距離測量在我們生產(chǎn)生活中有著重要作用,隨著社會(huì)的發(fā)展,對測距精度和范圍都提出了更嚴(yán)格的要求,激光測距技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。由于激光固有的特性使得激光測距能夠達(dá)到很高的精度,現(xiàn)在激光測距已經(jīng)進(jìn)入社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。激光測距控制系統(tǒng)決定了激光測距的精度和量程,本文旨在設(shè)計(jì)一款高精度大量程的激光測距控制系統(tǒng)。激光測距原理主要分為脈沖測距法和相位測距法兩種,本文首先對兩種激光測距技術(shù)進(jìn)行了研究和分析,通過對比兩種測距方式的優(yōu)缺點(diǎn)決定選取脈沖式激光測距法進(jìn)行研究。本文以脈沖激光測距原理為基礎(chǔ),根據(jù)系統(tǒng)的性能需求,提出了測時(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,并根據(jù)設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)了測時(shí)系統(tǒng)。本系統(tǒng)利用FPGA作為核心控制芯片,高精度測時(shí)芯片TDC-GPX作為測時(shí)芯片,該芯片的測時(shí)精度能夠達(dá)到皮秒量級(jí),對于測時(shí)芯片來講,測時(shí)范圍越大,誤差就會(huì)越大,所以當(dāng)下很多系統(tǒng)測時(shí)范圍都受到測時(shí)芯片性能的限制,為了突破該限制,本文改進(jìn)了控制系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)大量程高精度測距,系統(tǒng)將脈沖計(jì)數(shù)法與TDC測時(shí)法相結(jié)合,使系統(tǒng)不僅具有脈沖計(jì)數(shù)法長時(shí)間測量的能力,而且具有TDC測時(shí)法高精度的特點(diǎn),真正實(shí)現(xiàn)了大量程高精度的時(shí)間測量。系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

脈沖式激光測距原理圖

圖 2-3 計(jì)時(shí)波形圖根據(jù)式(2- 2)可以知道測距的精度與時(shí)鐘周期 T 密切相關(guān)，所以提高該方法的精度的關(guān)鍵在于提高時(shí)鐘頻率和時(shí)鐘的精度。對于采用專用測時(shí)芯片的方式，只需要將 START 和 STOP 信號(hào)給測時(shí)芯片就可以測量出精確的時(shí)間了。2.3 系統(tǒng)需求系統(tǒng)的性能指標(biāo)如表 2-1 所示，其中測距范圍要求能夠進(jìn)行超過萬米的大量程測距，在該測距范圍的情況下希望測距精度能夠達(dá)到 50cm。表 2-1 測距系統(tǒng)的性能指標(biāo)性能指標(biāo) 本系統(tǒng)測距精度 50cm(1666ps)

11 0x7FF0000 任何 Error 均置起錯(cuò)誤標(biāo)志位12 0x2000000 內(nèi)部計(jì)時(shí)完成置起中斷標(biāo)志位14 0x0000000 -在初始化的開始要求先對 TDC 進(jìn)行上電復(fù)位，在初始化的過程中為了防止受到測試信號(hào)的干擾，將 StopDis 置位，該信號(hào)置位后 TDC 就不會(huì)再接收八個(gè)通道的結(jié)束信號(hào)了，然后分別對各配置寄存器寫數(shù)，配置完成后將 StopDis 復(fù)位，等待測量。系統(tǒng)的初始化的操作過程就是根據(jù)偽代碼提供的操作進(jìn)行的。圖 2-7 所示的是 TDC 寫操作的時(shí)序圖，分析該圖可以得出基本的寫操作時(shí)序，寫操作過程中需要四個(gè)有效信號(hào)，分別是：ADR(地址)、WRN(寫使能)、CSN(片選和 DATA(數(shù)據(jù))。TDC 的寫操作要求地址和片選信號(hào)應(yīng)該在寫使能有效前提供一個(gè)簡歷時(shí)間，在寫使能失效后提供一個(gè)保持時(shí)間，而數(shù)據(jù)應(yīng)該在寫使能失效前一段時(shí)間提供，并且需要一個(gè)保持時(shí)間。表 2-3 中列出了相應(yīng)時(shí)間參數(shù)的具體值。

【參考文獻(xiàn)】：
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