激光测距体系的最根本原理便是丈量激光脉冲在空间传达的时刻间隔，然后取得被丈量的间隔。针对相位法激光测距的根本原理与完结办法进行研究，本文结合了嵌入式、差频测持平相关技能和实时操作体系μC/OS-II 的长处，硬件结构合理，软件完结办法灵敏，满意了网络化实时高速信息提取和传输的要求。
避免了传统测距体系中存在着劳动强度大、数据收集慢、数据处理时刻长、核算准确度低及数据不能直接输出到其它体系等问题。本体系完结相对简略，具有丈量精度高、安稳度好、速度快等长处。在生产厂矿、科研校园、计量院所等有着很大的使用空间，具有有很高的实用价值。
1 体系的根本原理
1.1 相位式激光测距原理
关于接连波的激光测距一般选用相位式测距，主要是指用接连调制的激光波光束照耀待测物体，从丈量光束往复中发生的相位改变联系换算出激光传感器与待测方针物体间的间隔D.
公式(1) 为相位式测距公式，其间C 为光波在空气中的传达速率，φ为调试的激光信号经过反射后而发生的相位差，f 为信号的调制频率。它可得到优于脉冲式飞翔时刻丈量法的测距精度，可是测距速度慢，结构更为杂乱，关于高速运动物体存在多普勒效应。
图 1 为相位式激光测距原理图，其间Δφ为信号往复时相位推迟缺乏2π 的部分，其间φ= 2Nπ + Δφ，N 为激光往复所包含的波长的个数。所以，在给定调制频率的情况下，间隔的丈量就变成了对激光往复一次所包含整数个波长数量的丈量和缺乏于一个波长的相位的丈量。跟着现代无线电测相技能的开展，相位丈量可达很高的精度，所以相位式激光测距也能到达很高的精度。
1.2 差频测相原理
所谓差频法测相的原理便是指经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重量的叠加，经过低通滤波器后，变成了中低频信号，因为差频信号仍保持着原高频信号相应的相位联系，丈量中低频信号的相位就相当于丈量主振信号经往复间隔后的相位推迟。这样能够下降电路杂乱度，进步了测距精度。
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：
再将新得到的这两路信号1 W 和2 W 别离经过低通滤波器，滤除其高频重量，得到包含(ω -ω1 )频谱重量的低频信号，而且相应的相位信息 φ1和 φ2依然保留在滤波后的信号中，而且不会导致相位信息的丢掉，然后对这两路信号进行AD 采样，再由微处理器经过数字信号处理算法得出相位差Δφ，从而能够核算出发射激光与待测物体之间的间隔。
2 体系的硬件结构和作业原理
体系的硬件组成如图2 所示，包含根据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、激光接纳电路、混频滤波电路、液晶显现模块、键盘输入模块等部分组成。S3C2440A 是SAM SUNG 公司推出的一款ARM 9 微操控器，内核是32 bitARM920T,它的体系时钟是由内部PLL 发生的400MHz CPU 内核作业频率，一起具有64 MB Flash 及64 MB SDRAM外部存储器。内部集成SDRAM 和FLASH 操控器，功用接口丰厚，是一款高速、低功耗、高性能的新式处理器，可广泛使用于通讯、轿车、工业操控、PDA、医疗等体系的开发。本文体系中选用ARM9中心板作为数据收集操控中心，由它来发生A/D 转化器的各种操控信号、根本的数据处理等。
体系的硬件作业原理是： 该体系主要由本振信号发生器、激光的发射电路和接纳电路、混频及滤波电路、处理器与显现电路等部分组成。本振信号发生器可发生两个频率相差1KHz 的正弦信号，经过激光发射电路来调制发射激光的功率，再将发射激光和接纳激光别离转化为相应电信号，然后经过混频和滤波扩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 处理器收集这两个低频信号，而且核算出相位差并转化为间隔，最后由显现模块显现出来。体系外围电路包含体系时钟、模数转化ADC、外部中止、守时体系、信号捕捉模块(Capture)、脉宽调制输出(PWM)等。
3 体系软件设计
因为本体系软件功用相对杂乱，既有输入和输出模块，又要完结丈量操作和数据的处理，对速度和实时性要求比较高，为此本文选用了μC/OS-II 实时操作体系。μC/OS-II 是一种简略、高效、源代码揭露的实时嵌入式操作体系，μC/OS-II 供给的根本功用包含使命的树立、运转、删去、设置使命优先级、进行使命切换等，而且为使命之间的通讯和共享资源的维护供给了事情标志、信号量、互斥信号量、邮箱四种机制。本文选用μC/OS-II 实时体系，充分体现了其简练、高效的特色。软件设计主要是μC/OS-II 的移植和使命的编写。将操作体系移植到ARM9 处理器上，经过μC/OS-II 内核的使命调度，可解决传统嵌入式软件设计中呈现的编程杂乱、可维护性差以及体系的实时性得不到确保等问题。体系软件包含ARM 的程序设计，根据μC/OS-II 操作体系，选用Keil uVision3 集成开发环境，一切程序代码都选用C 言语来编写，具有较强的可移植性和可读性。
如图3 所示，体系软件由数据的收集、处理、显现等模块组成，这些模块由μC/OS-II 实时操作体体系一调度、运转，这样软件部分就变成了对各个使命模块程序的编写，数据的收集由AD 收集模块来完结，数据的处理由ARM 通讯和数据处理模块、DA 转化模块等来完。显现主要是液晶的显现和驱动模块。其间底层驱动包含体系硬件的初始化、UART 接口的数据发送及接纳的底层代码，液晶驱动模块包含液晶屏的点、线、汉字等内容显现的完结代码等等。
4 结束语
本文叙说了相位式激光测距的原理，较为具体地给出了体系的设计方案，而且选用ARM9 处理器和引入了嵌入式实时操作体系μC/OS-II.一方面，实时操作体系具有高效的多使命优先级办理、可削减的内核结构、强壮的扩展性和可移植性以及微秒级的中止办理等都愈加有利于进步功率，有用的下降了使用程序开发的难度，有利于进步软件开发功率和开发周期的缩短。另一方面，嵌入式技能的使用和ARM9 处理器本身的性能给体系供给了优秀的硬件条件，这样从全体上进步了测距体系的实时性、安稳性、抗干扰性，具有必定的实用价值。
