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1、本科毕业设计（论文）基于脉冲激光的测距系统设计 2015年 6月 本科毕业设计（论文）基于脉冲激光的测距系统设计学 院： 电气工程学院 专 业： 测控技术与仪器 学生 姓名： 学 号： 指导 教师： 答辩 日期： 2015年6月26日 III燕山大学毕业设计(论文)任务书学院：电气工程学院 系级教学单位：仪器科学与工程系学号1101 学生姓名 专 业班 级精仪11-2题目题目名称基于脉冲激光的测距系统设计题目性质1.理工类：工程设计 （）；工程技术实验研究型（）；理论研究型（ ）；计算机软件型（ ）；综合型（ ）。2.文管类（ ）；3.外语类（ ）；4.艺术类（ ）。题目类型1.毕业设计（）
2、2.论文（ ）题目来源科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（） 主要内容1. 掌握脉冲激光法测距的基本原理，了解影响测量性能的因素；2. 以二极管激光器作为激光发射源，设计激光测距系统，主要包括脉冲激光发射电路、激光接收电路，并用仿真软件进行模拟分析。基本要求1. 完成激光测距系统的总体方案设计；2. 完成关键部件的选型与设计；3. 通过仿真软件对所设计系统进行模拟、调试；4. 按照燕山大学电气学院本科生学位论文撰写规范完成毕业设计说明书（论文）的编写。参考资料1. 刘锋，脉冲半导体激光测距机的研制及应用J，红外与激光工程，20032. 周炳琨，激光原理M，国防工业出版社，20013. 朱林
3、泉，现代激光工程应用技术M，国防工业出版社，2008周 次14周58周912周1316周17周应完成的内容熟悉任务，查阅相关资料，完成设计方案和技术分析。关键部件的选型、设计、分析和计算。完成算法与硬件电路设计，对系统进行仿真调试。整理数据，完成论文。制作PPT，准备答辩。指导教师： 徐伟职称：讲师 2014 年 12月 30日系级教学单位审批： 年 月 日摘要摘要激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性等优点，所以，利用激光传感器技术和自动控制技术相结合的测距方案中，激光测距是目前应用最普遍的一种，本课题介绍了激光传感器的原理和特性，以及Atmel公司的AT87C51单片机的性能和特点，
4、并在分析了激光测距的原理基础上，指出了设计测距系统的思路和所需考虑的问题，给出了以AT87C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示激光测距的硬件电路和软件设计方法，该系统设计合理，工作稳定，能量良好，检测速度快，计算简单，易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业应用的要求。并且应用TDC-GP21时间测量原理，设计了基于TDC-GP21的时间间隔测量单元。关键词激光；测距；单片机；TDC-GP2I第1章 绪论 AbstractLaserpossesseshighbrightness,highdirectional,highmonochromaticandhighcoherenc
5、e and so forth,therefore, combining the laser sensor technology and automatic control technology in the distance measurement,laser ranging is one of the most popular applications. The principle and characteristics of laser sensor are introduced in this paper, and the performance and characteristics
6、of AT87C51 single chip microcomputer.And on the basis of analyzing the principle of laser ranging, the idea and the problem of the design of ranging system are pointed out.The hardware circuit and software design method of low cost, high precision and micro digital display of the core of AT87C51 mic
7、rocontroller are given,the system is reasonable, stable, and energy is good, the detection speed is fast, and the calculation is simple. And the system is easy to do real-time control, and the measurement accuracy can meet the requirements of industrial applications.And the time interval measurement
8、 unit based on TDC-GP21 is designed by using TDC-GP21 time measurement principle.Keywords:laser; ranging; microcontroller; TDC-GP2IX目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 国内外研究现状21.2.1 国外方面21.2.2 国内方面31.3 研究意义41.4 本论文研究的内容4第2章 脉冲激光测距的基础52.1 脉冲激光测距的原理52.2 脉冲激光测距的性能方程72.3 脉冲激光测距仪的信噪比方程102.3.1 脉冲激光探测器的光探测
9、原理102.3.2 信噪比方程102.4 脉冲激光测距仪的测距性能指标122.4.1 最大测程132.4.2 探测灵敏度132.4.3 距离误差142.5激光脉冲飞行时间法的关键技术152.5.1 时间间隔测量技术152.5.2起止时刻时间鉴别技术162.5.3回波信号探测技术172.6 本章小结19第3章脉冲激光测距系统的设计203.1 脉冲激光测距系统结构203.3 脉冲激光接收电路223.3.1 雪崩光电二极管APD223.3.2 APD驱动电路223.3.3 高压发生电路233.3.4反馈回路243.2.5放大电路243.4 本章小结26第4章 计时及显示部分设计274.1计时部分27
10、4.1.1时刻鉴别电路设计274.1.2 预鉴别恒定比值时刻鉴别电路设计304.1.2 时间间隔测量原理314.1.3基于TDC-GP2高精度时间间隔测量模块设计324.2 距离计算部分334.2.1单片机最小系统344.2.2 计算部分子程序设计364.3计算机控制LED显示部分364.3.1 LED364.3.2 74HC573384.3.3单片机控制的LED显示部分电路设计384.3.4显示部分程序设计394.4系统控制部分设计404.5 本章总结40结论41参考文献43致谢45附录1 程序代码附录2 开题报告 附录3 中期报告III 第1章 绪论1.1 课题背景激光是20世纪以来，继原
11、子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。它的亮度为太阳光的100亿倍。它的原理早在1916年已被著名的美国物理学家爱因斯坦发现，但直到1960年激光才被首次成功制造。激光是在有理论准备和生产实践迫切需要的背景下应运而生的，它一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴产业的出现。当前激光技术的应用远远超出了军事领域，它己渗入到人类活动的各个方面。在科学研究、军事技术、能源开发、工农业生产、信息产业及医疗卫生等方面，激光也正作为新的技术发挥着巨大的作用，融入到我们
12、的日常生活中。诸如文化、娱乐、商业贸易等等。总之，当今激光及其相关技术已经成为一个与人类社会息息相关、不可缺少的庞大产业。相信在新的世纪，激光技术将会给人类的生活带来全新的改变。早在史前文明时期，便出现了关于距离测量的技术，不过，这些测量技术被称为接触测量，一直持续了几千年。由于接触测量具有很大的局限性，非接触测量1技术便应运而生。激光便被应用于距离测量中来，八十年代，远程、中程、近程的激光测距主要采用YAG激光器，但随着半导体激光二极管LD技术的出现和日臻完善，开始应用于中、短程测距和成像雷达之中，它具有体积小、重量轻、结构简单、使用方便、对人眼安全等一系列优点。九十年代国内外开始大力发展L
13、D激光测距雷达和成像雷达，在中、短程激光雷达应用方面逐渐取代YAG激光雷达的趋势。近年来发展了一种便携式、对人眼安全、无合作目标、低价的适用于家庭的LED激光测距仪 2。在民用方面，例如：在钢铁厂和轧钢厂用于过程监控、行车定位系统、装卸处理设备的定位系统、大型工件装配定位等等。激光测距代替了人工测尺，解决了有人为因素带来的精度误差问题，而且测量速度更快，大大提高3了工作效率。 在军事方面，世界各国的军事竞赛促进了各项科技的飞速发展，激光从军方的青睐，目前，世界各国对激光测距的研究越来越多，各种不同型号的激光测距仪得到了广泛的应用。例如：机载脉冲激光测距仪，舰载脉冲激光测距仪以及导弹靶场脉冲激光测距仪等等。脉冲激光测距是由单脉冲激光器向目标发射激光脉冲，然后通过测算被目标反射回来的光脉冲的往返时间，从而计算出目标的距离，这被称为飞行时间法。如今，随着激光技术的深入发展，激光测距开始逐步代替传统的测距方法，将会对测距行业产生深远的影响。1.2 国内外研究现状 1.2.1 国外方面1960年，世界第一台红宝石激光器出现3，随即，美国的休斯飞机制造公司研制出了世
