CN107315177B - 激光测距电路、激光测距装置、车辆防碰撞装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种激光测距电路及激光测距装置、车辆防碰撞装置及其控制方法。激光测距电路包括DSP、CPLD、激光发射模块、激光接收模块、时差测量模块以及电源模块；所述DSP用于控制所述CPLD发出第一信号；所述激光发射模块在接收到所述第一信号时，发出第一探测信号；所述激光接收模块用于接收自被探测物反射回的第二探测信号并形成第二信号输入至所述时差测量模块；所述时差测量模块用于测量所述CPLD发出第一信号至所述信号处理电路发出所述第二信号的时长，并根据该时长值得到被探测物的距离值。本发明技术方案利用CPLD适于产生纳秒级的TTL信号这一特点，以使所述DSP通过所述CPLD发出第一信号，以实现本发明的激光测距电路高频率的特性。

Description

激光测距电路、激光测距装置、车辆防碰撞装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及激光测距领域，特别涉及一种激光测距电路、激光测距装置、车辆防碰撞装置及其控制方法。

背景技术

当今激光测距在机器人定位、车辆防碰撞及无人驾驶等领域发挥重要的作用。目前常用的激光测距按技术途径一般分为脉冲法、相位法与三角法。国内一般多采用三角法测量，但是在检测速度上无法满足大多数情况下的需求，而且国内激光测距产品的测距精度低、分辨率低、性能不稳定以及视野窄，价格高等方面问题。一些厂家采用的激光测量方法多以摄像头检测光斑大小，这种方式对外界抗干扰比较差，不能适应外部光线的变化。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种激光测距电路、激光测距装置、车辆防碰撞装置及其控制方法；以使激光测距电路实现高频率、高精度的检测特性。

为实现上述目的，本发明提出的一种激光测距电路，包括DSP、CPLD、激光发射模块、激光接收模块、时差测量模块以及为所述DSP、CPLD、激光发射模块、激光接收模块、时差测量模块供电的电源模块；

所述DSP用于在接收到测距指令时，控制所述CPLD发出第一信号至所述激光发射模块和时差测量模块；

所述激光发射模块包括发射器以及与所述发射器连接的发射驱动电路；所述发射驱动电路在接收到所述第一信号时，控制所述发射器发出第一探测信号；

所述激光接收模块包括接收器以及与所述接收器连接的信号处理电路；所述接收器用于接收自被探测物反射回的第二探测信号并形成电信号输入至所述信号处理电路，所述信号处理电路对所述电信号进行放大及整形处理后形成第二信号，并将所述第二信号输出至所述时差测量模块；

所述时差测量模块，用于测量所述CPLD发出第一信号至所述信号处理电路发出所述第二信号的时长，并根据该时长值得到被探测物的距离值。

优选地，所述时差测量模块在得到所述被探测物的距离值后，向所述DSP发送第三信号；所述DSP接收到所述第四信号后，读取所述时差测量模块中的被探测物的距离值。

优选地，所述信号处理电路还将所述第二信号送至所述CPLD；

所述CPLD在接收到所述第二信号，且确定所述第二信号的脉宽小于预设的脉宽值时，向所述DSP发出表征所述第二信号为无效信号的第四信号；以使所述DSP丢弃当前的所述被探测物的距离值。

优选地，所述激光驱动电路包括驱动芯片，所述发射器包括激光二极管；所述激光驱动电路还包括第一二极管、第一电阻、第一电容；

所述驱动芯片的驱动脚与所述激光二极管的阴极连接，所述激光二极管的阳极与所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端为第一供电端，所述供电端与所述电源模块连接；所述第一二极管的阳极与所述激光二极管的阴极连接，所述第一二极管的阴极与所述第一电阻的第二端连接；所述第一供电端与通过所述第一电容接地。

优选地，所述接收器包括光电二极管，所述信号处理电路包括信号转换单元以及信号放大单元；

所述信号转换单元用于将所述接收器输出的电流信号转换成电压信号；所述信号转换单元包括第一运放，所述第一运放的反向端与所述光电二极管的阴极连接，所述光电二极管的阳极通过第二电阻与电源模块连接；所述第一运放的同向端接地，所述第一运放的输出端通过第三电阻与所述第一运放的反向端连接，所述第三电阻的两端并联第二电容，所述第一运放的输出端与所述信号放大单元连接；

所述信号放大单元用于将所述第一运放输出的电压信号进行放大；所述信号放大单元包括第二运放，所述第二运放的反向端通过第四电阻接地，所述第二运放的同向端通过第五电阻与所述第一运放的输出端连接，所述第二运放的输出端通过第六电阻与所述第二运放的反向端连接。

优选地，所述激光接收模块还包括比较器、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻；

所述第三运放的输出端依次经过第七电阻、第八电阻接地；且所述信号放大单元的输出端依次经过第九电阻、第三电容接地；

所述比较器的第一输入端连接于所述第七电阻与所述第八电阻之间，所述比较器的第二输入端连接于所述第八电阻和第三电容之间；

所述比较器的输出端为所述信号处理电路的输出端，且所述比较器的输出端输出所述第二信号。

优选地，所述时差测量模块包括时差测量芯片，所述时差测量芯片具有第一信号输入端、第二信号输入端以及与所述DSP连接的使能端；

所述第一信号输入端与所述CPLD连接，以接收所述CPLD发出第一信号；所述第二信号输入端与所述信号处理电路的输出端与连接，以接收所述信号处理模块发出的第二信号；

所述时差测量芯片的使能端与所述DSP连接，以接收所述DSP发出的使能信号。

优选地，所述CPLD具有与所述DSP实现并口传输的第一引脚；

所述CPLD具有与所述激光发射模块连接的第二引脚；所述CPLD具有与所述激光接收模块连接的第三引脚，以及所述CPLD具有与所述时差测量模块连接的第四引脚。

优选地，所述DSP通过SPI接口与所述时差测量模块连接；

所述DSP的UART接口供上位机连接；

所述DSP还包括PWM控制模块，所述PWM控制模块具有供其与外部电机连接的电机控制端，所述DSP通过所述电机控制端输出PWM信号，以控制所述外部电机的旋转速度以及旋转角度。

本发明还提出一种激光测距装置，包括底座，电机，第一光学组件、第二光学组件、以及所述的激光测距电路；

所述第一光学组件对应所述激光测距电路的发射器设置，以配合所述发射器工作；所述第二光学组件对应所述激光测距电路接收器设置，以配合所述接收器工作；

所述激光测距电路、所述电机均与所述底座连接，且所述电机与所述激光测距电路电连接，以使所述电机通过带动所述底座旋转，从而实现带动所述激光测距的激光发射模块和激光接收模块转动；所述激光测距电路中的DSP通过控制所述电机的运作，以驱动所述激光测距电路进行多角度的距离探测。

本发明还提出一种车辆防碰撞装置，用于车辆检测障碍物，所述车辆防碰撞装置包括所述的激光测距装置，且所述激光测距装置的发射器和接收器安装于车辆上。

本发明还提出一种车辆防碰撞方法，用于所述的车辆防碰撞装置；其特征在于，所述车辆防碰撞方法包括以下步骤：

S10，接收到扫描区域设定指令时，进入扫描区域设定界面；

S20，获取用户基于所述扫描区域设定界面输入相对于车体的警戒区信息、报警区信息、刹车区信息以及所述车辆的车头宽度信息；

所述报警区、刹车区以及车辆依次邻接，且所述报警区到所述车辆的距离大于所述刹车区到所述车辆的距离；所述警戒区的范围大于所述报警区以及所述刹车区；

S30，根据所述警戒区设定信息、报警区信息、刹车区信息以及所述车辆的车头宽度信息设定所述激光测距装置的当前扫描区域。

优选地，所述步骤S20包括以下步骤：

获取用户输入的警戒区长度信息、报警区长度信息、刹车区长度信息以及所述车辆的车头宽度信息；

设置所述报警区宽度、刹车区宽度与所述车辆的车头宽度相当；且所述报警区、刹车区以及所述车辆的轴线在同一直线上；所述警戒区的长度自所述车辆朝所述车辆运行的前方延伸；所述警戒区的宽度以所述车辆为中心，朝所述车辆的左右两侧延伸。

优选地，所述车辆防碰撞方法的步骤还包括：

控制发射器向车辆前方的所述扫描区域发送激光探测信号；

获取接收器接收的所述扫描区域的检测信号；

当所述检测信号中包含障碍物信息时，确定所述障碍物所处的区域，并输出对应区域的报警信号。

优选地，所述车辆防碰撞方法的步骤还包括：

当接收到用户输入的过滤误警报次数指令时，根据所述过滤误警报次数指令设定车辆防碰撞装置的过滤误警报次数；

执行所述获取接收器接收的所述扫描区域的检测信号的步骤之后还包括：

若确定在同一位置内连续检测到的障碍物的次数大于所述过滤误警报次数时，发出所述障碍物所在的区域对应的报警信号。

优选地，所述根据所述警戒区设定信息、报警区信息、刹车区信息以及所述车辆的车头宽度信息设定所述激光测距装置的当前扫描区域的步骤还包括：

根据用户设定的所述扫描区域，生成反映车辆当前位置与所述扫描区域的位置关系的图像和数据，供用户查看。

优选地，所述车辆防碰撞方法的步骤还包括：

当获取到车辆直行信号时，设置所述扫描区域处于所述车辆行驶方向的正前方；

当获取到车辆左转弯信号时，设置当前扫描区域相对所述车辆直行时的扫描区域向左偏转第一预设角度；

当获取到车辆右转弯信号时，设置当前扫描区域相对于所述车辆直行时的扫描区域向右偏转第二预设角度。

优选地，所述第一预设角度为30°，所述第二预设角度为30°。

本发明技术方案利用CPLD适于产生纳秒级的TTL信号这一特点，以使所述DSP通过所述CPLD发出第一信号START，有效地提高了所述第一信号START的产生频率；所述第一信号START频率的提高，使得所述发射器发射出的第一探测信号频率也随之提高，以实现本发明的激光测距电路高频率的特性。同时利用独立的时差测量模块来进行被探测物的距离值的计算，且所述时差测量模块与CPLD、激光接收模块、以及DSP均建立了信号连接关系，以使得本方案通过改进时差测量模块的性能，即能够实现高精度的检测；本方案中，所述时差测量模块采用检测精度较高的芯片(例如时差测量芯片TDC-GP21)，以显著地提高了本发明的激光测距电路高精度的特性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明激光测距电路的电路结构框图；

图2为电源模块的倍压电路的电路图；

图3为发射驱动电路的驱动芯片部分接口电路；

图4为信号转换单元以及信号放大单元的电路图；

图5为信号处理电路的比较器的接口电路；

图6为时间管理芯片的部分接口电路；

图7为CPLD的部分接口电路；

图8为车辆防碰撞方法的流程图；

图9为车辆直行时，扫描区域与车辆的相对位置关系示意图；

图10为车辆左转时，扫描区域与车辆的相对位置关系示意图；

图11为车辆右转时，扫描区域与车辆的相对位置关系示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	激光发射模块	APD	光电二极管
11	发射器	A1	第一运放
				12	发射驱动电路	A2	第二运放
2	激光接收模块	A3	第三运放
				21	接收器	4	车辆
22	信号处理电路	51	刹车区
				3	时差测量模块	52	报警区
START	第一信号	53	警戒区
				Stop	第二信号	6	激光收发器
JD	激光二极管

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种激光测距电路，用于激光测距设备，例如测量器、协调器、探测器等设备中，或用于一些带有激光测距功能的设备中，例如机器人、车辆等用于探测距离或障碍物。本方案中激光测距电路基于脉冲测距技术，所述脉冲激光测距技术是利用发射和接收激光脉冲信号的时间差来实现对被测目标的距离测量；其测距公式为：D＝1/2ct；其中D是测量距离，c是光速，t是测距信号往返时间，在脉冲激光测距中，t通常是通过测距计数器对自发射脉冲到被探测物，并从被探测物返回到接收系统期间，进入计数器的脉冲个数的累计来测量的。从公式中可知，只要测量出激光脉冲发射和接收所用的往返时间，就可以求出被测量的距离。

请参阅图1，本方案中所述激光测距电路包括DSP、CPLD、激光发射模块1、激光接收模块2、时差测量模块3、以及为所述DSP、CPLD、激光发射模块1、激光接收模块2、时差测量模块3供电的电源模块(未图示)。所述DSP用于在接收到测距指令时，控制所述CPLD发出第一信号START至所述激光发射模块1和时差测量模块3；所述激光发射模块1包括发射器11以及与所述发射器11连接的发射驱动电路12；所述发射驱动电路12在接收到所述第一信号START时，控制所述发射器11发出第一探测信号；所述激光接收模块2包括接收器21以及与所述接收器21连接的信号处理电路22；所述接收器21用于接收自被探测物反射回的第二探测信号并形成电信号输入至所述信号处理电路22，所述信号处理电路22对所述电信号进行放大及整形处理后形成第二信号STOP，并将所述第二信号STOP输出至所述时差测量模块3；所述时差测量模块3用于测量所述CPLD发出第一信号START至所述信号处理电路22发出所述第二信号STOP的时长，并根据该时长值得到被探测物的距离值。

进一步地，所述时差测量模块3在得到所述被探测物的距离值后，向所述DSP发送第三信号；所述DSP接收到所述第三信号后，读取所述时差测量模块3中的被探测物的距离值。

所述信号处理电路22还将所述第二信号STOP送至所述CPLD；所述CPLD在接收到所述第二信号STOP，且确定所述第二信号STOP的脉宽小于预设的脉宽值时，向所述DSP发出表征所述第二信号STOP为无效信号的第四信号，以使所述DSP丢弃当前的所述被探测物的距离值。

具体地，所述DSP接收到测距指令后，发送一允许检测开始信号给时差测量模块3，并给CPLD发送周期工作信号；CPLD接收到周期工作信号后发送出第一信号START，所述第一信号START一路输出至时差测量模块3作为激光发射时刻基准，另一路输出至发射驱动电路12，使发射驱动电路12驱动发射器11发射出第一探测信号。当第一探测信号在传播中遇到被探测物(或障碍物)，反射后形成第二探测信号被所述接收器21接收到，所述接收器21接收自被探测物反射回的第二探测信号并形成电信号输入至所述信号处理电路22，然后经由所述信号处理电路22对该电信号进行放大、整形、滤波，从而得到所述第二信号STOP。所述信号处理电路22将所述第二信号STOP一路输出至时差测量模块3，一路输出至CPLD。所述时差测量模块3接收到所述第二信号STOP后，经内部处理换得到被探测物的距离值(该测量结果以90PS为单位)。所述时差测量模块3在得到被探测物的距离值后，通过与所述DSP连接的接口(本实施例中为SPI接口)发出第三信号(所述第三信号可以为中断信号)给DSP。DSP得到该第三信号，会第一时间通过所述SPI接口再读取所述时差测量模块3内的被探测物的距离值，并存入存储器。所述信号处理电路22还将所述第二信号STOP输出至CPLD，所述CPLD通过判断该第二信号STOP的是否有效，然后根据判定结果给所述DSP发送第四信号。DSP根据CPLD发出的所述第四信号，来判断之前读取时差测量模块3内的被探测物的距离值是丢弃或记录下来。例如，当所述第二信号STOP脉宽小于20ns时(可能是干扰)，CPLD向所述DSP发送的第四信号，表示当前数据无效，DSP丢弃当前读取自时差测量模块3内的被探测物的距离值，这大大提高了本发明激光测距电路的可靠性。

本发明技术方案利用CPLD适于产生纳秒级的TTL信号这一特点，以使所述DSP通过所述CPLD发出第一信号START，有效地提高了所述第一信号START的产生频率；所述第一信号START频率的提高，使得所述发射器11发射出的第一探测信号频率也随之提高，以实现本发明的激光测距电路高频率的特性。同时利用独立的时差测量模块3来进行被探测物的距离值的计算，且所述时差测量模块3与CPLD、激光接收模块2、以及DSP均建立了信号连接关系，以使得本方案通过改进时差测量模块3的性能，即能够实现高精度的检测；本方案中，所述时差测量模块3采用检测精度较高的芯片(例如时差测量芯片TDC-GP21)，以显著地提高了本发明的激光测距电路高精度的特性。

所述电源模块可以采用直流供电，或直接连接市电；当该电源模块的输入端连接市电时，所述电源模块包括整流电路。所述整流电路将输入至所述电源模块的交流电转换成幅值相同的正电压和负电压。具体地，所述电源模块外接交流AC220V电压，所述整流电路包括两只型号为KBP307的整流桥，经过整流后得到±15V直流电压。所述电源模块还包括多个电压转换电路，以将所述正电压和负电压转换成不同幅值的电压，以为不同的电路模块供电。本实施例中，所述电压转换电路采用电压转换芯片。具体地，±15V电压经过多种电压转换芯片后，得到直流+12V、+9V、-9V等直流电压。其中+12V电压用于驱动发射器11工作；+9V分为三路：一路用于经电压转换芯片转换为+5V电压为DSP、CPLD供电，一路经另一电压转换芯片输出5V用于模拟电路供电；一路经芯片MAX5027倍升到+150V电压，用于为接收器21供电。

请参阅图2，其中MAX5027为图中U5；由上述可知，所述电源模块包括倍压电路，所述倍压电路与所述电压转换电路或整流电路的输出端连接，以输出一预设电压值(本方案中为倍压到150V)为所述接收器21供电。所述倍压电路与电压转换芯片MAX5027的输出端连接，其中LX为MAX5027的输出端；所述MAX5027输出电压为30V，所述倍压电路由D2～D6、C42～C46以及R1a、R1b组成，其中D6的阴极端为所述倍压电路的输出端。所述倍压电路为5倍压电路，因此所述倍压电路的输出电压可达到150V。

请参阅图3，所述激光驱动电路包括驱动芯片U1，所述发射器11包括激光二极管JD；所述激光二极管JD体积小、寿命长；例如采用激光二极管JD型号为905D1S3J09UA。所述激光驱动电路还包括第一二极管D1、第一电阻R1、第一电容C1。所述驱动芯片U1的驱动脚(图中为LDK1～LDK6)与所述激光二极管JD的阴极连接，所述激光二极管JD的阳极与所述第一电阻R1的第一端连接，所述第一电阻R1的第二端为第一供电端VCC1，所述第一供电端VCC1与电源模块连接(以得到12V的供电)。所述第一二极管D1的阴极与所述激光二极管JD的阳极连接，所述第一二极管D1的阴极与所述第一电阻R1的第二端连接；所述第一供电端VCC1通过所述第一电容C1接地。

本实施例中，所述发射驱动电路12采用型号为IC-HG的驱动芯片U1，所述IC-HG驱动芯片可支持200MHz开关频率，瞬时输出最高达9A(脉冲)驱动能力。当所述IC-HG驱动芯片接收到使能信号及第一信号START，即可输出驱动发射器11的驱动信号，所述发射器11接收到该驱动信号后，发送一个或一列很窄的脉冲信号。

具体地，所述IC-HG驱动芯片的驱动脚输出驱动信号，以驱动所述激光二极管JD发出第一探测信号，所述第一电阻R1用于限流，以防止驱动电流过大，烧毁激光二极管JD。所述第一二极管D1用于为所述激光二极管JD提供旁路。所述第一电容C1为输入滤波电容。

所述激光接收模块2包括接收器21以及信号处理电路22，其中所述接收器21包括光电二极管APD，具体地，采用型号为LSSAPD9-230°的光电二极管APD。

请参阅图4，所述信号处理电路22包括信号转换单元以及信号放大单元；所述信号转换单元用于将所述接收器21输出的电流信号转换成电压信号，所述信号放大单元用于将所述该电压信号进行放大。可以理解的是，所述信号放大单元可以设置有多个，且依次串联。本方案中，所述信号处理电路22包括两个信号放大单元。

所述信号转换单元包括第一运放A1，所述第一运放A1的反向端与所述光电二极管APD的阴极连接，所述光电二极管APD的阳极为第二供电端VCC2，且通过第二电阻R2与电源模块连接；所述第一运放A1的同向端接地，所述第一运放A1的输出端通过第三电阻R3与所述第一运放A1的反向端连接，所述第三电阻R3的两端并联第二电容C2，所述第一运放A1的输出端与所述信号放大单元连接。

所述信号放大单元包括第二运放A2，所述第二运放A2的反向端通过第四电阻R4接地，所述第二运放A2的同向端通过第五电阻R5与所述第一运放A1的输出端连接，所述第二运放A2的输出端通过第六电阻R6与所述第二运放A2的反向端连接。

本方案中的两个信号放大单元的电路结构相同，作用相同；另一信号放大单元包括第三运放A3，R31～R33；所述第三运放A3的作用以及电路连接关系与所述第二运放A2的作用和电路连接关系均相同，因此，在此不在赘述。且所述第三运放A3的正向输入端通过一电阻与所述第二运放A2的输出端连接。

可以理解的是，所述信号转换单元还包括电容C2、C21～C26，以实现更好的信号转换效果以及放大效果。

本方案的信号处理电路22采用了三级运放，第一运放A1将光电二极管APD接收管的电流信号转化为电压信号；第二运放A2与第三运放A3对该电压信号进行放大处理。本发明技术方案中的所述信号处理电路22采用了快速运放来对接收到的信号进行放大、整形、比较，实现了高频率检测；所述信号处理电路22与所述CPLD和时差测量模块3相互配合以实现了检测速率达100Khz，即每10微秒检测出一个距离值；同类产品一般在10Khz以下，最高不超过30-40Khz。

请参阅图5，由于第三运放A3输出的电压信号为模拟信号，因此阶跃效果不明显，故在第三级运放的输出端加入了比较器U2(芯片TLV3501A)；通过将电压信号与环境信号进行比较，以消除暗电流影响。所述比较器U2输出的突变信号即所述第二信号STOP，并所述第二信号STOP输入至时差测量模块3，以及CPLD芯片内。

具体地，所述激光接收模块2还包括比较器U2、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11；所述第三运放A3的输出端依次经过第七电阻R7、第八电阻R8接地；且所述信号放大单元的输出端依次经过第九电阻R9、第三电容C3接地；所述比较器U2的第一输入端IN1(芯片TLV3501A的同向输入端)连接于所述第七电阻R7与所述第八电阻R8之间，所述比较器U2的第二输入端IN2连接于所述第八电阻R8和第三电容C3之间；所述比较器U2的输出端为所述信号处理电路22的输出端，且所述比较器U2的输出端OUT输出所述第二信号STOP。

请参阅图6，所述时差测量模块3用于记录激光发射模块1发射所述第一探测信号至所述激光接收模块2接收到所述第二探测信号的时间差，以得出激光的飞行时间。本发明方案中的时差测量模块3采用了TDC-GP21芯片(图中为U3)，所述TDC-GP21芯片主要包含与DSP的SPI接口连接的引脚，以供与DSP进行数据交换、第一信号输入端、第二信号输入端以及与所述DSP连接的使能端EN，所述使能端接收到所述DSP发送的检测开始信号后，以使能相关端口。本领域技术人员可以理解的是，图中标识出START对应的引脚为所述第一信号输入端；标识出STOP对应的引脚为所述第二信号输入端、标识出EN对应的引脚为所述使能端。

所述第一信号输入端与所述CPLD连接，以接收所述CPLD发出第一信号START，所述CPLD接收到所述第一信号START的时间代表了所述激光发射模块1发出所述第一信号START的时间。所述第二信号输入端与所述信号处理电路22的输出端连接，以接收所述信号处理电路32发出的第二信号STOP，所述CPLD接收到所述第二信号STOP的时间代表所述激光接收模块2接收到所述第二探测信号的时间；所述时差测量模块3的使能端与所述DSP连接，以接收所述DSP发出的使能信号。

所述时差测量模块3记录接收到第一信号START与第二信号STOP之间的时间差，这个时间差即代表了被探测物的距离。本方案中的所述时差测量芯片TDC-GP21可以实现90皮秒的检测精度，对应于光的传播速度299792458米/秒，实际检测障碍物距离精度可做到3厘米左右；相对于现有技术，本发明技术方案大大提高了检测精度。

请参阅图7，所述CPLD为图中U4。所述CPLD具有与所述DSP实现并口传输的第一引脚，以与所述DSP进行数据传输以及接收所述DSP的控制信号，例如所述第一引脚包括CPLD_D1～CPLD_D8，以及CPLD_RD，CPLD_WR；所述CPLD具有与所述激光发射模块1连接的第二引脚，用于输入至发射驱动IC-HG，以驱动发射器11工作；所述CPLD具有与所述激光接收模块2连接的第三引脚；以及所述CPLD具有与所述时差测量模块3连接的第四引脚，以接收来自所述信号处理电路22输出的所述第二信号STOP。本领域技术人员可以理解的是，所述第一引脚、第二引脚、第三引脚的数量可以有多个。

于本实施例中，所述CPLD的型号为ALTERA-EPM3064，图中对应为U4。所述CPLD在整个激光测距电路中具有非常重要的作用。具体地，于本方案中，首先，因CPLD的内核架构及I/O脚的设计比DSP更容易产生ns级的TTL信号(第一信号START)，因此设置所述CPLD负责发出所述第一信号START以及接收所述第二信号STOP，大大提高了所述激光测距电路实现高频率检测的特性。其次，所述CPLD接收第二信号STOP后，通过判定所述第二信号STOP的有效性，并向所述DSP发出表征所述第二信号STOP为无效信号的第四信号；从而有效地减少了所述激光测量电路向用户反馈无效的检测信息；最后，所述CPLD的多余引脚可以用作输入、输出功能扩展，以提高所述激光测距电路的实用性和多功能性。

于本方案中，所述DSP对所述激光发射模块1、激光接收模块2、时差测量模块3以及电源模块进行管理。所述DSP通过SPI接口(串行外设接口)与所述时差测量模块3连接，具体地，所述DSP通过SPI接口配置TDC-GP21工作参数，以及读取TDC-GP21返回的被探测物的距离值信息。

所述DSP通过UART(通用异步收发传输器)接口供上位机连接，当然UART接口与上位机之间还需包括接口转换电路。在一实施例中，所述接口转换电路包括转换芯片FT232RL，以实现USB接口与PC机、电脑进行通讯；用户可以通上位机发出所述测距信号，以及所述激光测距电路将测量结果通过所述上位机显示，以供用户查看。

本发明技术方案在检测单点障碍物的基础上还能够实现360°平面无死角检测。通过在外部设置一电机(未图示)，通过控制电机的旋转来带动所述激光发射模块1及激光接收模块2的360°旋转，进而实现360°平面无死角检测。所述电机的旋转速度由DSP来控制，电机每转一个角度，都能够自动检测一个距离值。本方案中，所述电机的每次的旋转角度可以达到0.05625度，这是由控制电机的步距角及驱动器的细分档来实现。因此，本发明技术方案中所述DSP还包括PWM控制模块，所述PWM控制模块具有供其与外部电机连接的电机控制端，所述DSP通过所述电机控制端输出PWM信号，以控制所述外部电机的旋转速度以及旋转角度。

所述DSP通过GPIO(General Purpose Input Output)接口供指示多个工作状态的光源外接，以丰富所述激光测距电路的功能。

本发明还提出一种激光测距装置，所述激光测距装置包括底座，电机，第一光学组件、第二光学组件、以及所述的激光测距电路；所述第一光学组件对对应所述激光测距电路的发射器11设置，通过调整所述发射器11发出的第一探测信号的方向，以使所述发射器11发射的激光脉冲可以准直向前发送第一探测信号。所述第二光学组件对应所述激光测距电路接收器21设置，将第二探测信号的传输方向进行调整，以使所述第二探测信号可以聚焦到所述光电二极管APD的光敏面上。所述激光测距电路、所述电机均与所述底座连接，且所述电机与所述激光测距电路电连接，以使所述电机通过带动所述底座旋转，从而实现带动所述激光测距电路转动；所述激光测距电路中的DSP通过控制所述电机的运作，以驱动所述激光测距电路可进行多角度的距离探测。所述激光测距装置可以为测量器、协调器或探测器。

本发明还提出一种车辆防碰撞装置，用于车辆4检测障碍物，所述车辆防碰撞装置包括所述的激光测距装置，且所述激光测距装置的发射器和接收器安装于车辆4上。由于所述激光测距装置包括电机，以使所述激光测距电路的发射器和接收器可以在车辆4上进行最大360°范围的选择，以在多个方向上扫描障碍物。在一实施例中，所述发射器和接收器可以集成在一个部件中，进行发射激光和接受探测信号的操作。

本发明还提出一种车辆防碰撞方法，用于所述的车辆防碰撞装置；所述车辆防碰撞方法包括以下步骤：

S10，接收到扫描区域设定指令时，进入扫描区域设定界面；

S20，获取用户基于所述扫描区域设定界面输入相对于车体的警戒区53信息、报警区52信息、刹车区51信息以及所述车辆4的车头宽度信息；

所述报警区52、刹车区51以及车辆4依次邻接，且所述报警区52到所述车辆4的距离大于所述刹车区51到所述车辆4的距离；所述警戒区53的范围大于所述报警区52以及所述刹车区51；

S30，根据所述警戒区53设定信息、报警区52信息、刹车区51信息以及所述车辆4的车头宽度信息设定所述激光测距装置的当前扫描区域。

在此需要说明的时，本发明的车辆防碰撞方法可以应用于对所述车辆防碰撞装置进行测试时的测试软件中，也可以集成于所述车辆4的控制方法中，用于在车辆4行驶过程中，对扫描区域范围内障碍物的检测。在此以所述车辆防碰撞方法在对所述车辆防碰撞装置进行测试时的测试软件中的应用为例说明。

用户可以根据自身的需求来定义所述车辆防碰撞装置的扫描范围。用户可以通过双击测试图标进入扫描区域设定界面，也可以通过相关程序链接至所述软件界面，在此不做限定。优选地，在进入扫描区域设定界面之前设置身份确认程序，所述身份确认程序可以通过在操作界面上显示供用户输入用户名以及密码的窗口，也可以通过独立于所述车辆防碰撞装置的身份确认装置来实现。当用户输入的用户名以及密码符合预设的要求时，允许用户进入所述扫描区域设定界面。

请参阅图8至图10，于本方案中，是通过用户输入的警戒区53长度信息、报警区52长度信息、刹车区51长度信息以及所述车辆4的车头宽度信息来确定所述激光测距装置需要扫描的扫描区域。具体地，所述步骤S20包括以下步骤：

获取用户输入的警戒区53长度信息、报警区52长度信息、刹车区51长度信息以及所述车辆4的车头宽度信息；

设置所述报警区52宽度、刹车区51宽度与所述车辆4的车头宽度相当；且所述报警区52、刹车区51以及所述车辆4的轴线在同一直线上；所述警戒区53的长度自所述车辆4朝所述车辆4运行的前方延伸；所述警戒区53的宽度以所述车辆4为中心，朝所述车辆4的左右两侧延伸。所述激光测距装置的发射器和接收器集成为激光收发器6，且设于所述车辆4的轴线上。

进一步地，为了有效地区分障碍物所在的位置，以便于车辆4采取对应的操作，设置所述车辆防碰撞方法的步骤还包括：

控制发射器向车辆4前方的所述扫描区域发送激光探测信号；

获取接收器接收的所述扫描区域的检测信号；

当所述检测信号中包含障碍物信息时，确定所述障碍物所处的区域，并输出对应区域的报警信号。

即所述障碍物分别处于报警区52、警戒区53、刹车区51时，所述报警信号具有对应具有三种。所述报警信号的形式可以有多种，例如声、光、语言等，在此不做具体限定。

由于所述激光测距电路的扫描频率很快，为了避免所述激光测距装置扫描速度太快，而造成误检测到障碍物(所述激光测距装置扫描到的障碍物并非对车辆4行驶造成安全隐患的障碍物，例如飘落的树叶)，因此为了避免所述车辆防碰撞装置误报警，设置所述车辆防碰撞方法的步骤还包括：

当接收到用户输入的过滤误警报次数指令时，根据所述过滤误警报次数指令设定车辆防碰撞装置的过滤误警报次数；

执行所述获取接收器接收的所述预设扫描区域的检测信号的步骤之后还包括：

若确定在同一位置内连续检测到的障碍物的次数大于所述过滤误警报次数时，发出所述障碍物所在的区域对应的报警信号。

具体地，在测试软件的操作界面，设有供用户输入过滤误警报次数的窗口；当然所述过滤误警报次数也可以是系统预设的。在此假设用户输入的过滤误警报次数为10次，即表示，所述激光测距装置在同一位置连续检测到障碍物10次时，才发出报警信号。需要说明的是，步骤S90中所述的“对应的区域”是指所述警戒区53、报警区52、刹车区51。

为了方便用户可以实时查看车辆4与所述警戒区53、报警区52、刹车区51的相对位置，因此设置步骤接收用户设定的扫描区域之后包括：

根据用户设定的扫描区域，生成反映车辆4当前位置与所述扫描区域的位置关系的图像和数据，供用户查看。

其中优选设置，分别代表警戒区53、报警区52、刹车区51的图像(线条)应有所区分，以便用户查看。本实施例中，设置表示所述警戒区53、报警区52、刹车区51范围的线条具有不同的颜色。另一方面，在本实施例中，反应车辆4当前位置与所述扫描区域的位置关系数据，包括当前警戒区53长度、报警区52长度、刹车区51长度，以及车辆4的行驶方向与预设方向的偏转角度。

请参阅图8至图11，车辆4在向前行驶时，扫描区域位于所述车辆4的正前方，当车辆4在拐弯的过程中，所述扫描区域也应该随之改变，以实时检测车辆4前方的障碍物。本方案中，设置所述车辆防碰撞方法的步骤还包括：

当获取到车辆4直行信号时，设置所述扫描区域处于所述车辆4行驶方向的正前方；

当获取到车辆4左转弯信号时，设置当前扫描区域相对所述车辆4直行时的扫描区域向左偏转第一预设角度；

当获取到车辆4右转弯信号时，设置当前扫描区域相对于所述车辆4直行时的扫描区域向右偏转第二预设角度。

所述第一预设角度与所述第二预设角度可以为一固定值，也可以根据车辆4的位置情况灵活设置，例如，使所述扫描区域实时位于车头的正前方(当车辆4前行时)；于本方案中，考虑到所述车辆防碰撞方法的应用载体为测试软件，因此设置第一预设角度与所述第二预设角度均为30°。

于图8至图10中可以看出，在该实施例中，当车辆4左拐/右拐时，仅是报警区52和刹车区51随车辆4发生偏转，而由于所述警戒区53的范围较大，因此可以不必随车辆4一同偏转；且当所述车辆4左拐/右拐时，所述报警区52、刹车区51以及车辆4的轴线仍然保持在同一轴线上。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (17)

1.一种激光测距电路，其特征在于，包括DSP、CPLD、激光发射模块、激光接收模块、时差测量芯片以及为所述DSP、CPLD、激光发射模块、激光接收模块、时差测量芯片供电的电源模块；

所述DSP用于在接收到测距指令时，控制所述CPLD发出第一信号至所述激光发射模块和时差测量模块；

所述激光发射模块包括发射器以及与所述发射器连接的发射驱动电路；所述发射驱动电路在接收到所述第一信号时，控制所述发射器发出第一探测信号；

所述激光接收模块包括接收器以及与所述接收器连接的信号处理电路；所述接收器用于接收自被探测物反射回的第二探测信号并形成电信号输入至所述信号处理电路，所述信号处理电路对所述电信号进行放大及整形处理后形成第二信号，并将所述第二信号输出至所述时差测量模块；

所述信号处理电路包括依次串联的第一运放、第二运放、第三运放；所述第一运放用于将所述接收器输出的电流信号转化为电压信号，所述第二运放、第三运放均用于对所述电压信号进行放大；所述第三运放的输出端输出所述第二信号；

所述时差测量模块，用于测量所述CPLD发出第一信号至所述信号处理电路发出所述第二信号的时长，并根据该时长得到被探测物的距离值；所述时差测量模块为时差测量芯片；

所述信号处理电路还将所述第二信号送至所述CPLD；

所述CPLD在接收到所述第二信号，且确定所述第二信号的脉宽小于预设的脉宽值时，向所述DSP发出表征所述第二信号为无效信号的第四信号；以使所述DSP丢弃当前的所述被探测物的距离值。

2.如权利要求1所述的激光测距电路，其特征在于，所述时差测量模块在得到所述被探测物的距离值后，向所述DSP发送第三信号；所述DSP接收到所述第三信号后，读取所述时差测量模块中的被探测物的距离值。

3.如权利要求1所述的激光测距电路，其特征在于，所述激光驱动电路包括驱动芯片，所述发射器包括激光二极管；所述激光驱动电路还包括第一二极管、第一电阻、第一电容；

所述驱动芯片的驱动脚与所述激光二极管的阴极连接，所述激光二极管的阳极与所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端为第一供电端，所述供电端与所述电源模块连接；所述第一二极管的阳极与所述激光二极管的阴极连接，所述第一二极管的阴极与所述第一电阻的第二端连接；所述第一供电端与通过所述第一电容接地。

4.如权利要求1所述的激光测距电路，其特征在于，所述接收器包括光电二极管，所述信号处理电路包括信号转换单元以及信号放大单元；

所述信号转换单元用于将所述接收器输出的电流信号转换成电压信号；所述信号转换单元包括第一运放，所述第一运放的反向端与所述光电二极管的阴极连接，所述光电二极管的阳极通过第二电阻与电源模块连接；所述第一运放的同向端接地，所述第一运放的输出端通过第三电阻与所述第一运放的反向端连接，所述第三电阻的两端并联第二电容，所述第一运放的输出端与所述信号放大单元连接；

所述信号放大单元用于将所述第一运放输出的电压信号进行放大；所述信号放大单元包括第二运放，所述第二运放的反向端通过第四电阻接地，所述第二运放的同向端通过第五电阻与所述第一运放的输出端连接，所述第二运放的输出端通过第六电阻与所述第二运放的反向端连接。

5.如权利要求4所述的激光测距电路，其特征在于，所述激光接收模块还包括比较器、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻；

所述第三运放的输出端依次经过第七电阻、第八电阻接地；且所述信号放大单元的输出端依次经过第九电阻、第三电容接地；

所述比较器的第一输入端连接于所述第七电阻与所述第八电阻之间，所述比较器的第二输入端连接于所述第八电阻和第三电容之间；

所述比较器的输出端为所述信号处理电路的输出端，且所述比较器的输出端输出所述第二信号。

6.如权利要求1所述的激光测距电路，其特征在于，所述时差测量模块包括时差测量芯片，所述时差测量芯片具有第一信号输入端、第二信号输入端以及与所述DSP连接的使能端；

所述第一信号输入端与所述CPLD连接，以接收所述CPLD发出第一信号；所述第二信号输入端与所述信号处理电路的输出端与连接，以接收所述信号处理模块发出的第二信号；

所述时差测量芯片的使能端与所述DSP连接，以接收所述DSP发出的使能信号。

7.如权利要求1所述的激光测距电路，其特征在于，所述CPLD具有与所述DSP实现并口传输的第一引脚；

所述CPLD具有与所述激光发射模块连接的第二引脚；所述CPLD具有与所述激光接收模块连接的第三引脚，以及所述CPLD具有与所述时差测量模块连接的第四引脚。

8.如权利要求1所述的激光测距电路，其特征在于，所述DSP通过SPI接口与所述时差测量模块连接；

所述DSP的UART接口供上位机连接；

所述DSP还包括PWM控制模块，所述PWM控制模块具有供其与外部电机连接的电机控制端，所述DSP通过所述电机控制端输出PWM信号，以控制所述外部电机的旋转速度以及旋转角度。

9.一种激光测距装置，其特征在于，包括底座，电机，第一光学组件、第二光学组件、以及如权利要求1至8任意一项所述的激光测距电路；

所述第一光学组件对应所述激光测距电路的发射器设置，以配合所述发射器工作；所述第二光学组件对应所述激光测距电路的接收器设置，以配合所述接收器工作；

所述激光测距电路、所述电机均与所述底座连接，且所述电机与所述激光测距电路电连接，以使所述电机通过带动所述底座旋转，从而实现带动所述激光测距的激光发射模块和激光接收模块转动；所述激光测距电路中的DSP通过控制所述电机的运作，以驱动所述激光测距电路进行多角度的距离探测。

10.一种车辆防碰撞装置，用于车辆检测障碍物，其特征在于，所述车辆防碰撞装置包括如权利要求9所述的激光测距装置，且所述激光测距装置的发射器和接收器安装于车辆上。

11.一种车辆防碰撞方法，用于如权利要求10所述的车辆防碰撞装置；其特征在于，所述车辆防碰撞方法包括以下步骤：

S10，接收到扫描区域设定指令时，进入扫描区域设定界面；

S20，获取用户基于所述扫描区域设定界面输入相对于车体的警戒区信息、报警区信息、刹车区信息以及所述车辆的车头宽度信息；

所述报警区、刹车区以及车辆依次邻接，且所述报警区到所述车辆的距离大于所述刹车区到所述车辆的距离；所述警戒区的范围大于所述报警区以及所述刹车区；

S30，根据所述警戒区设定信息、报警区信息、刹车区信息以及所述车辆的车头宽度信息设定所述激光测距装置的当前扫描区域。

12.如权利要求11所述的车辆防碰撞方法，其特征在于，所述步骤S20包括以下步骤：

获取用户输入的警戒区长度信息、报警区长度信息、刹车区长度信息以及所述车辆的车头宽度信息；

设置所述报警区宽度、刹车区宽度与所述车辆的车头宽度相当；且所述报警区、刹车区以及所述车辆的轴线在同一直线上；所述警戒区的长度自所述车辆朝所述车辆运行的前方延伸；所述警戒区的宽度以所述车辆为中心，朝所述车辆的左右两侧延伸。

13.如权利要求11所述的车辆防碰撞方法，其特征在于，所述车辆防碰撞方法的步骤还包括：

控制发射器向车辆前方的所述扫描区域发送激光探测信号；

获取接收器接收的所述扫描区域的检测信号；

当所述检测信号中包含障碍物信息时，确定所述障碍物所处的区域，并输出对应区域的报警信号。

14.如权利要求11所述的车辆防碰撞方法，其特征在于，所述车辆防碰撞方法的步骤还包括：

当接收到用户输入的过滤误警报次数指令时，根据所述过滤误警报次数指令设定车辆防碰撞装置的过滤误警报次数；

执行所述获取接收器接收的所述扫描区域的检测信号的步骤之后还包括：

若确定在同一位置内连续检测到的障碍物的次数大于所述过滤误警报次数时，发出所述障碍物所在的区域对应的报警信号。

15.如权利要求11所述的车辆防碰撞方法，其特征在于，所述根据所述警戒区设定信息、报警区信息、刹车区信息以及所述车辆的车头宽度信息设定所述激光测距装置的当前扫描区域的步骤还包括：

根据用户设定的所述扫描区域，生成反映车辆当前位置与所述扫描区域的位置关系的图像和数据，供用户查看。

16.如权利要求11所述的车辆防碰撞方法，其特征在于，所述车辆防碰撞方法的步骤还包括：

当获取到车辆直行信号时，设置所述扫描区域处于所述车辆行驶方向的正前方；

当获取到车辆左转弯信号时，设置当前扫描区域相对所述车辆直行时的扫描区域向左偏转第一预设角度；

当获取到车辆右转弯信号时，设置当前扫描区域相对于所述车辆直行时的扫描区域向右偏转第二预设角度。

17.如权利要求16所述的车辆防碰撞方法，其特征在于，所述第一预设角度为30°，所述第二预设角度为30°。