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摘 要

由于测量技术的不断发展，激光测距技术在测量技术的领域里起到很大作用，在科研领域里对激光测距的测量精度要求越来越高。一般情况下，具有较高的测量精度的激光测距系统都比较复杂，而且其价格昂贵，体积比较大，测量的稳定性比较差。为了改善这种问题，本设计在保证一定测量量程及测量精度的情况下，设计了一个系统结构比较简单的脉冲激光测距系统。

本设计简单介绍了脉冲法与相位法的基本原理，并且对激光测距的两种方法进行了比较,最终选取了脉冲法。本设计对脉冲法进行了深入分析和研究，叙述了脉冲激光测距系统工作的基本原理和特征。对发射和接收部分进行详细的介绍与分析，给出了相关的电路原理图。通过对原理图的不断修改，使设计的电路图原理更加清晰，结构更加合理，性能更加稳定。

关键词：激光测距；脉冲；相位；硬件设计

Design of Laser Ranging System

Abstract

Due to the continuous development of measurement technology, laser ranging technology has played a great role in the field of measurement technology, but in the field of research on the measurement accuracy of laser ranging. Generally, the laser ranging system with high measurement precision is more complex, and its price is very expensive. In order to improve this kind of problem, the design of a pulse laser ranging system with a simple structure is designed to ensure the measurement range and measurement accuracy.

This paper briefly introduces the basic principle of pulse method and phase method, and compares the two methods of laser distance measurement. This design has carried on the thorough analysis and the research to the pulse method, described the basic principle and the characteristic of the pulse laser ranging system work. Detailed introduction and analysis of the emission and receiving parts, gives the relevant circuit diagram. Through the continuous modification of the principle diagram, the circuit diagram of the design is more clear, the structure is more reasonable, the performance is more stable.

Keywords: Laser Ranging Finder; Pulse; Phase; Hardware Design

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1 激光测距的背景 1

1.2 激光测距概述 1

1.3 激光测距的发展 1

1.4 激光测距的优势 1

1.5 课题研究背景及研究内容 2

第二章 理论分析和系统设计 3

2.1 激光测距的原理 3

2.1.1 脉冲法测距 3

2.1.2 相位法测距 3

2.2 两种方法的优缺点及其实用性比较 4

2.2.1 测量精度 4

2.2.2 测量距离 4

2.2.3 实用性 4

2.3 脉冲式激光测距系统设计 5

第三章 激光发射与接收电路设计 6

3.1 激光发射电路设计 6

3.1.1 半导体激光二极管的选型 6

3.1.2 半导体激光二极管的驱动部分 6

3.2 激光接收电路设计 7

3.2.1 光电检测传感器的比较选择 7

3.2.2 雪崩光电二极管APD 7

3.2.3 雪崩光电二极管APD的反向偏压 8

3.2.4 高压发生电路设计 8

3.2.5 放大电路设计 9

第四章 计时及显示电路设计 10

4.1 计时设计 10

4.1.1 计时原理 10

4.1.2 模拟内插法 10

4.1.3 利用单片机和CPLD实现模拟内插 11

4.2 显示部分 11

4.2.1 LCD显示器 11

4.2.2 LCD显示电路 12

4.3 系统控制部分设计 12

第五章 调试与总结 14

5.1 系统调试 14

5.2 误差分析 15

5.3 总结展望 15

致 谢 16

参考文献 17

附 录 18

第一章 引 言

1.1 激光测距的背景

测量技术已经发展了很长一段时间了，接触式测量是最古老的测量技术，可是它有很大的条件限制，由于这个原因，非接触式测量技术慢慢的发展起来了。其中电磁波测距技术是测量学历史上的一个里程碑，一直发展到今天。

电磁波测距可以用其测量时的载波来进行分类，最常见的就是采用无线电波的微波测距仪，还有一种是采用激光、红外光的光电测距仪。激光技术起始于1960年，它的出现，说明人们对光的使用和掌握到达了一个高的层次。

当人们对激光技术有了更为深入理解，然后就渐渐的应用到测量上来了。激光测距技术是最早产生而且比较成熟的一种技术。激光测距仪是利用激光优秀的准直性、单色性和相干性以及很小的发散角来测量距离的一种仪器。由于激光本身良好的性质，使激光测距仪独树一帜。

1.2 激光测距概述

激光测距是用激光器发出的激光来进行测距的。激光器根据激光输的出工作方式分为连续激光器和脉冲激光器。由于激光的相干性好、准直性好等特点，加上很多复杂电路集成为芯片，让激光测距的距离、精度、稳定性都远超其它测距仪，甚至可以测量地球与月球的距离。

激光测距仪是一种使用激光的发射与接收来确定距离的仪器。激光测距仪工作时激光器向被测目标射出一束激光，由光电检测元件接收到被测目标反射的激光，然后测出激光从发射到接收的时间，从而计算出从激光发射点到被测物体的距离。^[1]激光测距仪，已被广泛使用于人造卫星、航天航海、工程建设、交通监测等领域，有较大的市场和应用前景。^[2]

1.3 激光测距的发展

第一台激光测距仪产生于20世纪60年代初期的美国修思公司。激光测距仪的大批生产和应用阶段是在20世纪70年代末到80年代末。^[3]

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