激光雷达的研究--在车辆超限检测中的应用

摘要

车辆超限现象的存在不仅对道路运输安全造成了危害，还同时破坏了本应健康有序的运输市场。目前常用的检测手段主要是人工停车检测或者影像方式检测。前者检测程序复杂且人工成本高，易受天气状况影响。后者在夜晚工作状态下误差大、精度低。鉴于此，本论文提出一种运用单线激光雷达的车辆几何尺寸超限自动检测方案。　　本系统是基于激光飞行时间测距原理和时间数字转换器计时原理，在无刷直流电机带动多棱柱反射镜旋转下对区域内的物体各点进行测距，再配合各个测量点对应的角度，得出它们的极坐标系，完成区域内物体的轮廓扫描。之后将所测得数据上传到上位机LabVIEW上，最后进行轮廓绘制和数据保存。在车辆几何尺寸超限自动检测应用中可以通过数据比对，提取其中的车辆长宽高，判断是否超高超宽。该系统具有易操作、成本低、不停车、扫描视场大、扫描密度高的特点。本论文大致分为以下6个部分。　　1)SPL PL90_3-75W的脉冲激光发射模块；　　2)APD光探测模块；　　3)基于SI9979的无刷直流电机控制模块；　　4)TDC_GP22计时模块；　　5)基于单片机ATmega32的系统控制模块；　　6)LabVIEW数据处理、轮廓绘制。　　本系统最终测量距离可达10M，扫描频率可达40KHz，扫描范围0°-180°，角度分辨率达0.45°。在1m到10m范围内，系统最大误差/满量程值的百分数为2.680%。精度等级大概在2.5级别。

目录

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 单线激光雷达研究现状

1.3 论文主要研究内容与结构

1.4 本章小结

2 系统总体设计

2.1.1 系统整体架构

2.1.2 系统技术指标

2.2 主要原理介绍

2.2.1 脉冲激光二极管原理

2.2.2 APD接收原理

2.2.3 GP22计时原理

2.2.4 无刷直流电机工作原理

2.3 ATmega32控制系统

2.31 ATmega32 简介与管脚分配

2.32 ATmega32 与其余各子系统间的交互

2.4 本章小结

3 激光脉冲的发射与接收设计

3.1.1脉冲激光二极管SPL PL90-3

3.1.2 脉冲LD 的驱动电路

3.1.3 大电流脉冲输出测试

3.1.4 光源输出测试

3.2.1 Si-APD

3.2.2 APD探测电路

3.2.3 比较器整形滤波电路

3.2.4整形滤波电路测试

3.3 本章小结

4 TDC_GP22 计时设计

4.1 时间数字转换器 GP22

4.2 GP22的供电电路设计

4.3 GP22的外围电路

4.4.1 GP22寄存器简介

4.4.2 GP22的SPI 简介

4.4.3 GP22在范围1 下的测量流程

4.5 本章小结

5 基于SI9979 的无刷直流电机驱动设计

5.1.1 无刷直流电机BL55S06

5.1.2 BLDC驱动专用芯片SI9979

5.2 电机控制模块设计

5.2.1 三相星形联结全桥驱动电路

5.2.2 电机的控制

5.3 电机测试

5.4 本章小结

6 上位机的软件程序设计

6.1 基于 LabVIEW 的软件程序

6.2 数据的接收与处理

6.3 极坐标下的轮廓曲线绘制

6.4 数据的保存与回放

6.5 本章小结

7 系统测试

7.1 GP22的 SPI 通信测试

7.2 GP22时差测量测试

7.3 LabVIEW 程序功能测试与系统误差测定

7.4 整体测试与结果分析

7.5 本章小结

8 总结与展望

8.1 总结

8.2 展望

参考文献

附录

致谢