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专利名称：多计数器并行计数脉冲激光测距方法及应用该方法的手持式脉冲激光测距仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及手持式脉冲激光测距技术及应用该技术的手持式脉冲激光测距仪领域，具体来说是一种多计数器并行计数脉冲激光测距方法及应用该方法的手持式脉冲激光测距仪。
背景技术：
附图I所示为传统手持式脉冲激光测距仪电路结构原理框图。它的测距方法及结构如下开始测距时，由测距控制器I’ (俗称MCU)通过激光管驱动电路2’发出测距脉冲，该激光管驱动电路2’发射出激光脉冲的同时还启动高速计数器5’开始计数，此高速计数器5’的时钟信号输入端与一振荡器9’连接，当发射出的激光脉冲照射到被测目标后，被反射回来进入光电接收电路3 ’，经过放大器8 ’放大后，在一个电压比较器4 ’中与测距控制器 设定的门限电压进行比较，当回波信号强度高于门限电压时，比较器输出高电平，形成回波脉冲，该脉冲使高速计数器停止计数，计数器的计数值即为激光飞行时间，由此计算出被测目标的距离。从中可以看出，如果门限电压选择过低，在回波信号返回之前，高于门限电压的噪声信号就会通过电压比较器形成假的回波信号，造成测距结果的错误。而当提高门限电压，使得噪声信号低于门限电压从而压制噪声，但是过高的门限电压会使得较弱的回波信号无法通过。在相同条件下(包括环境、光学系统、接收放大系统等)，随着距离的增加接收系统接收到的信号也会随之降低，到达一定距离以后，测距仪就无法进行测距了，这就大大限制了测距仪的测程。

发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可降低回波信号的门限电压进而增大测量距离、测距准确的多计数器并行计数脉冲激光测距方法及应用该方法的手持式脉冲激光测距仪。本发明的发明目的是这样实现的本发明提供了一种多计数器并行计数脉冲激光测距方法，其特征在于该方法包括以下步骤(a)、测距控制器发射第一个测距脉冲，同时启动由测距控制器连接控制的若干个高速计数器，高速计数器开始计数并用以记录发出测距脉冲到测距控制器收到回波信号的持续时间；(b)、将测距接收到的回波信号与电压比较器设定的门限电压进行比较，若回波信号中的脉冲信号高于电压比较器的门限电压，则每一高于门电压的脉冲信号驱使电压比较器输出相应的一个电平信号；(C)、由回波信号中的脉冲信号驱使电压比较器输出的电平信号输入到回波计数器，以记录电压比较器输出电平信号的数量；
(d)、由回波计数器输出相应的电信号，回波计数器输出相应的电信号先由译码器进行译码，然后再由译码器输出信号先后各自驱使步骤(a)的任意一个高速计数器停止计数；(e)、直至没有回波信号的脉冲输入或者直至全部计数器都被驱使停止计数，测距控制器则根据回波计数器的计数值读取高速计数器的计数值并存入到缓冲区中；
(f)、测距控制器重复发射若干个测距脉冲，每一个测距脉冲发射的同时将若干个高速计数器清零，每一个测距脉冲均重复上述步骤(b)、(C)、(d)及(e)；
(g)、测距控制器完成若干个测距脉冲的发射与接收工作后，根据缓冲区获得的一系列计数值，通过数学统计方法提出被测目标距离的计数值，进而根据测距脉冲的传播速度计算得出被测目标的距离值。上述的多计数器并行计数脉冲激光测距方法，其作为技术方案的进一步改善，所述步骤(b)中测距接收到的回波信号先由信号放大器进行信号放大再输送到电压比较器，使得回波信号得以放大，便于后续程序对该信号的进一步分析使用。同时，本发明还提供一种应用上述多计数器并行计数脉冲激光测距方法的手持式脉冲激光测距仪，它包括测距控制器、测距脉冲发射装置及回波信号接收装置，回波信号接收装置的输出端与电压比较器的输入端电连接，电压比较器的电压比较端与设置在测距控制器的门限电压设定端电连接，其特征在于它还包括有若干个高速计数器、回波计数器及译码器，若干个高速计数器的启动端均与测距控制器电连接，电压比较器的输出端与回波计数器的输入端电连接，回波计数器的输出端均同时与若干个高速计数器、测距控制器的数据收集端及译码器的数据输入端电连接，译码器的数据输出端均与若干个高速计数器的停止信号输入端电连接。上述的应用多计数器并行计数脉冲激光测距方法的手持式脉冲激光测距仪，其作为技术方案的进一步改善，所述回波信号接收装置的输出端与电压比较器的输入端之间设有信号放大器，使得回波信号得以放大，便于后续程序对该信号的进一步分析使用。上述应用多计数器并行计数脉冲激光测距方法的手持式脉冲激光测距仪，所述若干个高速计数器的时钟信号输入端均与一振荡器电连接，这对于上述技术方案所使用的高速计数器不具有自身计时功能的情况下，使它们的时钟信号输入端与振荡器连接，使得它们均外带上计时功能。在所述应用多计数器并行计数脉冲激光测距方法的手持式脉冲激光测距仪的具体结构中，所述测距脉冲发射装置为激光管驱动电路。同时，在所述应用多计数器并行计数脉冲激光测距方法的手持式脉冲激光测距仪的具体结构中，所述回波信号接收装置为光电接收管。本发明所述与现有技术中的脉冲激光测距方法相比，它具有以下优点本测距方法通过设置若干个高速计数器，因回波信号即包含有测距目标反射脉冲和众多的干扰脉冲，这些脉冲经过电压比较器而分别驱使高速计数器停止计数，而本方法还在经过反复发射若干个测距脉冲，然后把高速计数器所得的计算数值经过数学统计分析，即可计算得到所测目标的距离。该方法的原理是因测距目标的距离恒定，故测距目标反射脉冲的计数值是恒定的，但由于干扰脉冲是随机出现的，所以每个干扰脉冲对应的高速计数器的计数值不完全相同，故此，通过数学统计分析，就可得出目标回波脉冲的准确计数值，由此即可计算得出测距数值。该方法可以有效剔除干扰脉冲，降低回波信号的门限电压，进而降低回波信号的强度需求，即可增大测量距离，提高测距的准确度。同时，本发明提出的应用多计数器并行计数脉冲激光测距方法的手持式脉冲激光测距仪，它的优点在于由于该手持式脉冲激光测距仪是基于本发明提供的上述激光测距方法而制得，它通过设置若干个高速计数器、回波计数器及译码器，使得经过多次发射测距脉冲后，然后把高速计数器所得的计算数值经过数学统计分析，基于测距目标的距离恒定，而干扰脉冲是随机出现的，故测距目标反射脉冲的计数值是恒定的，干扰脉冲对应的高速计数器的计数值不完全相同，故此，通过数学统计分析，就可得出目标回波脉冲的准确计数值，由此即可计算得出测距数值。该测距仪可以有效剔除干扰脉冲，降低回波信号的门限电压，进而降低回波信号的强度需求，即可增大测量距离，提高测距的准确度。并且随着现在电子技术的发 展，也为本专利的测距范围增大及产品推广应用提供了极大的便利之处。


附图I为传统手持式脉冲激光测距仪电路结构原理框图。附图2为本发明所述多计数器并行计数脉冲激光测距方法的手持式脉冲激光测距仪的结构原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的描述。本发明提供了一种多计数器并行计数脉冲激光测距方法，它的原理图可以参考图2所示，该方法包括以下步骤(a)、测距控制器(俗称MCU)发射第一个测距脉冲，同时启动由测距控制器连接控制的若干个高速计数器，高速计数器开始计数并用以记录发出测距脉冲到测距控制器收到回波信号的持续时间，期间，该测距控制器已是现有手持式脉冲激光测距仪所普遍使用的，它可以使用传统的控制MCU。(b)、将测距接收到的回波信号与电压比较器设定的门限电压进行比较，该门限电压的设定可以通过测距控制器来设定，此时，若回波信号中的脉冲信号高于电压比较器的门限电压，则每一高于门电压的脉冲信号驱使电压比较器输出相应的一个电平信号，一般为高电平；若回波信号中的脉冲信号低于门限电压，则电压比较器不会输出高电平。(C)、由回波信号中的脉冲信号驱使电压比较器输出的电平信号输入到回波计数器，以记录电压比较器输出电平信号的数量，期间，一般来说是一个高于门限电压的脉冲信号则驱动回波计数器的数值进行一次递变；(d)、由回波计数器输出相应的电信号，回波计数器输出相应的电信号先由译码器进行译码，然后再由译码器输出信号先后各自驱使步骤(a)的任意一个高速计数器停止计数；(e)、直至没有回波信号的脉冲输入或者直至全部计数器都被驱使停止计数，测距控制器则根据回波计数器的计数值读取高速计数器的计数值并存入到缓冲区中；(f)、测距控制器重复发射若干个测距脉冲，每一个测距脉冲发射的同时将若干个高速计数器清零，每一个测距脉冲均重复上述步骤(b)、(C)、(d)及(e)；(g)、测距控制器完成若干个测距脉冲的发射与接收工作后，根据缓冲区获得的一系列计数值，通过数学统计方法提出被测目标距离的计数值，进而根据测距脉冲的传播速度计算得出被测目标的距离值。作为上述方法的另一种衍生，对于上述的步骤(e)，其每一个测距脉冲完成接收后，测距控制器所得若干个高速计数器的技术值，可以根据脉冲的传播速和高速计数器计数值的计算得出若干个测距值，然后在步骤(g)中将这些计算出来的测距值通过数学统计方法的分析，同样也可得到被测目标的距离值。上述的多计数器并行计数脉冲激光测距方法，其作为技术方案的进一步改善，所述步骤(b)中测距接收到的回波信号先由信号放大器进行信号放大再输送到电压比较器，使得回波信号得以放大，便于后续程序对该信号的进一步分析使用。该方法的原理是因测距目标的距离恒定，故测距目标反射脉冲的计数值是恒定 的，但由于干扰脉冲是随机出现的，所以每个干扰脉冲对应的高速计数器的计数值不完全相同，故此，通过数学统计分析，就可得出目标回波脉冲的准确计数值，由此即可计算得出测距数值。该方法可以有效剔除干扰脉冲，降低回波信号的门限电压，进而降低回波信号的强度需求，即可增大测量距离，提高测距的准确度。同时，请参见图2，本发明还提供一种应用上述多计数器并行计数脉冲激光测距方法的手持式脉冲激光测距仪，它包括测距控制器I (俗称MCU)、测距脉冲发射装置2及回波信号接收装置3，回波信号接收装置3的输出端与电压比较器4的输入端电连接，电压比较器4的电压比较端与设置在测距控制器I的门限电压设定端11电连接，本发明所述的测距仪，它还包括有若干个高速计数器5、回波计数器6及译码器7，若干个高速计数器5的启动端51均与测距控制器I电连接，电压比较器4的输出端与回波计数器6的输入端电连接，该电压比较器4的输出端具体是与回波计数器6的时钟信号输入端电连接；回波计数器6的输出端均同时与若干个高速计数器5、测距控制器I的数据收集端及译码器7的数据输入端电连接，译码器7的数据输出端均与若干个高速计数器5的停止信号输入端52电连接，在附图I中，译码器7的标记为YO的数据输出端连接到第一个高速计数器5的标记为YO的停止信号输入端52，如此类推，译码器7的标记为Yn的数据输出端连接到第一个高速计数器5的标记为Yn的停止信号输入端52。在实际产品中，所有的高速计数器5、译码器7及回波计数器6均由一片FPGA芯片来完成，而随着现在电子技术的发展，上千门规模的FPGA的价格也已经非常低廉，这也为本专利的实现及推广应用提供了可能。上述的应用多计数器并行计数脉冲激光测距方法的手持式脉冲激光测距仪，其作为技术方案的进一步改善，所述回波信号接收装置3的输出端与电压比较器4的输入端之间设有信号放大器8，使得回波信号得以放大，便于后续程序对该信号的进一步分析使用。而所述若干个高速计数器5的时钟信号输入端均与一振荡器9电连接,这对于上述技术方案所使用的高速计数器5不具有自身计时功能的情况下，使它们的时钟信号输入端与振荡器9连接，使得它们均外带上计时功能。在所述应用多计数器并行计数脉冲激光测距方法的手持式脉冲激光测距仪的具体结构中，所述测距脉冲发射装置2为激光管驱动电路，所述回波信号接收装置3为光电接收管。该手持式脉冲激光测距仪是基于本发明提供的上述激光测距方法而制得，它在测距时，测距控制器I发出的第一个测距脉冲信号同时启动所有的高速计数器5开始计数。当回波信号接收装置3接收到回波信号后，该回波信号包含有测距目标反射脉冲和众多的干扰脉冲，这些脉冲通过信号放大器8放大后进入电压比较器4，电压比较器4输出的电先送入回波计数器6进行计数，再由译码器7译码后来控制其中的一个高速计数器5停止计数。当第一个脉冲来的时候，第一个高速计数器5停止计数，第二个脉冲来的时候第二个计数器停止计数，以此类推。测距结束后测距控制器I根据回波计数器6的计数值来读取相应的高速计数器5计数值并保存在缓冲区中，如此连续发射多个测距脉冲就可以获得一系列的计数值，期间，每次发送测距脉冲是前都得将高速计数器5重新清零并启动所有的高速计数器5。本发明所述的应用多计数器并行计数脉冲激光测距方法的手持式脉冲激光测距仪，它基于测距目标的距离恒定，而干扰脉冲是随机出现的，故测距目标反射脉冲的计数值 是恒定的，干扰脉冲对应的高速计数器5的计数值不完全相同，故此，通过数学统计分析，就可得出目标回波脉冲的准确计数值，由此即可计算得出测距数值。该测距仪可以有效剔除干扰脉冲，降低回波信号的门限电压，进而降低回波信号的强度需求，即可增大测量距离，提高测距的准确度。并且随着现在电子技术的发展，也为本专利的测距范围增大及产品推广应用提供了极大的便利之处。
权利要求
1.一种多计数器并行计数脉冲激光测距方法，其特征在于该方法包括以下步骤 (a)、测距控制器发射第一个测距脉冲，同时启动由测距控制器连接控制的若干个高速计数器，高速计数器开始计数并用以记录发出测距脉冲到测距控制器收到回波信号的持续时间； (b)、将测距接收到的回波信号与电压比较器设定的门限电压进行比较，若回波信号中的脉冲信号高于电压比较器的门限电压，则每一高于门限电压的脉冲信号会驱使电压比较器输出相应的一个电平信号； (C)、由回波信号中的脉冲信号驱使电压比较器输出的电平信号输入到回波计数器，以记录电压比较器输出电平信号的数量； (d)、由回波计数器输出相应的电信号，回波计数器输出相应的电信号先由译码器进行译码，然后再由译码器输出信号先后各自驱使步骤(a)的任意一个高速计数器停止计数； (e)、直至没有回波信号的脉冲输入或者直至全部计数器都被驱使停止计数，测距控制器则根据回波计数器的计数值读取高速计数器的计数值并存入到缓冲区中； (f)、测距控制器重复发射若干个测距脉冲，每一个测距脉冲发射的同时将若干个高速计数器清零，每一个测距脉冲均重复上述步骤(b)、(C)、(d)及(e)； (g)、测距控制器完成若干个测距脉冲的发射与接收工作后，根据缓冲区获得的一系列计数值，通过数学统计方法提出被测目标距离的计数值，进而根据测距脉冲的传播速度计算得出被测目标的距离值。
2.根据权利要求I所述的多计数器并行计数脉冲激光测距方法，其特征在于所述步骤(b)中测距接收到的回波信号先由信号放大器进行信号放大再输送到电压比较器。
3.一种应用权利要求I所述多计数器并行计数脉冲激光测距方法的手持式脉冲激光测距仪，它包括测距控制器(I)、测距脉冲发射装置⑵及回波信号接收装置(3)，回波信号接收装置⑶的输出端与电压比较器⑷的输入端电连接，电压比较器⑷的电压比较端与设置在测距控制器(I)的门限电压设定端(11)电连接，其特征在于它还包括有若干个高速计数器(5)、回波计数器(6)及译码器(7)，若干个高速计数器(5)的启动端(51)均与测距控制器(I)电连接，电压比较器(4)的输出端与回波计数器(6)的输入端电连接，回波计数器(6)的输出端均同时与若干个高速计数器(5)、测距控制器(I)的数据收集端及译码器(7)的数据输入端电连接，译码器(7)的数据输出端均与若干个高速计数器(5)的停止信号输入端(52)电连接。
4.根据权利要求3所述应用多计数器并行计数脉冲激光测距方法的手持式脉冲激光测距仪，其特征在于所述回波信号接收装置⑶的输出端与电压比较器⑷的输入端之间设有信号放大器(8)。
5.根据权利要求3所述应用多计数器并行计数脉冲激光测距方法的手持式脉冲激光测距仪，其特征在于所述若干个高速计数器(5)的时钟信号输入端均与一振荡器(9)电连接。
6.根据权利要求3所述应用多计数器并行计数脉冲激光测距方法的手持式脉冲激光测距仪，其特征在于所述测距脉冲发射装置(2)为激光管驱动电路。
7.根据权利要求3所述应用多计数器并行计数脉冲激光测距方法的手持式脉冲激光测距仪，其特征在于所述回波信号接收装置(3)为光电接收管。
全文摘要
本发明公开了一种多计数器并行计数脉冲激光测距方法，因测距目标距离恒定，故其反射脉冲的计数值是恒定的，但干扰脉冲是随机的，故每个干扰脉冲对应的计数值不完全相同，多次测量后通过数学统计分析，就可得出被测目标的准确数值。该方法可以有效剔除干扰脉冲，降低回波信号的门限电压，进而降低回波信号的强度需求，增大测量距离，提高测距的准确度。本发明同时也公开了一种应用多计数器并行计数脉冲激光测距方法的手持式脉冲激光测距仪，它基于上述的测距方法制得，只需对被测目标进行多次发射脉冲测距，随后通过数学统计分析即可得出被测目标的准确数值，该测距仪可降低回波信号的门限电压，可增大测量距离，提高测距的准确度。
文档编号G01S17/08GK102798865SQ20111014079
公开日2012年11月28日 申请日期2011年5月26日 优先权日2011年5月26日
发明者付陆欣, 李春富 申请人:付陆欣, 李春富