自觸發(fā)脈沖激光測(cè)距飛行時(shí)間測(cè)量研究

如圖所示，CPLD完成飛行時(shí)間計(jì)數(shù)測(cè)量的功能，單片機(jī)讀取計(jì)數(shù)結(jié)果并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終的結(jié)果顯示在液晶顯示屏上。CPLD內(nèi)的電路主要由兩個(gè)計(jì)數(shù)器組成，Counter1為9bit的計(jì)數(shù)器，對(duì)自觸發(fā)脈沖激光測(cè)距的周期信號(hào)ST進(jìn)行計(jì)數(shù)，得到首尾相接的N個(gè)測(cè)距周期對(duì)應(yīng)的起止時(shí)刻，對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔TN=NT0，系統(tǒng)中可以自己設(shè)定N的值。Counter2為16bit計(jì)數(shù)器，對(duì)N個(gè)測(cè)量周期的時(shí)間間隔NT0進(jìn)行計(jì)數(shù)測(cè)量，輸出計(jì)數(shù)結(jié)果Nm。采用50 MHz晶振通過鎖相環(huán)6倍頻獲得300MHz的時(shí)鐘頻率，作為時(shí)間測(cè)量計(jì)數(shù)的基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率。單片機(jī)讀入計(jì)數(shù)結(jié)果，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后將最后的結(jié)果顯示出來。單片機(jī)采用Cygnal公司的C8051F系列，與8051的指令集兼容，單數(shù)據(jù)處理速度更快，有利于脈沖激光測(cè)距儀的高速度應(yīng)用。
如圖3所示，假設(shè)時(shí)間測(cè)量的計(jì)數(shù)基準(zhǔn)時(shí)鐘周期為Tm，則：

其中fm=1／Tm為飛行時(shí)間測(cè)量計(jì)數(shù)基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率。
任意取N=256，fm=300 MHz代入，忽略電路延時(shí)τ，可以計(jì)算得到Dmax=64 M，δD=0．98 mm。即該設(shè)計(jì)通過運(yùn)用CPLD可以得到的飛行時(shí)間測(cè)量系統(tǒng)的理論計(jì)算值可達(dá)到最大量程64M，測(cè)量精度0．98mm。

3 結(jié)論
自觸發(fā)脈沖激光測(cè)距是一種新型的脈沖激光測(cè)距方法。該方法克服了傳統(tǒng)脈沖激光測(cè)距測(cè)量精度和測(cè)量速度之間的矛盾，容易獲得高精度的測(cè)距結(jié)果。文中講述自觸發(fā)脈沖激光測(cè)距原理及其光電脈沖的時(shí)序邏輯，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于CPLD的自觸發(fā)脈沖激光測(cè)距飛行時(shí)間測(cè)量系統(tǒng)。理論計(jì)算表明利用CPLD設(shè)計(jì)自觸發(fā)脈沖激光測(cè)距飛行時(shí)間測(cè)量電路是一種很好的方案。它可以使計(jì)數(shù)時(shí)鐘工作在較高的頻率，并且結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，體積小，功耗低，成本低廉。在測(cè)量距離64 M的范圍內(nèi)可以達(dá)到0．98 mm的測(cè)量精度，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的激光測(cè)距，尤其適合便攜式，高精度激光測(cè)距應(yīng)用。