一、項(xiàng)目概述

1.1 引言

激光測距具有角分辨力高、抗干擾能力強(qiáng)，可以避免微波貼近地面的多路徑效應(yīng)和地物干擾問題，并且具有質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)小巧、安裝調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)，是目前高精度測距最理想的儀器之一。鐵路隧道在施工完成后，其圍巖有緩慢的變化趨勢，采用測距儀能夠測量其收斂情況。

1.2 項(xiàng)目背景/選題動機(jī)

根據(jù)我們調(diào)研市場中普通手持激光測距儀價格在1000元左右，帶有串口等其他通信接口在2000元以上，而且功能單一，接口簡單。因此我們采用AVR128處理器構(gòu)造新型激光測距檢測系統(tǒng)，具有多功能、高精度、自動化和價格優(yōu)勢等，應(yīng)用到鐵路隧道圍巖收斂監(jiān)控當(dāng)中。

二、需求分析

2.1 功能要求

設(shè)計的測距儀，能夠?qū)﹁F路隧道的收斂情況進(jìn)行全天候測量，而且能夠?qū)?shù)據(jù)保存到SD卡，并且傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。

2.2 性能要求

設(shè)計的測距儀，角度在0.1mm以上，模塊穩(wěn)定，可靠等。

三、方案設(shè)計

3.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理

利用了激光脈沖持續(xù)時間極短、瞬時功率很大的特點(diǎn)，即使沒有合作目標(biāo)，也能通過接收被測目標(biāo)的漫反射信號，進(jìn)行距離測量。脈沖法激光測距的原理與雷達(dá)測距相似，利用脈沖激光器向目標(biāo)發(fā)射單次激光脈沖或激光脈沖串，計數(shù)器測量激光脈沖到達(dá)目標(biāo)并由目標(biāo)返回到接收機(jī)的往返時間，由此計算目標(biāo)的距離。脈沖法激光測距的原理如圖 1 所示，測距公式為：d=ct/2。其中，d為測量距離，c為光速，t為測距信號往返時間。

圖1 脈沖法激光測距的原理

3.2 硬件平臺選用及資源配置

硬件平臺選用：AVR XMEGA-A1 Xplained評估套件是基于8位ATMEGA128芯片。

使用到板上資源：SPI接口、溫度傳感器、光線傳感器、語言喇叭、串口模塊。

圖2 硬件架構(gòu)

3.3系統(tǒng)軟件架構(gòu)

如圖3所示，系統(tǒng)首先采集三個重要信息：距離位置、溫濕度和外界光強(qiáng)度。根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)算發(fā)，消除溫度和外界光強(qiáng)都光斑位置的影響。距離位置超過設(shè)定的閾值，采用板上的揚(yáng)聲器發(fā)出警報聲音。將采集到數(shù)據(jù)由SD卡數(shù)據(jù)存儲、LCD液晶顯示和串口傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。

3.4 系統(tǒng)軟件流程

圖3程序運(yùn)行流程圖

3.4 系統(tǒng)預(yù)計實(shí)現(xiàn)結(jié)果

應(yīng)用到實(shí)際隧道圍巖收斂監(jiān)測當(dāng)中。