一、項(xiàng)目概述

1.1 引言

激光測(cè)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(cè)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(shì)，采用測(cè)距儀能夠測(cè)量其收斂情況。

1.2 項(xiàng)目背景/選題動(dòng)機(jī)

根據(jù)我們調(diào)研市場(chǎng)中普通手持激光測(cè)距儀價(jià)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(jiǎn)單。因此我們采用AVR128處理器構(gòu)造新型激光測(cè)距檢測(cè)系統(tǒng)，具有多功能、高精度、自動(dòng)化和價(jià)格優(yōu)勢(shì)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(jì)的測(cè)距儀，能夠?qū)﹁F路隧道的收斂情況進(jìn)行全天候測(cè)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(jì)的測(cè)距儀，角度在0.1mm以上，模塊穩(wěn)定，可靠等。

三、方案設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理

利用了激光脈沖持續(xù)時(shí)間極短、瞬時(shí)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(cè)目標(biāo)的漫反射信號(hào)，進(jìn)行距離測(cè)量。脈沖法激光測(cè)距的原理與雷達(dá)測(cè)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(jì)數(shù)器測(cè)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(shí)間，由此計(jì)算目標(biāo)的距離。脈沖法激光測(cè)距的原理如圖 1 所示，測(cè)距公式為：d=ct/2。其中，d為測(cè)量距離，c為光速，t為測(cè)距信號(hào)往返時(shí)間。

圖1 脈沖法激光測(cè)距的原理

3.2 硬件平臺(tái)選用及資源配置

硬件平臺(tái)選用：AVR XMEGA-A1 Xplained評(píng)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(gè)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(bào)聲音。將采集到數(shù)據(jù)由SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、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(jì)實(shí)現(xiàn)結(jié)果

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