基于FPGA的脉冲式激光测距系统设计

发布时间：2020-07-04 01:43

【摘要】：脉冲式激光测距因其具有结构简单、稳定性高、测量速度快等优点,被广泛应用于安防、交通、工业测量等领域,然而其在短距离的测量中,测距精度较低。因此,为了实现对短距离的实时、准确测量与分析,将脉冲式激光测距与FPGA相结合,提出了一种基于FPGA的脉冲式激光测距系统的实现方案。基于FPGA的脉冲式激光测距系统由激光发射电路、激光接收电路、FPGA、电源电路、上位机软件组成。其中,激光发射电路由驱动电路和激光器组成;激光接收电路由IV转换电路、滤波电路、放大电路和整形电路构成。在激光发射电路的设计中,为了提高脉冲信号的稳定性,采用FPGA来生成需要的脉冲信号;而激光接收电路则将接收到的激光信号转换为FPGA可以采集的电平信号。基于FPGA的可编程及可并行处理特性,通过Verilog HDL语言编码,设计时间分隔模块、“粗”时间测量模块、“细”时间测量模块、时间合成模块、距离计算模块,实现精密时间间隔的测量,并将所测得的时间长度转换成距离数据,通过数据传输模块传送到上位机。上位机数据采集系统是在Windows中基于VB语言设计的,可以实现数据的采集、显示、分析及保存等功能。系统的软硬件设计完成后,首先,对激光发射电路所需的脉冲信号进行了测试,输出信号占空比为0.000025;其次,对激光接收电路的性能进行了验证和测试,可以平稳地输出电平信号;然后,对在FPGA内设计的进位链进行了测试,时间测量精确度为130ps。最后,通过一系列实验对脉冲式激光测距系统进行了测试,实验结果表明,该系统可以实现对所测距离数据的采集、显示、分析及保存等功能,在1m至10m的测量范围内,所有测试点中最大相对误差为0.008,因此本系统可以较好地应用于短距离的测量。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN249;TN791
【图文】：

第三章系统硬件设计布局的不合理而对信号造成的干扰。在布局的时候，将各元器件紧凑排列，以使连短，在减少干扰的同时也减少 PCB 板面积，并增加了设计的美观性且降低了制作。电源和地所连接的滤波电容要放置在其附近，以确保系统能够稳定工作。电源转路在布局时，为保证芯片的良好散热，要将其和其它电路的放置隔开一段距离，因源转换芯片发热量较大。由于部分实际的元器件包装略大，需要对其的布局加以考在保证各器件紧密的同时也要考虑实际焊接时能否将器件安装进去。在完成总体布连线之后，进行了 DRC 检查，以确保设计的完全正确。所设计的 PCB 版图尺寸大 5cm×8cm，所设计的 PCB 版图如图 3.12 所示。图 3.13 是根据 PCB 版图所制作而 PCB 电路板实物。

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系统PCB板实物图

【参考文献】