一、项目概述

1.1 引言

激光测距具有角分辨力高、抗干扰能力强,可以避免微波贴近地面的多路径效应和地物干扰问题,并且具有质量轻、结构小巧、安装调整方便等优点,是目前高精度测距最理想的仪器之一。铁路隧道在施工完成后,其围岩有缓慢的变化趋势,采用测距仪能够测量其收敛情况。

 

1.2 项目背景/选题动机

根据我们调研市场中普通手持激光测距仪价格在1000元左右,带有串口等其他通信接口在2000元以上,而且功能单一,接口简单。因此我们采用AVR128处理器构造新型激光测距检测系统,具有多功能、高精度、自动化和价格优势等,应用到铁路隧道围岩收敛监控当中。

 

二、需求分析

2.1 功能要求

设计的测距仪,能够对铁路隧道的收敛情况进行全天候测量,而且能够将数据保存到SD卡,并且传输到监控中心。

 

2.2 性能要求

设计的测距仪,角度在0.1mm以上,模块稳定,可靠等。

 

三、方案设计

3.1 系统功能实现原理

利用了激光脉冲持续时间极短、瞬时功率很大的特点,即使没有合作目标,也能通过接收被测目标的漫反射信号,进行距离测量。脉冲法激光测距的原理与雷达测距相似,利用脉冲激光器向目标发射单次激光脉冲或激光脉冲串,计数器测量激光脉冲到达目标并由目标返回到接收机的往返时间,由此计算目标的距离。脉冲法激光测距的原理如图 1 所示,测距公式为:d=ct/2。其中,d为测量距离,c为光速,t为测距信号往返时间。

 

图1 脉冲法激光测距的原理

图1 脉冲法激光测距的原理

 

3.2 硬件平台选用及资源配置

硬件平台选用:AVR XMEGA-A1 Xplained评估套件是基于8位ATMEGA128芯片。

使用到板上资源:SPI接口、温度传感器光线传感器、语言喇叭、串口模块。

 

图2 硬件架构

图2 硬件架构

 

3.3系统软件架构

如图3所示,系统首先采集三个重要信息:距离位置、温湿度和外界光强度。根据相应的数据算发,消除温度和外界光强都光斑位置的影响。距离位置超过设定的阈值,采用板上的扬声器发出警报声音。将采集到数据由SD卡数据存储、LCD液晶显示和串口传输到监控中心。

 

3.4 系统软件流程

 

图3程序运行流程图

图3程序运行流程图

 

3.4 系统预计实现结果

应用到实际隧道围岩收敛监测当中。