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基于μC/OS-II的嵌入式激光测距系统设计

2013-08-07 00:04
蓝林笑生
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  1.2 差频测相原理

  所谓差频法测相的原理就是指通过主振频率与本振频率的乘法混频,得到两个新的频率的信号分量的叠加,经过低通滤波器后,变成了中低频信号,由于差频信号仍保持着原高频信号相应的相位关系,测量中低频信号的相位就相当于测量主振信号经往返距离后的相位延迟。这样可以降低电路复杂度,提高了测距精度。

基于μC/OS-II的嵌入式激光测距系统

  将这两路信号与外加的信号U3 = I3 cos(ω1 t +φ3)进行乘法混频后可得到:

基于μC/OS-II的嵌入式激光测距系统

  再将新得到的这两路信号1 W 和2 W 分别通过低通滤波器,滤除其高频分量,得到包含(ω -ω1 )频谱分量的低频信号,并且相应的相位信息 φ1和 φ2仍然保留在滤波后的信号中,而且不会导致相位信息的丢失,然后对这两路信号进行AD 采样,再由微处理器通过数字信号处理算法得出相位差Δφ,进而可以计算出发射激光与待测物体之间的距离。

  2 系统的硬件结构和工作原理

  系统的硬件组成如图2 所示,包括基于ARM9(S3C2440A)处理器模块、激光调制驱动电路、本振信号发生器、激光发射电路、激光接收电路、混频滤波电路、液晶显示模块、键盘输入模块等部分组成。S3C2440A 是SAM SUNG 公司推出的一款ARM 9 微控制器,内核是32 bitARM920T,它的系统时钟是由内部PLL 产生的400MHz CPU 内核工作频率,同时具有64 MB Flash 及64 MB SDRAM外部存储器。内部集成SDRAM 和FLASH 控制器,功能接口丰富,是一款高速、低功耗、高性能的新型处理器,可广泛应用于通信、汽车、工业控制、PDA、医疗等系统的开发。本文系统中采用ARM9核心板作为数据采集控制核心,由它来产生A/D 转换器的各种控制信号、基本的数据处理等。

基于μC/OS-II的嵌入式激光测距系统

  系统的硬件工作原理是: 该系统主要由本振信号发生器、激光的发射电路和接收电路、混频及滤波电路、处理器与显示电路等部分组成。本振信号发生器可产生两个频率相差1KHz 的正弦信号,通过激光发射电路来调制发射激光的功率,再将发射激光和接收激光分别转换为相应电信号,然后通过混频和滤波放大电路将相位差信息转移到两个低频的信号上,最后由ARM 9 处理器采集这两个低频信号,并且计算出相位差并转换为距离,最后由显示模块显示出来。系统外围电路包括系统时钟、模数转换ADC、外部中断、定时系统、信号捕捉模块(Capture)、脉宽调制输出(PWM)等。

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