自觸發脈沖激光測距飛行時間測量研究

如圖所示，CPLD完成飛行時間計數測量的功能，單片機讀取計數結果并進行數據處理，最終的結果顯示在液晶顯示屏上。CPLD內的電路主要由兩個計數器組成，Counter1為9bit的計數器，對自觸發脈沖激光測距的周期信號ST進行計數，得到首尾相接的N個測距周期對應的起止時刻，對應的時間間隔TN=NT0，系統中可以自己設定N的值。Counter2為16bit計數器，對N個測量周期的時間間隔NT0進行計數測量，輸出計數結果Nm。采用50 MHz晶振通過鎖相環6倍頻獲得300MHz的時鐘頻率，作為時間測量計數的基準時鐘頻率。單片機讀入計數結果，進行數據處理后將最后的結果顯示出來。單片機采用Cygnal公司的C8051F系列，與8051的指令集兼容，單數據處理速度更快，有利于脈沖激光測距儀的高速度應用。
如圖3所示，假設時間測量的計數基準時鐘周期為Tm，則：

其中fm=1／Tm為飛行時間測量計數基準時鐘頻率。
任意取N=256，fm=300 MHz代入，忽略電路延時τ，可以計算得到Dmax=64 M，δD=0．98 mm。即該設計通過運用CPLD可以得到的飛行時間測量系統的理論計算值可達到最大量程64M，測量精度0．98mm。

3 結論
自觸發脈沖激光測距是一種新型的脈沖激光測距方法。該方法克服了傳統脈沖激光測距測量精度和測量速度之間的矛盾，容易獲得高精度的測距結果。文中講述自觸發脈沖激光測距原理及其光電脈沖的時序邏輯，設計實現了基于CPLD的自觸發脈沖激光測距飛行時間測量系統。理論計算表明利用CPLD設計自觸發脈沖激光測距飛行時間測量電路是一種很好的方案。它可以使計數時鐘工作在較高的頻率，并且結構簡單，可靠性高，體積小，功耗低，成本低廉。在測量距離64 M的范圍內可以達到0．98 mm的測量精度，遠高于傳統的激光測距，尤其適合便攜式，高精度激光測距應用。