一种激光测距系统的制作方法

1.本实用新型涉及激光测距技术领域，具体的，涉及一种激光测距系统。


背景技术：

2.激光测距利用了激光所具有的良好的单色性、准直性和小的相干性以及发散角度非常小等性质，来进行测量距离。随着我国建筑及工程测量等科学技术领域不断发展，对于激光测距系统测量精度的要求也日趋严格。现在测距常用方法是激光相位测距和激光调频测距，激光相位测距的精度虽然高，但相位测距一般需要多个调制频率的波形对同一距离进行同时测距，设计难度和成本大大提高，而且相位测距所需的时间较长，不能实时、连续测距；激光调频测距适合近距离测试，其硬件比较复杂，且对调制线性度(测量多个目标时)和发射噪声边带的要求比较严格。


技术实现要素：

3.本实用新型提出一种激光测距系统，解决了现有技术中激光测距实时性差和使用范围小的问题。
4.本实用新型的技术方案如下：
5.一种激光测距系统，包括主控单元、激光驱动电路和激光接收电路，所述激光驱动电路和所述激光接收电路均与所述主控单元连接，所述激光驱动电路包括驱动器u1、电阻r1、电阻r2、场效应管q1、电容c1、电容c2和激光发射器u2，所述驱动器u1的输入端连接所述主控单元，所述驱动器u1的输出端通过所述电阻r1连接所述场效应管q1的栅极，所述场效应管q1的源极接地，所述场效应管q1的漏极连接所述电阻r2的第一端，所述电阻 r2的第二端连接150v电源，所述场效应管q1的漏极通过所述电容c1连接所述激光发射器 u2的第一端，所述电容c2并联在所述电容c1的两端，所述激光发射器u2的第二端接地。
6.进一步，本实用新型中所述激光驱动电路还包括电阻r12、电阻r13、电感l1、三极管 q4、二极管d2、电容c8和电阻r15，所述三极管q4的基极通过所述电阻r12连接所述主控单元，所述三极管q4的基极通过所述电阻r13接地，所述三极管q4的发射极接地，所述三极管q4的集电极通过所述电感l1连接vcc电源，所述三极管q4的集电极连接所述二极管d2的阳极，所述二极管d2的阴极连接所述电阻r15的第一端，所述电阻r15的第二端连接所述电阻r2的第二端，所述电容c8的第一端连接所述电阻r15的第一端，所述电容 c15的第二端接地。
7.进一步，本实用新型中所述激光接收电路包括激光接收器u3、电阻r4、电阻r5、电阻 r6、三极管q2、三极管q3、电阻r7、电阻r8、电阻r3和电阻r9，所述激光接收器u3 的第一端连接所述三极管q2的基极，所述激光接收器u3的第二端接地，所述三极管q1的基极通过所述电阻r4连接12v电源，所述三极管q2的基极通过所述电阻r5接地，所述三极管q2的发射极通过所述电阻r6接地，所述三极管q2的集电极连接所述三极管q3的发射极，所述三极管q3的集电极通过所述电阻r7连接12v电源，所述三极管q3的基极通过所述电阻r8连接12v电
源，所述三极管q3的基极通过所述电阻r3接地，所述三极管q3 的集电极通过所述电阻r9连接所述三极管q2的基极，所述三极管q3的集电极连接所述主控单元。
8.进一步，本实用新型中所述激光接收电路还包括电阻r16、电阻r17、三极管q5、三极管q6、电阻r19、电阻r20、三极管q7、电阻r22、三极管q8电阻r23、电阻r24、三极管q9、电阻r28、三极管q10、电阻r30和电阻r29，所述三极管q5的基极连接所述三极管q2的集电极，所述三极管q5的基极通过所述电阻r16接地，所述三极管q5的集电极接地，所述三极管q5的发射极通过所述电阻r17连接12v电源，所述三极管q5的集电极连接所述三极管q6的基极，所述三极管q6的发射极通过所述电阻r20接地，所述三极管q6 的集电极通过所述电阻r19连接12v电源，所述三极管q6的集电极连接所述三极管q7的基极，所述三极管q7的集电极接地，所述三极管q7的发射极通过所述电阻r22连接12v 电源，所述三极管q7的集电极连接所述三极管q8的基极，所述三极管q8的集电极通过所述电阻r23接地，所述三极管q8的发射极通过所述电阻r24连接12v电源，所述三极管 q8的集电极连接所述三极管q9的基极，所述三极管q9的发射极通过所述电阻r28接地，所述三极管q9的集电极连接12v电源，所述三极管q9的发射极通过所述电容c19连接所述三极管q10的发射极，所述三极管q10的发射极通过所述电阻r29接地，所述三极管q10 的基极通过所述电阻r30连接所述三极管q10的集电极，所述三极管q10的集电极连接120v 电源，所述三极管q10的发射极连接所述主控单元。
9.进一步，本实用新型中所述激光接收电路还包括变阻器rp1、电阻r11、比较器u4和电阻r10，所述比较器的反相输入端连接所述三极管q10的发射极，所述比较器u4的同向输入端通过所述电阻r11连接所述变阻器rp1的滑动端，所述变阻器rp1的第一端连接5v电源，所述变阻器rp1的第二端接地，所述比较器u4的电源端通过所述电阻r10连接5v电源，所述比较器u4的输出端连接所述主控单元。
10.本实用新型的工作原理及有益效果为：
11.本实用新型中，通过脉冲激光进行测距的原理，主控单元产生信号脉冲至驱动激光驱动电路，驱动激光驱动电路用于驱动激光发射器u2，使其发出一定频率、脉宽的激光，激光照射到待测物体后产生回波信号，激光接收电路用于接收激光的回波信号，并将其转化为电信号后送至主控的单元，最后主控单元通过计算激光发射到收到激光回波信号的时间，判断从激光发射点到待测物体的距离。脉冲激光测距单词测量的时间很短，且测量时不需要多个合作目标，使用范围广。激光发射器u2用于发射出一定频率和脉宽的激光，激光发射器u2输出的脉冲峰值很高，且脉冲宽度要窄，以保证测距的精度。
12.具体的，激光驱动电路的工作原理为：主控单元输出窄脉冲信号至驱动器u1的输入端，由于主控单元输出的脉冲信号的驱动能力较弱，因此需要通过驱动器u1来提高脉冲信号的驱动能力，产生激光发射器u2所需的驱动信号。驱动器u1将主控单元输出窄脉冲信号的驱动能力提升后通过电阻r1加至场效应管q1的栅极，当窄脉冲信号高低平时，场效应管q1 截至，此时150v高压信号通过电阻r2对电容c1和电容c2进行充电；当窄脉冲信号高电平时，场效应管q1导通，此时电容c1和电容c2对激光发射器u2放电，两个并联电容瞬间充放电电流可达30a，电容c1和电容c2放电时，电容存储的能量将完全释放到激光发射器u2上，使激光发射器u2发光，其中电阻r1用于减小场效应管q1的栅极震荡。
13.场效应管q1形成一个高速大电流开关电路，利用电路开关瞬间，电容c1和电容c2迅速放电，产生一个瞬间大电流通过激光发射器u2，当激光发射器u2上消耗的功率达到一
定量时，就会发射出激光。之后再由激光接收电路接收激光回波信号，从而达到快速测量的目的。
14.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
15.图1为本实用新型中激光驱动电路的电路图；
16.图2为本实用新型中高压发生电路的电路图；
17.图3为本实用新型中接收放大电路的电路图；
18.图4为本实用新型中隔离放大电路的电路图；
19.图5为本实用新型中脉冲检测电路的电路图。
具体实施方式
20.下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本实用新型保护的范围。
21.实施例1
22.如图1所示，本实施例提出了一种激光测距系统，包括主控单元、激光驱动电路和激光接收电路，激光驱动电路和激光接收电路均与主控单元连接，激光驱动电路包括驱动器u1、电阻r1、电阻r2、场效应管q1、电容c1、电容c2和激光发射器u2，驱动器u1的输入端连接主控单元，驱动器u1的输出端通过电阻r1连接场效应管q1的栅极，场效应管q1的源极接地，场效应管q1的漏极连接电阻r2的第一端，电阻r2的第二端连接150v电源，场效应管q1的漏极通过电容c1连接激光发射器u2的第一端，电容c2并联在电容c1的两端，激光发射器u2的第二端接地。
23.本实施例利用脉冲激光进行测距的原理，主控单元产生信号脉冲至驱动激光驱动电路，驱动激光驱动电路用于驱动激光发射器u2，使其发出一定频率、脉宽的激光，激光照射到待测物体后产生回波信号，激光接收电路用于接收激光的回波信号，并将其转化为电信号后送至主控的单元，最后主控单元通过计算激光发射到收到激光回波信号的时间，判断从激光发射点到待测物体的距离。
24.脉冲激光测距单词测量的时间很短，且测量时不需要多个合作目标，使用范围广。
25.激光发射器u2用于发射出一定频率和脉宽的激光，激光发射器u2输出的脉冲峰值很高，且脉冲宽度要窄，以保证测距的精度。
26.具体的，激光驱动电路的工作原理为：主控单元输出窄脉冲信号至驱动器u1的输入端，由于主控单元输出的脉冲信号的驱动能力较弱，因此需要通过驱动器u1来提高脉冲信号的驱动能力，产生激光发射器u2所需的驱动信号。驱动器u1将主控单元输出窄脉冲信号的驱动能力提升后通过电阻r1加至场效应管q1的栅极，当窄脉冲信号高低平时，场效应管q1 截至，此时150v高压信号通过电阻r2对电容c1和电容c2进行充电；当窄脉冲信号高电平时，场效应管q1导通，此时电容c1和电容c2对激光发射器u2放电，两个并联电容瞬间充放电电流可达30a，电容c1和电容c2放电时，电容存储的能量将完全释放到激光发射器u2上，
使激光发射器u2发光，其中电阻r1用于减小场效应管q1的栅极震荡。
27.场效应管q1形成一个高速大电流开关电路，利用电路开关瞬间，电容c1和电容c2迅速放电，产生一个瞬间大电流通过激光发射器u2，当激光发射器u2上消耗的功率达到一定量时，就会发射出激光。之后再由激光接收电路接收激光回波信号，从而达到快速测量的目的。
28.如图2所示，本实施例中激光驱动电路还包括电阻r12、电阻r13、电感l1、三极管 q4、二极管d2、电容c8和电阻r15，三极管q4的基极通过电阻r12连接主控单元，三极管q4的基极通过电阻r13接地，三极管q4的发射极接地，三极管q4的集电极通过电感 l1连接vcc电源，三极管q4的集电极连接二极管d2的阳极，二极管d2的阴极连接电阻 r15的第一端，电阻r15的第二端连接电阻r2的第二端，电容c8的第一端连接电阻r15 的第一端，电容c15的第二端接地。
29.激光发射器u2发射的光脉冲是由激光电源产生的电脉冲直接调制得到的，激光发射器 u2产生的光脉冲特性在一定程度上依赖于脉冲驱动电源，电流的幅值、脉冲宽度决定了激光脉冲的峰值功率。
30.本实施例中电阻r12、电阻r13、电感l1、三极管q4、二极管d2、电容c8和电阻r15 构成高压发生电路，主控单元输出方波信号，作为开关信号控制三极管q4的导通和截至，三极管q4导通期间，电流通过三极管q4的集电极回路给升压电感l1充电，当三极管q4 从导通到截至的瞬间，流经电感l1的电流发生突变，即产生一个瞬时的高压脉冲，该高压脉冲信号有二极管d2快速整流后给电容c8充电，等三极管q4再次导通时，电容c8放电产生瞬间高压，经电阻r3和电容c9滤波后送至电阻r2的第二端，作为激光发射器u2的激光电源。
31.如图3所示，本实施例中激光接收电路包括激光接收器u3、电阻r4、电阻r5、电阻 r6、三极管q2、三极管q3、电阻r7、电阻r8、电阻r3和电阻r9，激光接收器u3的第一端连接三极管q2的基极，激光接收器u3的第二端接地，三极管q1的基极通过电阻r4 连接12v电源，三极管q2的基极通过电阻r5接地，三极管q2的发射极通过电阻r6接地，三极管q2的集电极连接三极管q3的发射极，三极管q3的集电极通过电阻r7连接12v电源，三极管q3的基极通过电阻r8连接12v电源，三极管q3的基极通过电阻r3接地，三极管q3的集电极通过电阻r9连接三极管q2的基极，三极管q3的集电极连接主控单元。
32.激光接收电路接收激光的回波信号，将接收到的激光信号转为电流信号输出，然后再将电流信号转为电压信号放大后送至主控的单元。
33.激光接收器u3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、三极管q2、三极管q3、电阻r7、电阻 r8、电阻r3和电阻r9构成接收放大电路，激光接收器u3用于接收激光的回波信号，并将其转为电流信号输出，由于激光接收器u3产生的电流较小，需要对其进行放大。三极管q2 构成共射极放大电路，用于对激光接收器u3产生的电流进行放大，三极管q3构成共基极放大电路，用于将q3放大的电流信号转为电压信号输出。其中，电阻r9引入负反馈至三极管 q2的基极，是电路稳定工作，并减小电路噪声。
34.如图4所示，本实施例中激光接收电路还包括电阻r16、电阻r17、三极管q5、三极管 q6、电阻r19、电阻r20、三极管q7、电阻r22、三极管q8电阻r23、电阻r24、三极管 q9、电阻r28、三极管q10、电阻r30和电阻r29，三极管q5的基极连接三极管q2的集电极，三极管q5的基极通过电阻r16接地，三极管q5的集电极接地，三极管q5的发射极通过电阻r17连接12v电
源，三极管q5的集电极连接三极管q6的基极，三极管q6的发射极通过电阻r20接地，三极管q6的集电极通过电阻r19连接12v电源，三极管q6的集电极连接三极管q7的基极，三极管q7的集电极接地，三极管q7的发射极通过电阻r22连接12v 电源，三极管q7的集电极连接三极管q8的基极，三极管q8的集电极通过电阻r23接地，三极管q8的发射极通过电阻r24连接12v电源，三极管q8的集电极连接三极管q9的基极，三极管q9的发射极通过电阻r28接地，三极管q9的集电极连接12v电源，三极管q9的发射极通过电容c19连接三极管q10的发射极，三极管q10的发射极通过电阻r29接地，三极管q10的基极通过电阻r30连接三极管q10的集电极，三极管q10的集电极连接120v电源，三极管q10的发射极连接主控单元。
35.激光接收器u3收到的激光回波信号中会夹杂一些噪声信号，因此接收放大电路主要作用是抑制低频噪声，对激光转换后的电信号放大作用并不大，其放大幅值并不满足主控单元的需求。因此在接收放大电路与主控单元之间加入隔离放大电路，对激光信号进一步放大，从而满足主控单元的要求。
36.隔离放大电路中，三极管q6构成第一级放大电路，三极管q8构成第二级放大电路，三极管q10构成整形电路，将经过两级放大后的电压信号送至主控单元。其中三极管q5、三极管q7和三极管q9分别构成三路射极跟随器，将接收放大电路、第一级放大电路和第二级放大电路隔离开，防止相互之间的干扰，从而进一步保证了测距的精度。图4中电阻r18和电容c10、电阻r21和电容c11、电阻r25和电容c14、电阻r26和电容c17、电阻r27和电容 c18以及电阻r31和电容c20分别构成阻容耦合电路，使得每一级的对应的三极管供电都从对应的电容处取电荷，互不干扰，防止自激振荡，同时也减少电源噪声对放大电路的影响。
37.如图5所示，本实施例中激光接收电路还包括变阻器rp1、电阻r11、比较器u4和电阻 r10，比较器的反相输入端连接三极管q10的发射极，比较器u4的同向输入端通过电阻r11 连接变阻器rp1的滑动端，变阻器rp1的第一端连接5v电源，变阻器rp1的第二端接地，比较器u4的电源端通过电阻r10连接5v电源，比较器u4的输出端连接主控单元。
38.理想情况下，激光回波信号与激光发射信号波形保持一致。但实际情况中，由于激光回波信号在大气传输过程中容易受到灰尘、烟雾、水汽等物体的衰减和干扰，激光回波信号的波形会有不同程度地展宽和畸变，即每次鉴别出的时刻不相同，从而会导致激光测距不准确。因此，为了提高激光测距的精准度，在隔离放大电路和主控单元之间加入脉冲检测电路，消除外界环境对激光回波信号的干扰。
39.变阻器rp1、电阻r11、比较器u4和电阻r10构成脉冲检测电路，设定一个电压阈值，将放大后的激光回波信号与该阈值相比较，当回波信号电压稍大于阈值时，比较器u4的输出发生反转，则可认定反转时刻为激光回波信号的截止时刻。所设定的电压阂值的大小可根据激光回波信号的强弱进行相应的变化，从而提高鉴别精度。
40.阈值电压可通过变阻器rp1进行调节，电容c7置于比较器u4同相输入端和反相输入端之间，用于减少输入信号对阈值电压的影响。
41.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。