脉冲激光测距中高精度时间间隔系统设计

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1、脉冲激光测距中高精度时间间隔系统设计摘要：时间间隔测量系统采用基于时间数字转换芯片TDC7GP22实现了高精度脉冲激光测距。采用高性能STM32单片机作为主控器，SPLLL90_3半导体激光二极管，AD50079作为接收的光电探测器。测量结果通过SPI通信接口传送给单片机，经单片机处理后的数据传给LCD12864显示器。测试结果表明，该测量方法精度可达65ps,系统结构简单、可行性高。关键词：时间间隔测量；TDC7GP22；高精度脉冲激光测距；光电探测器中图分类号：TN835?34；TP212.9文

2、献标识码：A文章编号：10047373X(2017)04?0155?04Designofhigh?precisiontimeintervalmeasuringsystemforpulsedlaserrangefindingTIANHaijun,YANGTing,ZHAOYanghui(SchoolofAutomationEngineering,NortheastElectricPowerUniversity,J订in132000,China)Abstract：Inthetimeintervalmea

3、surementsystem,thetimedigitalconverterchipTDC?GP22isadoptedtorealizethehigh?procisionpulsedlaserrangefinding,thehigh?pcrformancemicrocomputerSTM32istakenasthemaincontroller,andthereceivingphotoelectriedetect。rs.ThemeasuredresuItsaretransmittedtothemicr

4、ocontrollerthroughSPIcommunicationinterface,andthentheprocesseddataistransmittedtothedisplayLCD12864.Thetestresultsindicatethattheprecisionofthemeasuringmethodcanreachupto65ps,andthesystemhassimplestruetureandhighfeasibility.Keywords:timeinterva.1measu

5、rement；TDC?GP22；high?precisionpulsedlaserrangefinding；photoelectricdetector0引言脉冲激光测距具有测距精度高、探测距离远、峰值功率高、对光源相干性要求低等特点，广泛用于工业、民用、航天、医药等领域。目前激光测距方法有脉冲测距法、光子计数测距法和三角测距法。相比后两者，脉冲测距法测程长、精度高、反应时间短及没冇光圈。脉冲的工作波长、上升时间、宽度、占空比、峰值功率及大气折射率影响时间间隔测量精度，其中脉冲宽度越窄精度越高，脉冲功

6、率越大测程越长。在火电厂激光煤矿地质测量系统中需要对煤堆高度进行精确测量。实践中，通过时间间隔测量仪器测量激光飞行的时间间隔，测量占空比和功率会限制时间间隔的测量。因此，在激光煤矿地质测量系统中时间间隔测量单元在整个系统中起着关键作用。本文提出了一种脉冲激光测距中高精度时间间隔测量系统的设计，TDC?GP22[1]芯片记录激光接收和发射的时间信号差值，单片机STM32通过接口技术读取测量结果并将结果送入显示器，以实现距离测量。1脉冲激光测距系统脉冲激光测距系统工作原理即单片机控制激光发射装置发射占空

7、比一定的激光脉冲，其中一小部分能量到达接收电路，然后光电探测器将微弱的光脉冲信号变成电脉冲信号并看作Start信号触发时差测量。激光的大部分能量在空间中传播，遇到冃标物后反射传播到达接收电路，看作Stop信号结束测量，至此完成时差测量［2］。TDC7GP22芯片记录Start脉冲到Stop脉冲之间的时差，用于计算目标物到发射端的距离［3?4］o在上血的测量中，除了TDC7GP22芯片的时间间隔精度外，还有很多因素影响距离测量精度［5］,比如光的传输介质、光束的散射程度以及接收单元的灵敏度等。图1为激

8、光测距系统的结构框图。2TDC7GP22芯片的工作原理徳国ACAM公司生产的TDC7GP22芯片是CMOS结构设计的高精度时间数字转换芯片，时间间隔由逻辑门的传输延迟来量化，通过测量两个或多个脉冲之间的时间间隔进行精确测量［6］。TDC9GP22芯片的系统结构主要由TDC模块、温度测量模块、ALI；算术逻辑模块、控制时钟模块及串行接口模块等组成。TDC7GP22芯片有两种测量范围，每个测量范围的分辨率均能达到65ps,测量范围1为0〜1.8us；测量范围2为500ns