一种无线数据传输结构及激光雷达的制作方法

1.本发明涉及激光探测领域，尤其涉及一种无线数据传输结构及激光雷达。


背景技术：

2.随着光电技术的发展，激光雷达越来越广泛地应用于智能驾驶、测绘、机器人导航和空间建模等场景，对激光雷达内部数据的传输要求也越来越高。
3.目前，机械式激光雷达主要有两块pcb电路板，其中一块pcb电路板装配于底壳(定子部分)上，另一块pcb电路板装配于光学模块(转子部分)上。两块pcb电路板之间通过滑环连通，进而实现数据传输。
4.现有的机械式激光雷达工作时，光学模块需要长期保持高速旋转，而两块pcb电路板之间的数据传输需要保证高速、稳定、可靠。但是，滑环的使用寿命有限，在激光雷达长期运转后不能保证数据传输的稳定可靠。此外，滑环的价格昂贵，更换维护的成本高。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的之一是提供一种无线数据传输结构。
6.本发明提供如下技术方案：
7.一种无线数据传输结构，包括第一处理模块、第二处理模块和传输模块；
8.所述第一处理模块用于将原始数据转换为多路子信号；
9.所述传输模块设有多个，以分别将多路所述子信号由所述第一处理模块传输至所述第二处理模块；
10.所述第二处理模块用于将多路所述子信号转换为所述原始数据；
11.所述传输模块包括发射磁环和接收磁环，所述发射磁环上绕设有第一绕线，所述第一绕线与所述第一处理模块电连接，所述接收磁环环绕所述发射磁环设置，所述接收磁环上绕设有第二绕线，所述第二绕线与所述第二处理模块电连接。
12.作为对所述无线数据传输结构的进一步可选的方案，所述第一处理模块包括第一转换子模块和多个频分复用编码子模块；
13.所述第一转换子模块用于将所述原始数据转换为多路所述子信号；
14.多个所述频分复用编码子模块与多路所述子信号分别对应，所述频分复用编码子模块用于将对应的所述子信号进行频率编码，且所述频分复用编码子模块同时与所述第一转换子模块和所述第一绕线电连接。
15.作为对所述无线数据传输结构的进一步可选的方案，所述第二处理模块包括解码子模块和第二转换子模块；
16.所述解码子模块设有多个，多个所述解码子模块与多个所述第二绕线分别对应且电连接，所述解码子模块用于接收所述子信号及将所述子信号按照预设发射频率进行解码；
17.所述第一转换子模块同时与多个所述解码子模块电连接，所述第一转换子模块用于将多路所述子信号转换为所述原始数据。
18.作为对所述无线数据传输结构的进一步可选的方案，所述频分复用编码子模块设有n个，n为大于1的整数；
19.第k个所述频分复用编码子模块的编码频率为fk，以使数据1在编码后的波形为f(t)＝sin(fkt)，且数据0在编码后的波形为f(t)＝cos(fkt)，其中，k为不大于n的正整数；
20.所述发射磁环发出的信号为f(t)。
21.作为对所述无线数据传输结构的进一步可选的方案，所述接收磁环接收的信号为f(t) f`(t)，其中，f`(t)为串扰；
22.所述解码子模块包括第一混频器、第二混频器和解码器；
23.所述第一混频器同时与所述第二绕线和所述解码器电连接，所述第一混频器的解码公式为：
[0024][0025]
其中，out
k1
为所述第一混频器输出至所述解码器的信号，k为不大于n的正整数；
[0026]
所述第二混频器同时与所述第二绕线和所述解码器电连接，所述第二混频器的解码公式为：
[0027][0028]
其中，out
k2
为所述第二混频器输出至所述解码器的信号，k为不大于n的正整数；
[0029]
所述解码器在out
k1
＝1时输出数据1，在out
k2
＝1时输出数据0。
[0030]
作为对所述无线数据传输结构的进一步可选的方案，多个所述发射磁环和多个所述接收磁环的轴线重合，且多个所述发射磁环和多个所述接收磁环位于同一平面。
[0031]
作为对所述无线数据传输结构的进一步可选的方案，所述传输模块设有两个，其中一个所述传输模块的所述发射磁环环绕另一个所述传输模块的所述接收磁环设置。
[0032]
作为对所述无线数据传输结构的进一步可选的方案，多个所述发射磁环和多个所述接收磁环的轴线重合，多个所述传输模块沿所述发射磁环的轴向排列。
[0033]
本发明的另一目的是提供一种激光雷达。
[0034]
本发明提供如下技术方案：
[0035]
一种激光雷达，包括光学模块、底壳和上述无线数据传输结构；
[0036]
所述光学模块转动设置在所述底壳上，所述光学模块上设有主控制电路板，所述主控制电路板与所述第一处理模块电连接；
[0037]
所述底壳上设有接口电路板，所述接口电路板与所述第二处理模块电连接；
[0038]
所述发射磁环与所述光学模块固定连接，所述接收磁环与所述底壳固定连接。
[0039]
作为对所述激光雷达的进一步可选的方案，所述传输模块周围设有金属屏蔽层。
[0040]
本发明的实施例具有如下有益效果：
[0041]
发射磁环和接收磁环之间通过磁场通信，不相互接触，故不会有磨损，使用寿命长，在长时间运行过程中能够稳定地传输数据。此外，发射磁环和接收磁环的造价成本低，拆装方便，便于维护。采用第一处理模块将原始数据转换为多路子信号，分别通过多个传输
模块传输，然后由第二处理模块将多路子信号转换为原始数据，能够保证通信速率满足数据传输需求。
[0042]
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。
附图说明
[0043]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0044]
图1示出了背景技术中机械式激光雷达的内部结构示意图；
[0045]
图2示出了本发明实施例1提供的一种无线数据传输结构的整体结构示意图；
[0046]
图3示出了本发明实施例1提供的一种无线数据传输结构中传输模块的结构示意图；
[0047]
图4示出了本发明实施例2提供的一种无线数据传输结构的整体结构示意图；
[0048]
图5示出了本发明实施例2提供的一种无线数据传输结构中传输模块的结构示意图；
[0049]
图6示出了本发明实施例2提供的一种无线数据传输结构中解码子模块的结构示意图。
[0050]
主要元件符号说明：
[0051]
10-底壳；20-光学模块；30-主控制电路板；40-接口电路板；50-滑环；60-第一接线；70-第二接线；100-第一处理模块；110-第一转换子模块；120-频分复用编码子模块；200-传输模块；210-发射磁环；211-第一绕线；220-接收磁环；221-第二绕线；300-第二处理模块；310-解码子模块；311-第一混频器；312-第二混频器；313-解码器；320-第二转换子模块。
具体实施方式
[0052]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0053]
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0054]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情
况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0055]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0056]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在模板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0057]
请参阅图1，现有的机械式激光雷达主要由底壳10和光学模块20组成。光学模块20转动设置在底壳10上，光学模块20上装配有主控制电路板30，且主控制电路板30在雷达运行时随光学模块20一起高速旋转。相应地，底壳10上装配有接口电路板40，接口电路板40在雷达运行时固定不动，且接口电路板40与主控制电路板30之间通过滑环50有线连接。
[0058]
滑环50由转子和定子组成，转子固定在光学模块20内，并通过第一接线60接在主控制电路板30上。定子固定在底壳10上，并通过第二接线70接在接口电路板40上，从而实现主控制电路板30与接口电路板40的连通，进行数据传输。
[0059]
实施例1
[0060]
请参阅图2，本实施例提供一种无线数据传输结构，尤其是一种激光雷达无线数据传输结构，应用于激光雷达。无线数据传输结构由一个第一处理模块100、多个传输模块200和一个第二处理模块300组成。
[0061]
具体地，第一处理模块100将原始数据转换为多路子信号，多个传输模块200分别将多路子信号由第一处理模块100传输至第二处理模块300，第二处理模块300将多路子信号转换为原始数据。
[0062]
请参阅图3，具体地，传输模块200由发射磁环210、接收磁环220、第一绕线211和第二绕线221组成。
[0063]
第一绕线211绕设在发射磁环210上，并与第一处理模块100电连接。第一处理模块100的其中一路子信号以交变电流的形式输入第一绕线211中，产生交变的磁场。发射磁环210在该磁场的作用下磁化，产生新的磁场，与原本的磁场叠加，从而使磁场得到增强。
[0064]
接收磁环220环绕发射磁环210设置，二者轴线重合。第二绕线221绕设在接收磁环220上，并与第二处理模块300电连接。由于电磁感应效应，第二绕线221上产生交变的感应电流，从而完成对子信号的接收，并将子信号输出至第二处理模块300。
[0065]
总之，发射磁环210和接收磁环220之间通过磁场通信，不相互接触，故不会有磨损，使用寿命长，在长时间运行过程中能够稳定地传输数据。此外，发射磁环210和接收磁环220的造价成本低，拆装方便，便于维护。
[0066]
此外，发射磁环210和接收磁环220受限于材料的磁导率，其数据通信速度较低，最高仅支持到几十mbps。当激光雷达的线数增加到100线以上，或出点频率增加到1mhz以上时，单组发射磁环210和接收磁环220的通信速率无法满足传输需求。因此，上述无线数据传输结构采用第一处理模块100将原始数据转换为多路子信号，分别通过多个传输模块200传输，然后由第二处理模块300将多路子信号转换为原始数据，可以实现高速率通信，满足更
多线数雷达、更高速率的数据传输需求。
[0067]
实施例2
[0068]
请参阅图4，本实施例提供一种无线数据传输结构，尤其是一种激光雷达无线数据传输结构，应用于激光雷达。无线数据传输结构由一个第一处理模块100、多个传输模块200和一个第二处理模块300组成，其中，第一处理模块100将原始数据转换为多路子信号，多个传输模块200分别将多路子信号由第一处理模块100传输至第二处理模块300，第二处理模块300将多路子信号转换为原始数据。
[0069]
具体地，第一处理模块100由一个第一转换子模块110和多个频分复用编码子模块120组成。
[0070]
第一转换子模块110采用串行输入-并行输出的移位寄存器，将原始数据转换为n路并行的子信号，且n为大于1的正整数。记待发送的原始数据的传输速率是c，单位是mbps，则每一路子信号的传输速率为c/n。
[0071]
频分复用编码子模块120的数量为n个，与n路子信号分别对应。n个频分复用编码子模块120均与第一转换子模块110电连接，以接收对应的子信号，并将对应的子信号进行频率编码。
[0072]
特别地，第k个频分复用编码子模块120的编码频率为fk，k为不大于n的正整数。数据1在编码后的波形为f(t)＝sin(fkt)，数据0在编码后的波形为f(t)＝cos(fkt)。
[0073]
请参阅图5，具体地，传输模块200的数量为n个，与n路子信号分别对应，且每个传输模块200均由发射磁环210、接收磁环220、第一绕线211和第二绕线221组成。显然，每一路子信号的传输速率为c/n不得超过发射磁环210和接收磁环220材料磁导率限制的最高速率。
[0074]
以第k个传输模块200为例，该传输模块200中的第一绕线211绕设在发射磁环210上，并与第k个频分复用编码子模块120电连接。经过第k个频分复用编码子模块120做频率编码后的子信号以交变电流的形式输入第一绕线211中，产生交变的磁场。发射磁环210在该磁场的作用下磁化，产生新的磁场，与原本的磁场叠加，从而使磁场得到增强。
[0075]
接收磁环220环绕发射磁环210设置，二者轴线重合，第二绕线221绕设在接收磁环220上。由于电磁感应效应，第二绕线221上产生交变的感应电流，从而完成对子信号的接收。
[0076]
当发射磁环210发出的信号为f(t)时，由于各个传输模块200之间存在相互干扰，接收磁环220接收的信号为f(t) f`(t)，其中，f`(t)为串扰。若f(t)＝sin(fkt)，则f`(t)＝sin(fjt)，若f(t)＝cos(fkt)，则f`(t)＝cos(fjt)，且j≠k。
[0077]
具体地，第二处理模块300由n个解码子模块310和一个第二转换子模块320组成。
[0078]
请参阅图6，n个解码子模块310与n路子信号分别对应，每个解码子模块310均由第一混频器311、第二混频器312和解码器313组成，在接收到对应的子信号之后将子信号按照预设发射频率进行解码，以消除串扰。
[0079]
以第k个解码子模块310为例，该解码子模块310中的第一混频器311和第二混频器312均与对应的第二绕线221电连接，接收磁环220接收的信号同时传输至第一混频器311和第二混频器312。
[0080]
特别地，第一混频器311的解码公式为：
[0081][0082]
第二混频器312的解码公式为：
[0083][0084]
其中，out
k1
为第一混频器311输出至解码器313的信号，out
k2
为第二混频器312输出至解码器313的信号。
[0085]
根据上述公式，当传输的数据为1时，有
[0086][0087][0088]
当传输的数据为0时，有
[0089][0090][0091]
解码器同时与第一混频器311和第二混频器312电连接，且解码器313在out
k1
＝1时输出数据1，在out
k2
＝1时输出数据0。
[0092]
第二转换子模块320采用并行输入-串行输出的移位寄存器，同时与n个解码子模块310电连接，将n路子信号转换为原始数据。
[0093]
总之，上述无线数据传输结构采用发射磁环210和接收磁环220构成传输模块200，发射磁环210和接收磁环220之间通过磁场通信，不相互接触，故不会有磨损，使用寿命长，在长时间运行过程中能够稳定地传输数据。此外，发射磁环210和接收磁环220的造价成本低，拆装方便，便于维护。
[0094]
发射磁环210和接收磁环220受限于材料的磁导率，其数据通信速度较低，最高仅支持到几十mbps。当激光雷达的线数增加到100线以上，或出点频率增加到1mhz以上时，单组发射磁环210和接收磁环220的通信速率无法满足传输需求。因此，上述无线数据传输结构采用第一处理模块100将原始数据转换为多路子信号，分别通过多个传输模块200传输，然后由第二处理模块300将多路子信号转换为原始数据，可以实现高速率通信，满足更多线数雷达、更高速率的数据传输需求。
[0095]
在本实施例中，传输模块200设有两个，其中一个传输模块200的发射磁环210环绕另一个传输模块200的接收磁环220设置。两个发射磁环210和两个接收磁环220位于同一平面内，且轴线重合。
[0096]
在本实施例的另一具体实施方式中，传输模块200的数量也可以是三个或者更多。
[0097]
在本实施例的又一具体实施方式中，多个传输模块200中的发射磁环210和接收磁环220的轴线重合，且多个传输模块200沿发射磁环210的轴向排列。
[0098]
本实施例还提供一种激光雷达，包括光学模块20、底壳10和上述无线数据传输结构。
[0099]
具体地，光学模块20转动设置在底壳10上，光学模块20上装配有主控制电路板30。主控制电路板30与第一处理模块100中的第一转换子模块110电连接，第一转换子模块110所转换的原始数据即为高速激光雷达点云数据。
[0100]
具体地，底壳10上装配有接口电路板40，且接口电路板40与第二处理模块300中的第二转换子模块320电连接。
[0101]
具体地，传输模块200中的发射磁环210固定设置在光学模块20上，接收磁环220固定设置在底壳10上。此外，传输模块200周围还设有金属屏蔽层，传输数据时更不易受干扰，传输效果好。
[0102]
在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
[0103]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0104]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。