專利名稱：一種望遠鏡的激光測距電路裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及光電技術領域，具體地說是一種用于望遠鏡的激光測距電路
直O(jiān)
背景技術：
現(xiàn)有的脈沖激光測距儀具有結構簡單，成本低，測距范圍大，無需合作目標等優(yōu)點，因此在工業(yè)，航空航天，大地測量，國防軍事等領域中得到了廣泛的運用。脈沖激光測距機一般由光學系統(tǒng)，激光發(fā)射電路，激光接收電路，時間測量等模塊組成。具體測量原理是通過測量激光脈沖在測量儀到被測目標之間的飛行時間來計算被測距離的其公式如下D=CT/2D=被測距離C=光速T=時間由此公式可知，由于光束是固定的C=30萬KM/每秒，只要測量出激光的飛行時間就可測量出測量儀到被測目標的距離。因此脈沖激光測距的技術要點在于如何測量激光飛行的時間。測量的時間越精確，時間分辨率越高那么測距就越準確，精度就越高。經過近二十年的發(fā)展，激光測距望遠鏡已經有了很大的發(fā)展，但是現(xiàn)有的望遠鏡型激光測距機有如下幾個問題目前測量激光飛行時間的方法有直接脈沖計數(shù)法，數(shù)字插入法。其中數(shù)字法有IC延遲插入法，有采用CPLD大規(guī)模數(shù)字集成電路門延遲插入法，有采用國外專用測距集成電路等方法。但以上的方法都有一些具體問題難予克服，例如直接脈沖計數(shù)法由于受電子元件和電路設計以及生產工藝的限制，一般很難將脈沖計數(shù)頻率做高，當精度要求高于0.5m時，脈沖頻率必須達到660MH以上，普通電路基本無能為力。數(shù)字插入法由于采用大規(guī)模的專用集成電路使得測距精度大幅提高，但電路結構復雜，成本高，貨源難尋，難批量生產，難普及應用。

實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種新型的具有低成本、高性能的用于激光測距的電路裝置。本實用新型的激光測距電路裝置的電路由單片機模塊部分，模擬計時電路部分、 激光發(fā)射模塊和激光接收模塊四個部分組成；以單片機模塊為核心，通過電線與激光發(fā)射模塊、激光接收模塊和模擬計時電路部分連接。各模塊和電路的功能如下(1)單片機模塊部分在軟件程序的控制下對整個系統(tǒng)進行程式化的控制，接收按鍵命令，實施對其它模塊和電路的控制，從而完成激光測距全過程的控制。(2)激光發(fā)射模塊的功能是在單片機模塊的控制下對目標發(fā)射功率激光脈沖。[0014](3)激光接收模塊的功能是接收目標反射回來的激光，并對激光信號進行放大整型后傳至單片機模塊和模擬計時電路部分進行處理。(4)模擬計時電路處理部分采用模擬電路的辦法處理高速激光信號，將極短的光脈沖信號變換成單片機模塊可以處理的信號，從而實現(xiàn)模擬激光測距。模擬計時電路部分的結構為大電流充電部分和小電流放電部分串接在一起，充放電電容部分連接在大電流充電部分和小電流放電部分的中間，大電流充電部分還連接到單片機模塊部分；電壓比較器連接到大電流充電部分和小電流放電部分以及充放電電容， 同時也連接到單片機模塊。模擬計時電路部分由下列電子元件組成四個功能部分(1)大電流充電部分由電阻1 2、1 3、1 5、晶體管01、02組成；其中1 2、R3、Q2連接成大電流恒流輸出電路，輸出電流的大小由R3控制，Q1、R5構成大電流驅動電路；(2)小電流放電部分由電阻R4、R9、R10、晶體管Q3組成，其中電阻RlO連接在晶體管Q3的發(fā)射極，電阻R4，R9連接在晶體管Q3的基極，其作用是產生一個固定小電流放電通路。(3)電壓比較器由電阻R6、R8、晶體管Q4、電容C3、電壓比較器UlA組成，晶體管連接在電壓比較器的兩個輸入端，電阻R8連接在電壓比較器的輸入端，為電壓比較器提供偏置電流，其作用是產生充電開始和放電結束的時間標志點，通過這些時間標志點由單片機計算充放電的時間。(4)充電放電由電容C2組成，它連接在大電流充電器和小電流放電器中間，同時也連接到電壓比較器的輸入端。它本身是一個高速無感電容，其作用是保存充放電流的電量。模擬計時電路的功能和原理根據電子學公式T*I=C*VΤ:電容充電時間，I 電容充電電流，C:電容量，V:電容端電壓。這個公式適用于電容的充電和放電，本實用新型采用對同一電容進行大電流充電和小電流放電的辦法來測量充電時間。把短的充電脈沖寬度轉化成對電容充電的電流，由此電流在電容上建立電壓，后對該電壓進行小電流放電，當電壓低至設定值時結束放電。根據上面的公式，電容兩端的電壓在充電和放電的過程中，充電時間和放電時間存在一個數(shù)學關系式。它只和充電時間和放電時間有關，而和電容容量以及其它外圍元件無關。因此用放電脈沖寬度，可以計算充電脈沖寬度，也就是利用放電時間可以計算出充電時間。哪怕是極小的充電時間也可以計算出來。實現(xiàn)了用比較簡單的電路實現(xiàn)了高難度的極短時間測量，這是本電路的核心部分。以上電路所組成的激光測距系統(tǒng)能夠完成高精度的激光測量測量。用數(shù)字電路保持基礎激光飛行時間數(shù)據，用模擬電路的辦法細分125nS的時間間隔，使其時間分辨率達到0. 66ns，從而使本激光測距的測量誤差為+/-0. 2m (理論上可以做到+/-0. Im的誤差)。本實用新型的特點是結構簡單，測量精度高，并且采用常規(guī)電子元件，成本非常底，具有較高的可靠性，適宜大批量的生產。它和現(xiàn)有的技術相比具有比較獨特的優(yōu)勢。
圖1是本實用新型的激光測距電路結構框圖。圖2是本實用新型的模擬計時電路部分的結構框圖。圖3是本實用新型的模擬計時電路部分的電路原理圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型的激光測距電路由單片機模塊部分，模擬計時電路部分、 激光發(fā)射模塊和激光接收模塊四個部分組成；以單片機模塊為核心，通過電線與激光發(fā)射模塊、激光接收模塊和模擬計時電路部分連接。其中單片機模塊，激光發(fā)射模塊，激光接收模塊，是常規(guī)通用型電路模塊。模擬計時電路部分如圖2、3所示，由下列電子元件組成四個功能部分(1)大電流充電部分由電阻1 2、1 3、1 5、晶體管01、02組成；其中1 2、R3、Q2連接成大電流恒流輸出電路，輸出電流的大小由R3控制，Q1、R5構成大電流驅動電路；(2)小電流放電部分由電阻R4、R9、R10、晶體管Q3組成，其中電阻RlO連接在晶體管Q3的發(fā)射極，電阻R4，R9連接在晶體管Q3的基極，其作用是產生一個固定小電流放電通路。(3)電壓比較器由電阻R6、R8、晶體管Q4、電容C3，電壓比較器UlA組成，晶體管連接在電壓比較器的兩個輸入端，電阻R8連接在電壓比較器的輸入端，為電壓比較器提供偏置電流，其作用是產生充電開始和放電結束的時間標志點，通過這些時間標志點由單片機計算充放電的時間。(4)充電放電由電容C2組成，它連接在大電流充電器和小電流放電器中間，同時也連接到電壓比較器的輸入端。它本身是一個高速無感電容，其作用是保存充放電流的電量。本電路的工作原理和過程當進行激光測距工作時，首先由單片機模塊部分對激光發(fā)射模塊發(fā)命令，自激光發(fā)射時起，單片機控制部分開始計時，等激光通過目標物反射回來并由接收模塊接收激光信號后，單片機控制部分停止計時。單片機保存大于125nS的單位時間，小于125nS的時間由模擬計時部分處理。此時激光回波在啟動單片機停止計時的同時也啟動模擬電路充電的開始，在單片機的控制下經過固定時間的延時結束充電并開始放電。當放電結束時，單片機通過放電的時間計算充電時間并最終計算激光飛行時間。
權利要求1.一種望遠鏡的激光測距電路裝置，其特征在于激光測距電路裝置的電路由單片機模塊部分，模擬計時電路部分、激光發(fā)射模塊和激光接收模塊四個部分組成；以單片機模塊為核心，通過電線與激光發(fā)射模塊、激光接收模塊和模擬計時電路部分連接。
2.根據權利要求1所述的望遠鏡的激光測距電路裝置，其特征在于模擬計時電路部分由大電流充電部分和小電流放電部分串接在一起，充放電電容部分連接在大電流充電部分和小電流放電部分的中間，大電流充電部分還連接到單片機模塊部分；電壓比較器連接到大電流充電部分和小電流放電部分以及充放電電容，同時也連接到單片機模塊。
3.根據權利要求2所述的望遠鏡的激光測距電路裝置，其特征在于大電流充電部分由大電流充電部分由電阻1 2、1 3、1 5、晶體管01、02組成；其中R2、R3、Q2連接成大電流恒流輸出電路，Ql、R5構成大電流驅動電路。
4.根據權利要求2所述的望遠鏡的激光測距電路裝置，其特征在于小電流放電部分由電阻R4、R9、R10、晶體管Q3組成，其中電阻RlO連接在晶體管Q3的發(fā)射極，電阻R4，R9連接在晶體管Q3的基極。
5.根據權利要求2所述的望遠鏡的激光測距電路裝置，其特征在于電壓比較器由電阻 R6、R8、晶體管Q4、電容C3，電壓比較器UlA組成，晶體管連接在電壓比較器的兩個輸入端， 電阻R8連接在電壓比較器的輸入端。
6.根據權利要求2所述的望遠鏡的激光測距電路裝置，其特征在于充電放電由電容C2 組成，它連接在大電流充電器和小電流放電器中間，同時也連接到電壓比較器的輸入端。
專利摘要本實用新型是一種望遠鏡的激光測距電路裝置。激光測距電路裝置的電路由單片機模塊部分，模擬計時電路部分、激光發(fā)射模塊和激光接收模塊四個部分組成；以單片機模塊為核心，通過電線與激光發(fā)射模塊、激光接收模塊和模擬計時電路部分連接。本實用新型的特點是結構簡單，測量精度高，并且采用常規(guī)電子元件，成本非常底，具有較高的可靠性，適宜大批量的生產。它和現(xiàn)有的技術相比具有比較獨特的優(yōu)勢。
文檔編號G01S17/08GK202221476SQ201120263639
公開日2012年5月16日 申請日期2011年7月25日 優(yōu)先權日2011年7月25日
發(fā)明者李小龍 申請人:李小龍