相位式激光測距儀全套方案

描述：

相位式激光測距儀與脈沖式激光測距儀功能是一樣的，都是為了測距，但是應(yīng)用的原理卻不一樣。相位法原理：從物體反射的輻射被光電探測器接收，其相位與來自激光的參考信號的相位進行比較。波傳播中存在延遲會產(chǎn)生相移，由測距儀測量。
距離由以下公式確定：

其中c是光速，f是激光的調(diào)制頻率，phi是相移。
這個公式只有在到物體的距離小于調(diào)制信號波長的一半時才有效，這等于c/2f.

如果調(diào)制頻率為10MHz，那么測得的距離可以達到15米，當(dāng)距離從0到15米變化時，相位差將從0到360度變化。在這種情況下，將相移改變1度對應(yīng)于物體的運動約4厘米，

當(dāng)超過該距離時，會產(chǎn)生模糊性 - 無法確定測量距離中適合多少波周期。為了解決歧義，切換激光器的調(diào)制頻率，然后求解所得方程組。

最簡單的情況是使用兩個頻率，在低頻下大致確定到物體的距離（但最大距離仍然有限），在高頻率下確定距離以期望的精度-與測量相移的精度相同，當(dāng)使用高頻時，測量距離的精度會明顯更高。

由于有相對簡單的方法可以高精度地測量相移，因此在這種測距儀中測量距離的精度可以達到0.5 mm.這是測距儀中使用的相位原理，需要高精度的測量儀 - 大地測量儀，激光卷尺測量儀，安裝在機器人上的掃描測距儀。然而，該方法有缺點 - 持續(xù)工作的激光器的輻射功率明顯小于脈沖激光器的輻射功率，這不允許使用相位測距儀來測量長距離。此外，以所需精度測量相位可能需要一些時間，這限制了設(shè)備的速度。激光測距儀（Laser rangefinder）是利用激光的飛行時間（ToF）實現(xiàn)對目標(biāo)距離測量的儀器，可以滿足日常生活和工業(yè)自動化等基本測量要求，例如距離測量、面積測量、體積測量、高度追蹤等。

方案：

本套方案包含原理圖+pcb+源代碼+光學(xué)部分資料+元件供應(yīng)商+bom+調(diào)試指南等。激光測量比超聲波測量更加精準(zhǔn)，且較不易受到外界干擾，但需要復(fù)雜且快速的計算，因此需搭配32位Arm Cortex-M0+核心的STM32F030C8T6 MCU。

圖1. 激光測距原理框圖

方案采用相位法，測量激光往返所産生的相位延遲，再根據(jù)調(diào)制光的波長，換算此相位延遲所代表的距離，即用間接方法測定出光往返測線所需的時間，理論測量精度可達到mm量級。

本方案采用3.3V電源供電，精度+-1.5mm，量程0.2m~60m，帶TTL/RS485接口。

硬件設(shè)計

激光測距儀由主控板、激光接收板和光學(xué)部分組成，主控板MCU爲(wèi)STM32F030C8T6，負責(zé)控制激光發(fā)射與接收，并計算出測距儀與物體之間的距離，激光接收板主要負責(zé)激光回波信號的接收與放大，將放大后的信號送回主控MCU。本激光測距儀采用相位測量法，因此使用兩顆激光發(fā)射頭(內(nèi)、外光路)，并由同一接收頭接收激光的回波信號，通過內(nèi)、外兩路不同的激光信號相位差可推算出測距儀與物體之間的距離，當(dāng)測距儀與物體之間距離較短時，內(nèi)、外光路的相位差值較小，反之若物體較遠時，內(nèi)、外光路的相位差值會增加。相位計算需使用到快速傅里葉變換(FFT算法已集成在軟件工程里面)，并使用多個不同頻率對同一距離的待測物進行測量，才可取得準(zhǔn)確的距離。

圖2發(fā)射板原理圖

圖3發(fā)射板PCB正面

圖4發(fā)射板PCB反面

圖5發(fā)射板3D效果圖正面

圖6發(fā)射板3D效果圖反面

圖7接收板原理圖

圖8接收板PCB

圖9光學(xué)結(jié)構(gòu)架子

審核編輯 黃昊宇