專利名稱：多計數器并行計數脈沖激光測距方法及應用該方法的手持式脈沖激光測距儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及手持式脈沖激光測距技術及應用該技術的手持式脈沖激光測距儀領域，具體來說是一種多計數器并行計數脈沖激光測距方法及應用該方法的手持式脈沖激光測距儀。
背景技術：
附圖I所示為傳統手持式脈沖激光測距儀電路結構原理框圖。它的測距方法及結構如下開始測距時，由測距控制器I’ (俗稱MCU)通過激光管驅動電路2’發出測距脈沖，該激光管驅動電路2’發射出激光脈沖的同時還啟動高速計數器5’開始計數，此高速計數器5’的時鐘信號輸入端與一振蕩器9’連接，當發射出的激光脈沖照射到被測目標后，被反射回來進入光電接收電路3 ’，經過放大器8 ’放大后，在一個電壓比較器4 ’中與測距控制器 設定的門限電壓進行比較，當回波信號強度高于門限電壓時，比較器輸出高電平，形成回波脈沖，該脈沖使高速計數器停止計數，計數器的計數值即為激光飛行時間，由此計算出被測目標的距離。從中可以看出，如果門限電壓選擇過低，在回波信號返回之前，高于門限電壓的噪聲信號就會通過電壓比較器形成假的回波信號，造成測距結果的錯誤。而當提高門限電壓，使得噪聲信號低于門限電壓從而壓制噪聲，但是過高的門限電壓會使得較弱的回波信號無法通過。在相同條件下(包括環境、光學系統、接收放大系統等)，隨著距離的增加接收系統接收到的信號也會隨之降低，到達一定距離以后，測距儀就無法進行測距了，這就大大限制了測距儀的測程。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種可降低回波信號的門限電壓進而增大測量距離、測距準確的多計數器并行計數脈沖激光測距方法及應用該方法的手持式脈沖激光測距儀。本發明的發明目的是這樣實現的本發明提供了一種多計數器并行計數脈沖激光測距方法，其特征在于該方法包括以下步驟(a)、測距控制器發射第一個測距脈沖，同時啟動由測距控制器連接控制的若干個高速計數器，高速計數器開始計數并用以記錄發出測距脈沖到測距控制器收到回波信號的持續時間；(b)、將測距接收到的回波信號與電壓比較器設定的門限電壓進行比較，若回波信號中的脈沖信號高于電壓比較器的門限電壓，則每一高于門電壓的脈沖信號驅使電壓比較器輸出相應的一個電平信號；(C)、由回波信號中的脈沖信號驅使電壓比較器輸出的電平信號輸入到回波計數器，以記錄電壓比較器輸出電平信號的數量；
(d)、由回波計數器輸出相應的電信號，回波計數器輸出相應的電信號先由譯碼器進行譯碼，然后再由譯碼器輸出信號先后各自驅使步驟(a)的任意一個高速計數器停止計數；(e)、直至沒有回波信號的脈沖輸入或者直至全部計數器都被驅使停止計數，測距控制器則根據回波計數器的計數值讀取高速計數器的計數值并存入到緩沖區中；
(f)、測距控制器重復發射若干個測距脈沖，每一個測距脈沖發射的同時將若干個高速計數器清零，每一個測距脈沖均重復上述步驟(b)、(C)、(d)及(e)；
(g)、測距控制器完成若干個測距脈沖的發射與接收工作后，根據緩沖區獲得的一系列計數值，通過數學統計方法提出被測目標距離的計數值，進而根據測距脈沖的傳播速度計算得出被測目標的距離值。上述的多計數器并行計數脈沖激光測距方法，其作為技術方案的進一步改善，所述步驟(b)中測距接收到的回波信號先由信號放大器進行信號放大再輸送到電壓比較器，使得回波信號得以放大，便于后續程序對該信號的進一步分析使用。同時，本發明還提供一種應用上述多計數器并行計數脈沖激光測距方法的手持式脈沖激光測距儀，它包括測距控制器、測距脈沖發射裝置及回波信號接收裝置，回波信號接收裝置的輸出端與電壓比較器的輸入端電連接，電壓比較器的電壓比較端與設置在測距控制器的門限電壓設定端電連接，其特征在于它還包括有若干個高速計數器、回波計數器及譯碼器，若干個高速計數器的啟動端均與測距控制器電連接，電壓比較器的輸出端與回波計數器的輸入端電連接，回波計數器的輸出端均同時與若干個高速計數器、測距控制器的數據收集端及譯碼器的數據輸入端電連接，譯碼器的數據輸出端均與若干個高速計數器的停止信號輸入端電連接。上述的應用多計數器并行計數脈沖激光測距方法的手持式脈沖激光測距儀，其作為技術方案的進一步改善，所述回波信號接收裝置的輸出端與電壓比較器的輸入端之間設有信號放大器，使得回波信號得以放大，便于后續程序對該信號的進一步分析使用。上述應用多計數器并行計數脈沖激光測距方法的手持式脈沖激光測距儀，所述若干個高速計數器的時鐘信號輸入端均與一振蕩器電連接，這對于上述技術方案所使用的高速計數器不具有自身計時功能的情況下，使它們的時鐘信號輸入端與振蕩器連接，使得它們均外帶上計時功能。在所述應用多計數器并行計數脈沖激光測距方法的手持式脈沖激光測距儀的具體結構中，所述測距脈沖發射裝置為激光管驅動電路。同時，在所述應用多計數器并行計數脈沖激光測距方法的手持式脈沖激光測距儀的具體結構中，所述回波信號接收裝置為光電接收管。本發明所述與現有技術中的脈沖激光測距方法相比，它具有以下優點本測距方法通過設置若干個高速計數器，因回波信號即包含有測距目標反射脈沖和眾多的干擾脈沖，這些脈沖經過電壓比較器而分別驅使高速計數器停止計數，而本方法還在經過反復發射若干個測距脈沖，然后把高速計數器所得的計算數值經過數學統計分析，即可計算得到所測目標的距離。該方法的原理是因測距目標的距離恒定，故測距目標反射脈沖的計數值是恒定的，但由于干擾脈沖是隨機出現的，所以每個干擾脈沖對應的高速計數器的計數值不完全相同，故此，通過數學統計分析，就可得出目標回波脈沖的準確計數值，由此即可計算得出測距數值。該方法可以有效剔除干擾脈沖，降低回波信號的門限電壓，進而降低回波信號的強度需求，即可增大測量距離，提高測距的準確度。同時，本發明提出的應用多計數器并行計數脈沖激光測距方法的手持式脈沖激光測距儀，它的優點在于由于該手持式脈沖激光測距儀是基于本發明提供的上述激光測距方法而制得，它通過設置若干個高速計數器、回波計數器及譯碼器，使得經過多次發射測距脈沖后，然后把高速計數器所得的計算數值經過數學統計分析，基于測距目標的距離恒定，而干擾脈沖是隨機出現的，故測距目標反射脈沖的計數值是恒定的，干擾脈沖對應的高速計數器的計數值不完全相同，故此，通過數學統計分析，就可得出目標回波脈沖的準確計數值，由此即可計算得出測距數值。該測距儀可以有效剔除干擾脈沖，降低回波信號的門限電壓，進而降低回波信號的強度需求，即可增大測量距離，提高測距的準確度。并且隨著現在電子技術的發 展，也為本專利的測距范圍增大及產品推廣應用提供了極大的便利之處。
附圖I為傳統手持式脈沖激光測距儀電路結構原理框圖。附圖2為本發明所述多計數器并行計數脈沖激光測距方法的手持式脈沖激光測距儀的結構原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步的描述。本發明提供了一種多計數器并行計數脈沖激光測距方法，它的原理圖可以參考圖2所示，該方法包括以下步驟(a)、測距控制器(俗稱MCU)發射第一個測距脈沖，同時啟動由測距控制器連接控制的若干個高速計數器，高速計數器開始計數并用以記錄發出測距脈沖到測距控制器收到回波信號的持續時間，期間，該測距控制器已是現有手持式脈沖激光測距儀所普遍使用的，它可以使用傳統的控制MCU。(b)、將測距接收到的回波信號與電壓比較器設定的門限電壓進行比較，該門限電壓的設定可以通過測距控制器來設定，此時，若回波信號中的脈沖信號高于電壓比較器的門限電壓，則每一高于門電壓的脈沖信號驅使電壓比較器輸出相應的一個電平信號，一般為高電平；若回波信號中的脈沖信號低于門限電壓，則電壓比較器不會輸出高電平。(C)、由回波信號中的脈沖信號驅使電壓比較器輸出的電平信號輸入到回波計數器，以記錄電壓比較器輸出電平信號的數量，期間，一般來說是一個高于門限電壓的脈沖信號則驅動回波計數器的數值進行一次遞變；(d)、由回波計數器輸出相應的電信號，回波計數器輸出相應的電信號先由譯碼器進行譯碼，然后再由譯碼器輸出信號先后各自驅使步驟(a)的任意一個高速計數器停止計數；(e)、直至沒有回波信號的脈沖輸入或者直至全部計數器都被驅使停止計數，測距控制器則根據回波計數器的計數值讀取高速計數器的計數值并存入到緩沖區中；(f)、測距控制器重復發射若干個測距脈沖，每一個測距脈沖發射的同時將若干個高速計數器清零，每一個測距脈沖均重復上述步驟(b)、(C)、(d)及(e)；(g)、測距控制器完成若干個測距脈沖的發射與接收工作后，根據緩沖區獲得的一系列計數值，通過數學統計方法提出被測目標距離的計數值，進而根據測距脈沖的傳播速度計算得出被測目標的距離值。作為上述方法的另一種衍生，對于上述的步驟(e)，其每一個測距脈沖完成接收后，測距控制器所得若干個高速計數器的技術值，可以根據脈沖的傳播速和高速計數器計數值的計算得出若干個測距值，然后在步驟(g)中將這些計算出來的測距值通過數學統計方法的分析，同樣也可得到被測目標的距離值。上述的多計數器并行計數脈沖激光測距方法，其作為技術方案的進一步改善，所述步驟(b)中測距接收到的回波信號先由信號放大器進行信號放大再輸送到電壓比較器，使得回波信號得以放大，便于后續程序對該信號的進一步分析使用。該方法的原理是因測距目標的距離恒定，故測距目標反射脈沖的計數值是恒定 的，但由于干擾脈沖是隨機出現的，所以每個干擾脈沖對應的高速計數器的計數值不完全相同，故此，通過數學統計分析，就可得出目標回波脈沖的準確計數值，由此即可計算得出測距數值。該方法可以有效剔除干擾脈沖，降低回波信號的門限電壓，進而降低回波信號的強度需求，即可增大測量距離，提高測距的準確度。同時，請參見圖2，本發明還提供一種應用上述多計數器并行計數脈沖激光測距方法的手持式脈沖激光測距儀，它包括測距控制器I (俗稱MCU)、測距脈沖發射裝置2及回波信號接收裝置3，回波信號接收裝置3的輸出端與電壓比較器4的輸入端電連接，電壓比較器4的電壓比較端與設置在測距控制器I的門限電壓設定端11電連接，本發明所述的測距儀，它還包括有若干個高速計數器5、回波計數器6及譯碼器7，若干個高速計數器5的啟動端51均與測距控制器I電連接，電壓比較器4的輸出端與回波計數器6的輸入端電連接，該電壓比較器4的輸出端具體是與回波計數器6的時鐘信號輸入端電連接；回波計數器6的輸出端均同時與若干個高速計數器5、測距控制器I的數據收集端及譯碼器7的數據輸入端電連接，譯碼器7的數據輸出端均與若干個高速計數器5的停止信號輸入端52電連接，在附圖I中，譯碼器7的標記為YO的數據輸出端連接到第一個高速計數器5的標記為YO的停止信號輸入端52，如此類推，譯碼器7的標記為Yn的數據輸出端連接到第一個高速計數器5的標記為Yn的停止信號輸入端52。在實際產品中，所有的高速計數器5、譯碼器7及回波計數器6均由一片FPGA芯片來完成，而隨著現在電子技術的發展，上千門規模的FPGA的價格也已經非常低廉，這也為本專利的實現及推廣應用提供了可能。上述的應用多計數器并行計數脈沖激光測距方法的手持式脈沖激光測距儀，其作為技術方案的進一步改善，所述回波信號接收裝置3的輸出端與電壓比較器4的輸入端之間設有信號放大器8，使得回波信號得以放大，便于后續程序對該信號的進一步分析使用。而所述若干個高速計數器5的時鐘信號輸入端均與一振蕩器9電連接,這對于上述技術方案所使用的高速計數器5不具有自身計時功能的情況下，使它們的時鐘信號輸入端與振蕩器9連接，使得它們均外帶上計時功能。在所述應用多計數器并行計數脈沖激光測距方法的手持式脈沖激光測距儀的具體結構中，所述測距脈沖發射裝置2為激光管驅動電路，所述回波信號接收裝置3為光電接收管。該手持式脈沖激光測距儀是基于本發明提供的上述激光測距方法而制得，它在測距時，測距控制器I發出的第一個測距脈沖信號同時啟動所有的高速計數器5開始計數。當回波信號接收裝置3接收到回波信號后，該回波信號包含有測距目標反射脈沖和眾多的干擾脈沖，這些脈沖通過信號放大器8放大后進入電壓比較器4，電壓比較器4輸出的電先送入回波計數器6進行計數，再由譯碼器7譯碼后來控制其中的一個高速計數器5停止計數。當第一個脈沖來的時候，第一個高速計數器5停止計數，第二個脈沖來的時候第二個計數器停止計數，以此類推。測距結束后測距控制器I根據回波計數器6的計數值來讀取相應的高速計數器5計數值并保存在緩沖區中，如此連續發射多個測距脈沖就可以獲得一系列的計數值，期間，每次發送測距脈沖是前都得將高速計數器5重新清零并啟動所有的高速計數器5。本發明所述的應用多計數器并行計數脈沖激光測距方法的手持式脈沖激光測距儀，它基于測距目標的距離恒定，而干擾脈沖是隨機出現的，故測距目標反射脈沖的計數值 是恒定的，干擾脈沖對應的高速計數器5的計數值不完全相同，故此，通過數學統計分析，就可得出目標回波脈沖的準確計數值，由此即可計算得出測距數值。該測距儀可以有效剔除干擾脈沖，降低回波信號的門限電壓，進而降低回波信號的強度需求，即可增大測量距離，提高測距的準確度。并且隨著現在電子技術的發展，也為本專利的測距范圍增大及產品推廣應用提供了極大的便利之處。
權利要求
1.一種多計數器并行計數脈沖激光測距方法，其特征在于該方法包括以下步驟 (a)、測距控制器發射第一個測距脈沖，同時啟動由測距控制器連接控制的若干個高速計數器，高速計數器開始計數并用以記錄發出測距脈沖到測距控制器收到回波信號的持續時間； (b)、將測距接收到的回波信號與電壓比較器設定的門限電壓進行比較，若回波信號中的脈沖信號高于電壓比較器的門限電壓，則每一高于門限電壓的脈沖信號會驅使電壓比較器輸出相應的一個電平信號； (C)、由回波信號中的脈沖信號驅使電壓比較器輸出的電平信號輸入到回波計數器，以記錄電壓比較器輸出電平信號的數量； (d)、由回波計數器輸出相應的電信號，回波計數器輸出相應的電信號先由譯碼器進行譯碼，然后再由譯碼器輸出信號先后各自驅使步驟(a)的任意一個高速計數器停止計數； (e)、直至沒有回波信號的脈沖輸入或者直至全部計數器都被驅使停止計數，測距控制器則根據回波計數器的計數值讀取高速計數器的計數值并存入到緩沖區中； (f)、測距控制器重復發射若干個測距脈沖，每一個測距脈沖發射的同時將若干個高速計數器清零，每一個測距脈沖均重復上述步驟(b)、(C)、(d)及(e)； (g)、測距控制器完成若干個測距脈沖的發射與接收工作后，根據緩沖區獲得的一系列計數值，通過數學統計方法提出被測目標距離的計數值，進而根據測距脈沖的傳播速度計算得出被測目標的距離值。
2.根據權利要求I所述的多計數器并行計數脈沖激光測距方法，其特征在于所述步驟(b)中測距接收到的回波信號先由信號放大器進行信號放大再輸送到電壓比較器。
3.一種應用權利要求I所述多計數器并行計數脈沖激光測距方法的手持式脈沖激光測距儀，它包括測距控制器(I)、測距脈沖發射裝置⑵及回波信號接收裝置(3)，回波信號接收裝置⑶的輸出端與電壓比較器⑷的輸入端電連接，電壓比較器⑷的電壓比較端與設置在測距控制器(I)的門限電壓設定端(11)電連接，其特征在于它還包括有若干個高速計數器(5)、回波計數器(6)及譯碼器(7)，若干個高速計數器(5)的啟動端(51)均與測距控制器(I)電連接，電壓比較器(4)的輸出端與回波計數器(6)的輸入端電連接，回波計數器(6)的輸出端均同時與若干個高速計數器(5)、測距控制器(I)的數據收集端及譯碼器(7)的數據輸入端電連接，譯碼器(7)的數據輸出端均與若干個高速計數器(5)的停止信號輸入端(52)電連接。
4.根據權利要求3所述應用多計數器并行計數脈沖激光測距方法的手持式脈沖激光測距儀，其特征在于所述回波信號接收裝置⑶的輸出端與電壓比較器⑷的輸入端之間設有信號放大器(8)。
5.根據權利要求3所述應用多計數器并行計數脈沖激光測距方法的手持式脈沖激光測距儀，其特征在于所述若干個高速計數器(5)的時鐘信號輸入端均與一振蕩器(9)電連接。
6.根據權利要求3所述應用多計數器并行計數脈沖激光測距方法的手持式脈沖激光測距儀，其特征在于所述測距脈沖發射裝置(2)為激光管驅動電路。
7.根據權利要求3所述應用多計數器并行計數脈沖激光測距方法的手持式脈沖激光測距儀，其特征在于所述回波信號接收裝置(3)為光電接收管。
全文摘要
本發明公開了一種多計數器并行計數脈沖激光測距方法，因測距目標距離恒定，故其反射脈沖的計數值是恒定的，但干擾脈沖是隨機的，故每個干擾脈沖對應的計數值不完全相同，多次測量后通過數學統計分析，就可得出被測目標的準確數值。該方法可以有效剔除干擾脈沖，降低回波信號的門限電壓，進而降低回波信號的強度需求，增大測量距離，提高測距的準確度。本發明同時也公開了一種應用多計數器并行計數脈沖激光測距方法的手持式脈沖激光測距儀，它基于上述的測距方法制得，只需對被測目標進行多次發射脈沖測距，隨后通過數學統計分析即可得出被測目標的準確數值，該測距儀可降低回波信號的門限電壓，可增大測量距離，提高測距的準確度。
文檔編號G01S17/08GK102798865SQ20111014079
公開日2012年11月28日 申請日期2011年5月26日 優先權日2011年5月26日
發明者付陸欣, 李春富 申請人:付陸欣, 李春富