯片

3.2.3 555定时器

3.3硬件电路的实现

3.4性能测试与分析

3.5本章小节

4.光信号的接收模块的设计及研制

4.1设计思路

4.2器件选型

4.2.1光电探测器件

4.2.2前置放大器

4.2.3高速比较器

4.3硬件电路的实现

4.4性能测试及分析

4.5本章小节

5.基于ECL电平时钟基准高精度计数模块的设计及研制

5.1设计方案的选择

5.2时钟模块的设计

5.2.1晶振的选择

5.2.2倍频器(锁相环)的选择

5.2.3分频器的选择

5.2.4电平转换（PECL转TTL）

5.3基于CPLD的高精度计数模块

5.3.1芯片的介绍及选用

5.3.2高精度计数的解决方案

5.3.3高精度计数模块的功能仿真

5.4数据的采集

5.4.1并口数据采集的程序设计

5.5本章小节

6.实验与分析

6.1实验的主要目的

6.2实验样机的介绍

6.3实验结果及分析

6.4本章小节

7.总结与讨论

7.1本文的主要工作和结论

7.2尚需解决的问题今后的工作设想

参考文献

致谢