本科毕业设计（论文）开题报告
学生姓名 指导老师 课题来源 课题名称 毕业设计的内容和意义 陈健 自拟课题 学号 职称 080710101 课题性质 激光测距仪硬件设计 专业 所在院系 自动化 宿迁学院 七系 工程技术研究 毕业设计（论文）的内容 : [1]激光测距的工作原理，专用元件的工作原理； [2]用Protel99SE软件完成原理图和PCB图； [3]按毕业设计（论文）进度计划完成各阶段工作，主动请老师检查（可包括读书笔记，查阅到的资料介绍，工作的进度、遇到的问题，下周的工作计划等）； [4]完成要求的各种规范的技术文件。 本课题对激光测距仪硬件设计进行研究，其研究意义如下： 面向课题的研究,了解激光测距的发展及其所需的技术要求。对于激光测距技术的发展，深入了解其应用。在做设计的时候可以掌握Protel99Se软件的应用。利用本身所学的知识来处理各方面的问题提高自我处理能力，提高了自己各方面的能力与水平。 随着激光技术的发展，激光的应用越来越广泛，尤其是在军事上，激光测距机的诞生，对军队的作战和训练等产生了革命性的影响。在激光测距机出现以前,坦克炮、地炮、高炮和舰炮等通常用光学测距机测距。光学测距机无论是合象式的还是体视式，其测试精度随距离而变化，测程越远，精度越差，操作也比较复杂，而且仪器的体积受基线长短的限制。
1激光的特点 由于激光有高单色性、高方向性和相干性好等特点, 因而被用于高精度的计量测量上。具体可以用于测量长度、距离、速度、时间等, 也可以作为长度、频率、光度等计量标准, 目前已形成一门新的干涉测量学。根据光学干涉方法测量长度是最为精密的, 如用氪——86 红光波进行精密干涉测长, 最大量程不超过1 米(约38.5厘米) 测量误差约为1 微米, 同样用红色氦氖激光进行精密干涉测长, 其量程可以扩大到1 公里- 1000 公里,而相当于1 公里上的测量误差小于100- 0.1 微米。由此可知, 用激光代替氪灯光做光子尺, 其“刻度”精度非常高。另外激光波长极为稳定, 只要按照同一条件制造激光器, 在相同的工作条件下使用, 各个激光器射出的激光波长会准确一致, 即复制精度极高。因此, 可以根据1983 年第十七届国际计量大会的决定中指出:“国际计量局还认为必须根据总则为实际工作者规定一个新的实用的米定义, 以保证各个长度实验室之间的量值统一”。这个新的实用米定义, 可以选用氦氖激光器输出的激光波长作为长度的基准[1]。 2. 传感器的应用（激光测距传感器的介绍） 文献综述 当今时代 高新技术迅速发展的信息时代。为了能够准确的获取信息，就离不开传感器。它在国民经济相关的各个领域中的应用日益广泛，是信息的采集和信息的转换的重要部件，因此，传感器技术成为信息时代的焦点[2]。 瑞士Dimetix公司生产的DLS-A型激光测距传感器是新一代的测距设备,拥有许多卓越的性能,是一种较为先进的经济型在线位置检测系统,具有极高的测试精度和稳定性。该设备通过发射激光束至目标物体,利用反射光束精确计算距离,可达到100m的检测距离, 而且对目标物体的尺寸面积比超声波要求的面积小得多,使得对远距离的小尺寸物体位置检测成为可能。可广泛应用于工业液位、料位、生产线料坯传送定位,大型工件装配定位,超大物体几何计量,光散射试验,超声波特性试验,军事枪械校正,靶距自动控制,集装箱定位等领域。由于是在线式连续检测,免去了使用手持激光测距仪的人工点发,可无人值守连续监测,其位置数据还可传送到远程监控终端,是工业自动化和生产智能管理的理想仪器, 在国内工业自动化领域得到了较多的应用, 我们在水库水位激光测距监测系统的开发中即采用了这种传感器, 该传感器是通过RS232/RS422串行接口与控制器进行通讯, 我们利用VB开发了可连接多达10台DLS-A型激光测距传感器的监控软件,同时开发出模拟器软件,通过计算机的串口实现了该型传感器的全部通信协议, 能够用一台计算机模拟多达10台DLS-A 型激光测距传感器的各种工作状态,不仅可以模拟正常工作状况,而且可以方便地模拟使用真实激光测距仪不易实现的距离设定、时间延迟、系统错误等状态,给调试工作带来了很大方便,并且显著降低了开发成本[3、4]。
文献综述 3.激光测距的实现方法[5] 测距精度是激光测距的重要指标之一，激光测距传感器由激光发射机、接收机、光学系统、数据处理系统等组成。数据处理系统对激光脉冲信号的处理精度对激光测距精度有重要的影响，对于传统的直接脉冲计数法，实现一般的精度指标不成问题，但对于厘米级测距精度要求，由于受器件、工艺等诸多因素的制约，直接计数法则难以完成任务。由于近年来在时问测量技术水平不断提高，采用时间数字化芯片(TDC)完全可以实现上述要求。 激光脉冲[6]一次发送接收的工作过程大致如下：当测距仪对准目标后，按下START键，单片机驱动激光器发出开始信号，激光器就发出一个很强很窄的光脉冲；同时，其中极小一部分光立即由两块反射镜反射而进入接收望远镜，经过滤光片到达光电转换器(光电倍增管或光电二极管等光电元件)，使光脉冲变成电脉冲。这个电脉冲经放大、整形后送入时间测量系统TDC—GPl的START端，使其开始计时，而射向目标的光脉冲，由于测量目标的漫反射作用，总有一部分光从原路反射回来，而进入接收望远镜。它同样经过滤光片、光电转换器、放大整形电路而进入时间测量系统TDC—GPl的STOP端，终止此次时间间隔测量，由此得到一个时间间隔。 脉冲激光测距，是通过测量激光器发出光脉冲的时刻与光脉冲到达目标并由目标返同接收机的时间差计算出目标距离的。假设目标距离为R，光脉冲往返时间为t，光在空气中传播速度为c，则： R=ct／2 (1) 在激光测距系统中，造成测距误差的冈素很多，主要包括光电系统延迟误差，大气折射误差，激光脉冲上升沿抖动造成的误差，测时误差，运算截断误差等。对于任何一个系统来讲，系统一旦确定，系统误差可以采取标定等手段来予以修正，冈此从提高系统精度的角度考虑，如何减小随机误差成为关键。系统中引入随机误差主要是系统的电路噪声，同时考虑到系统的运算能力，加入低通滤波器可以有效的减小系统噪声，提高系统测距精度。由(1)式可以看出，为了提高系统精度，提高t的测量精度是关键。 激光测距仪在各种测量行业中得到了广泛的应用, 无论在军事应用方面, 还是在科学技术、生产建设方面, 都起着重要的作用。激光测距具有测量精度高、分辨率高、抗干扰能力强、体积小和重量轻等一系列优点。激光测距在技术途径上可分为脉冲式和连续波相位式激光测距, 脉冲式测程远, 但是仪器体积较大, 测量精度较低, 一般为几米。连续波相位式是用连续调制的激光波束照射目标, 从测量光束往返中造成的相位变化, 得出被测目标的距离,其测量精度高, 相对误差可达百万分之一。但是, 普通的相位式测距方法测程较短, 需要合作目标, 传统测相方法精度还达不到要求。近期, 有人提出了脉冲相位式激光测距仪[7]的设计方案。在我们的研究中, 把电子领域广泛应用的直接数字频率合成(DDS) 技术应用到相位式激光测距中, 在提高测程和精度方面, 取得了较好的效果。