【正文】 式()能夠適用于激光測距系統(tǒng)對大目標測距的情況，需要引入一個比例因子。假設(shè)激光測距儀的發(fā)射和接收系統(tǒng)是非同軸的，并且激光光強是均勻分布的(事實上是按照高斯分布的[13])。其原理如圖21所示，為了使激光接收系統(tǒng)能夠更多地接收激光發(fā)射系統(tǒng)的激光功率，并且能同時保證背景輻射盡可能少地進入激光接收系統(tǒng)，就必須使得激光接收系統(tǒng)的接收視場角Ωr和激光發(fā)射角Ωt之間能夠有一個良好的匹配關(guān)系。9 脈沖激光測距的性能方程一束激光在大氣中傳播時，會有一定的輻射功率和發(fā)散角，在其傳播過程中，由于大氣的作用，有一部分光能被吸收，另有一部分被散射，如此一來，最終能夠到達目標的輻射能量會減少許多。如果計時電路在起止脈沖之間所記錄的時標脈沖個數(shù)為n，則有式(23)： (23)7CLK START t END 其中，f為計時脈沖的頻率，將式(23)帶入式 (21)可得： (24)其中，代表每個時鐘所對應(yīng)的距離值，即當=100MHz時，由上式可以得到式(25)： (25)由此式可得，時間間隔測量單元的頻率對脈沖法測量距離的精度有著莫大的影響，如式(26)： (26)如果要提高脈沖法測距精度，就需提高時間間隔測量單元的頻率，也稱為晶振頻率。一般應(yīng)用于遠距離探測的航天、軍事等項目中。這一時間間隔成為飛行時間t，它可由計數(shù)器從激光脈沖起止所經(jīng)過時鐘脈沖的周期個數(shù)來確定，設(shè)在這段時間內(nèi)，時鐘脈沖周期為T，進入計數(shù)器脈沖個數(shù)為n，被測距離為s，則有： (21) 脈沖式激光測距儀具有測程遠、測量速度快等特點。1m左右。如此，測距儀與被測目標之間的距離就是光速和往返時間乘積的一半。9第2章 脈沖激光測距的基礎(chǔ) 第2章 脈沖激光測距的基礎(chǔ) 脈沖激光測距的原理 激光測距基本原理是通過測量光脈沖的飛行時間來測量其與目標之間的距離的。研制低成本，高精度，大量程，低功耗的激光測距機有很大的現(xiàn)實意義。在新的世紀里，面貌一新的測距儀將發(fā)揮更大的作用。展望未來，激光波測距儀作為一種新型的非常重要有用的工具在各方面都將有很大的發(fā)展空間，它將朝著更加高定位高精度的方向發(fā)展，以滿足日益發(fā)展的社會需求，無庸置疑，未來的激光波測距儀將與自動化智能化接軌，與其他的測距儀集成和融合,形成多測距儀。 研究意義隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，激光將在測距儀中的應(yīng)用越來越廣?？傮w而言，國內(nèi)對激光測距技術(shù)的研究尚處于發(fā)展階段，技術(shù)還不夠成熟，需要做的工作還有很多。此測距儀的具體測量參數(shù)為：激光發(fā)射頻率為100Hz，波長905nm，峰值功率10W，激光的脈沖寬度為25nm，測量范圍從141000米，精度為1m[11]。該樣機的基本參數(shù)為：激光發(fā)射脈沖的頻率為1kHz、使用的激光器是國產(chǎn)的半導(dǎo)體激光器，其波長為800900nm，測量距離為10100m。國內(nèi)研究激光測距儀的具體單位有：北京光儀廠、常州第二電子儀器廠、中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所等[10]。 國內(nèi)方面國內(nèi)的樣機的研究是從20世紀70年代開始的，是在原來的固體和氣體激光測距機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的[9]。當然，這時基于民用方面的手持式激光測距機而言的。這類激光器具有在煙霧中的傳輸性好，兼容性好，對方探測困難等優(yōu)點，但也存在一些問題，比如激光易被濕氣吸收、目標反射率低、需要制冷等。經(jīng)過近些年的發(fā)展，激光測距技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)日趨成熟，激光測距儀已經(jīng)發(fā)展至第三代[6]，稱為人眼安全激光測距。與第一代相比，在隱蔽性、體積、重量、耗電等方面都有著很大的改善，因此，第二代激光測距儀開始迅速發(fā)展。20世紀70年代初，少量的激光測距儀開始裝備到了軍隊里，例如美國的AN/GVS日本的70型，但是，由于第一代的激光測距機效率較低、隱蔽性較差、體積大、重量大、耗電多等一系列的原因，很快被第二代激光測距機所取代。至今，激光測距儀已經(jīng)發(fā)展至第三代。美國Leica公司也在同一年，研制出了實用的小型激光測距機，[5]。之后，激光測距技術(shù)迅速發(fā)展。如今，隨著激光技術(shù)的深入發(fā)展，激光測距開始逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測距方法，將會對測距行業(yè)產(chǎn)生深遠的影響。例如：機載脈沖激光測距儀，艦載脈沖激光測距儀以及導(dǎo)彈靶場脈沖激光測距儀等等。激光測距代替了人工測尺，解決了有人為因素帶來的精度誤差問題，而且測量速度更快，大大提高5了工作效率。近年來發(fā)展了一種便攜式、對人眼安全、無合作目標、低價的適用于家庭的LED激光測距儀 [2]。激光便被應(yīng)用于距離測量中來，八十年代，遠程、中程、近程的激光測距主要采用YAG激光器，但隨著半導(dǎo)體激光二極管LD技術(shù)的出現(xiàn)和日臻完善，開始應(yīng)用于中、短程測距和成像雷達之中，它具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、對人眼安全等一系列優(yōu)點。早在史前文明時期，便出現(xiàn)了關(guān)于距離測量的技術(shù)，不過，這些測量技術(shù)被稱為接觸測量，一直持續(xù)了幾千年?？傊?，當今激光及其相關(guān)技術(shù)已經(jīng)成為一個與人類社會息息相關(guān)、不可缺少的龐大產(chǎn)業(yè)。在科學(xué)研究、軍事技術(shù)、能源開發(fā)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、信息產(chǎn)業(yè)及醫(yī)療衛(wèi)生等方面，激光也正作為新的技術(shù)發(fā)揮著巨大的作用，融入到我們的日常生活中。激光是在有理論準備和生產(chǎn)實踐迫切需要的背景下應(yīng)運而生的，它一問世，就獲得了異乎尋常的飛快發(fā)展，激光的發(fā)展不僅使古老的光學(xué)科學(xué)和光學(xué)技術(shù)獲得了新生，而且導(dǎo)致整個一門新興產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)。19601916它的亮度為太陽光的100億倍。顯示部分程序設(shè)計 39計算機控制LED顯示部分 36 LED 36 74HC573 38 38計時部分 27 TDCGP2IX目 錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題背景 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 國外方面 2 國內(nèi)方面 3 研究意義 4 本論文研究的內(nèi)容 4第2章 脈沖激光測距的基礎(chǔ) 5 脈沖激光測距的原理 5 脈沖激光測距的性能方程 7 脈沖激光測距儀的信噪比方程 10 脈沖激光探測器的光探測原理 10 信噪比方程 10 脈沖激光測距儀的測距性能指標 12 最大測程 13 探測靈敏度 13 距離誤差 14 15 時間間隔測量技術(shù) 15 16 17 本章小結(jié) 19第3章脈沖激光測距系統(tǒng)的設(shè)計 20 脈沖激光測距系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 20 脈沖激光接收電路 22 雪崩光電二極管APDcoherence and so forth,therefore, bining the laser sensor technology and automatic control technology in the distance measurement,laser ranging is one of the most popular applications. The principle and characteristics of laser sensor are introduced in this paper, and the performance and characteristics of AT87C51 single chip on the basis of analyzing the principle of laser ranging, the idea and the problem of the design of ranging system are pointed hardware circuit and software design method of low cost, high precision and micro digital display of the core of AT87C51 microcontroller are given,the system is reasonable, stable, and energy is good, the detection speed is fast, and the calculation is simple. And the system is easy to do realtime control, and the measurement accuracy can meet the requirements of industrial the time interval measurement unit based on TDCGP21 is designed by using TDCGP21 time measurement principle.Keywords:　andhighhighhigh關(guān)鍵詞　激光；測距；單片機；TDCGP2I 第1章 緒論 AbstractLaser指導(dǎo)教師： 徐偉職稱：講師 2014 年 12月 30日系級教學(xué)單位審批： 年 月 日 摘要摘要激光具有高亮度、高方向性、高單色性和高相干性等優(yōu)點，所以，利用激光傳感器技術(shù)和自動控制技術(shù)相結(jié)合的測距方案中，激光測距是目前應(yīng)用最普遍的一種，本課題介紹了激光傳感器的原理和特性，以及Atmel公司的AT87C51單片機的性能和特點，并在分析了激光測距的原理基礎(chǔ)上，指出了設(shè)計測距系統(tǒng)的思路和所需考慮的問題，給出了以AT87C51單片機為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示激光測距的硬件電路和軟件設(shè)計方法，該系統(tǒng)設(shè)計合理，工作穩(wěn)定，能量良好，檢測速度快，計算簡單，易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)應(yīng)用的要求。整理數(shù)據(jù)，完成論文。關(guān)鍵部件的選型、設(shè)計、分析和計算?；疽?. 完成激光測距系統(tǒng)的總體方案設(shè)計；2. 完成關(guān)鍵部件的選型與設(shè)計；3. 通過仿真軟件對所設(shè)計系統(tǒng)進行模擬、調(diào)試；4. 按照燕山大學(xué)電氣學(xué)院本科生學(xué)位論文撰寫規(guī)范完成畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）的編寫。） （ ）題目來源科研課題（ ） 生產(chǎn)實際（ ）自選題目（214。（ ）；（ ）；（ ）。本科畢業(yè)設(shè)計（論文）基于脈沖激光的測距系統(tǒng)設(shè)計 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書學(xué)院：電氣工程學(xué)院 系級教學(xué)單位：儀器科學(xué)與工程系學(xué)號1101 學(xué)生姓名 專 業(yè)班 級精儀112題目題目名稱基于脈沖激光的測距系統(tǒng)設(shè)計題目性質(zhì)：工程設(shè)計 （）；工程技術(shù)實驗研究型（214。）；理論研究型（ ）；計算機軟件型（ ）；綜合型（ ）。題目類型（214。） 主要內(nèi)容1. 掌握脈沖激光法測距的基本原理，了解影響測量性能的因素；2. 以二極管激光器作為激光發(fā)射源，設(shè)計激光測距系統(tǒng)，主要包括脈沖激光發(fā)射電路、激光接收電路，并用仿真軟件進行模擬分析。參考資料1. 劉鋒，脈沖半導(dǎo)體激光測距機的研制及應(yīng)用[J]，紅外與激光工程，20032. 周炳琨，激光原理[M]，國防工業(yè)出版社，20013. 朱林泉，現(xiàn)代激光工程應(yīng)用技術(shù)[M]，國防工業(yè)出版社，2008周 次1—4周5—8周9—12周13—16周17周應(yīng)完成的內(nèi)容熟悉任務(wù)，查閱相關(guān)資料，完成設(shè)計方案和技術(shù)分析。完成算法與硬件電路設(shè)計，對系統(tǒng)進行仿真調(diào)試。制作PPT，準備答辯。并且應(yīng)用TDCGP21時間測量原理，設(shè)計了基于TDCGP21的時間間隔測量單元。possessesbrightness,directional,monochromatichighlaser。 ranging。 microcontroller。 22 APD驅(qū)動電路 22 高壓發(fā)生電路 23 24 24 本章小結(jié) 26第4章 計時及顯示部分設(shè)計 27時刻鑒別電路設(shè)計 27 預(yù)鑒別恒定比值時刻鑒別電路設(shè)計 30 時間間隔測量原理 31 32 距離計算部分 33 34 計算部分子程序設(shè)計 36系統(tǒng)控制部分設(shè)計 40 本章總結(jié) 40結(jié)論 41參考文獻 43致謝 45附錄1 程序代碼附錄2 開題報告 附錄3 中期報告III 第1章 緒論 課題背景激光是20世紀以來，繼原子能、計算機、半導(dǎo)體之后，人類的又一重大發(fā)明，被稱為“最快的刀”、“最準的尺”、“最亮的光”和“奇異的激光”。它的原理早在年已被著名的美國物理學(xué)家愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，但直到年激光才被首次成功制造。當前激光技術(shù)的應(yīng)用遠遠超出了軍事領(lǐng)域，它己滲入到人類活動的各個方面。諸如文化、娛樂、商業(yè)貿(mào)易等等。相信在新的世紀，激光技術(shù)將會給人類的生活帶來全新的改變。由于接觸測量具有很大的局限性，非接觸測量[1]技術(shù)便應(yīng)運而生。九十年代國內(nèi)外開始大力發(fā)展LD激光測