摘要：本文介紹一種基于 ARM9 的激光測距系統(tǒng)的硬件原理設(shè)計和軟件設(shè)計方案。以 ARM9 處理器為控制核心，采用相位法激光測距技術(shù)，首先用正弦信號調(diào)制半導(dǎo)體激光器的發(fā)射激光，然后將被測物反射的激光用光電探測器轉(zhuǎn)換為電信號，采用相位測量技術(shù)測量出發(fā)射信號與接收信號的相位差，從而計算出與被測物的距離。最后使用實(shí)時操作系統(tǒng)μC/OS-II 作為系統(tǒng)控制核心，以確保測量精度。

0 引言

激光測距系統(tǒng)的最基本原理就是測量激光脈沖在空間傳播的時間間隔，從而獲得被測量的距離。針對相位法激光測距的基本原理與實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行研究，本文結(jié)合了嵌入式、差頻測相等相關(guān)技術(shù)和實(shí)時操作系統(tǒng)μC/OS-II 的優(yōu)點(diǎn)，硬件結(jié)構(gòu)合理，軟件實(shí)現(xiàn)方法靈活，滿足了網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時高速信息提取和傳輸?shù)囊蟆?/P>

避免了傳統(tǒng)測距系統(tǒng)中存在著勞動強(qiáng)度大、數(shù)據(jù)采集慢、數(shù)據(jù)處理時間長、計算準(zhǔn)確度低及數(shù)據(jù)不能直接輸出到其它系統(tǒng)等問題。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相對簡單，具有測量精度高、穩(wěn)定度好、速度快等優(yōu)點(diǎn)。在生產(chǎn)廠礦、科研學(xué)校、計量院所等有著很大的應(yīng)用空間，具有有很高的實(shí)用價值。

1 系統(tǒng)的基本原理

1.1 相位式激光測距原理

對于連續(xù)波的激光測距一般采用相位式測距，主要是指用連續(xù)調(diào)制的激光波光束照射待測物體，從測量光束往返中產(chǎn)生的相位變化關(guān)系換算出激光傳感器與待測目標(biāo)物體間的距離D.

公式（1） 為相位式測距公式，其中C 為光波在空氣中的傳播速率，φ為調(diào)試的激光信號經(jīng)過反射后而產(chǎn)生的相位差，f 為信號的調(diào)制頻率。它可得到優(yōu)于脈沖式飛行時間測量法的測距精度，但是測距速度慢，結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，對于高速運(yùn)動物體存在多普勒效應(yīng)。

圖 1 為相位式激光測距原理圖，其中Δφ為信號往返時相位延遲不足2π 的部分，其中φ= 2Nπ + Δφ，N 為激光往返所包含的波長的個數(shù)。于是，在給定調(diào)制頻率的情況下，距離的測量就變成了對激光往返一次所包含整數(shù)個波長數(shù)量的測量和不足于一個波長的相位的測量。隨著現(xiàn)代無線電測相技術(shù)的發(fā)展，相位測量可達(dá)很高的精度，所以相位式激光測距也能達(dá)到很高的精度。

1.2 差頻測相原理

所謂差頻法測相的原理就是指通過主振頻率與本振頻率的乘法混頻，得到兩個新的頻率的信號分量的疊加，經(jīng)過低通濾波器后，變成了中低頻信號，由于差頻信號仍保持著原高頻信號相應(yīng)的相位關(guān)系，測量中低頻信號的相位就相當(dāng)于測量主振信號經(jīng)往返距離后的相位延遲。這樣可以降低電路復(fù)雜度，提高了測距精度。