二維激光雷達(dá)掃描測(cè)距監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了二維激光雷達(dá)掃描測(cè)距監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括激光測(cè)距設(shè)備、主控電路板、轉(zhuǎn)動(dòng)裝置和上位機(jī)。激光測(cè)距設(shè)備用于測(cè)定當(dāng)前障礙物方向的距離信息，并將距離信息傳遞給主控電路板；主控電路板，用于處理距離信息和光學(xué)轉(zhuǎn)鏡的角度信息，發(fā)送控制脈沖控制轉(zhuǎn)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)；轉(zhuǎn)動(dòng)裝置包括電機(jī)和光學(xué)轉(zhuǎn)鏡，光學(xué)轉(zhuǎn)鏡用于激光的反射和接收，電機(jī)用于帶動(dòng)光學(xué)轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)；上位機(jī)用于處理數(shù)據(jù)信息和顯示當(dāng)前掃描結(jié)果。激光測(cè)距設(shè)備發(fā)射的激光光束經(jīng)過(guò)光學(xué)轉(zhuǎn)鏡反射后打到目標(biāo)物上，經(jīng)由目標(biāo)障礙物反射后，激光回波被光學(xué)轉(zhuǎn)鏡反射回激光測(cè)距設(shè)備，時(shí)間極短，隨著光學(xué)轉(zhuǎn)鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)，可快速的掃描得到角度和距離信息，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的障礙物監(jiān)測(cè)。
【專利說(shuō)明】
二維激光雷達(dá)掃描測(cè)距監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及雷達(dá)領(lǐng)域，具體涉及二維激光雷達(dá)掃描測(cè)距監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]激光雷達(dá)廣泛應(yīng)用于掃描監(jiān)測(cè)目標(biāo)障礙物尺寸及與其它物體之間的距離、以及目標(biāo)障礙物的運(yùn)行速度，例如鐵路鐵軌上障礙物尺寸，以及鐵軌與障礙物之間的距離及相對(duì)速度。以目前市場(chǎng)上主流的掃描激光雷達(dá)為例，簡(jiǎn)要的介紹激光雷達(dá)的工作原理。掃描激光雷達(dá)包括一個(gè)激光發(fā)射器、一個(gè)激光接收器和一個(gè)云臺(tái)。激光發(fā)射器發(fā)射一束激光脈沖，經(jīng)過(guò)目標(biāo)物體反射后，被激光接收器接收。激光接收器準(zhǔn)確的測(cè)量光脈沖從激光發(fā)射到激光接收之間的時(shí)間。而光速是已知的，測(cè)量出來(lái)的激光傳播時(shí)間可以轉(zhuǎn)化為對(duì)激光傳播的距離。而云臺(tái)不停的旋轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)不同方向上的距離測(cè)量，得到激光掃描截面上的距離和角度信息。然而，隨著人們對(duì)安全性要求的提高，對(duì)二維激光雷達(dá)的掃描精確度和掃描速度有了更高的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有技術(shù)中二維激光雷達(dá)的掃描準(zhǔn)確度和掃描速度無(wú)法滿足人們的需求，目的在于提供二維激光雷達(dá)掃描測(cè)距監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)快速掃描，并極大地提高分辨率、低成本。
[0004]本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
包括激光測(cè)距設(shè)備、主控電路板、轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、上位機(jī)和攝像監(jiān)視模塊，所述激光測(cè)距設(shè)備用于測(cè)定當(dāng)前障礙物方向的距離信息，并將距離信息傳遞給主控電路板，述激光測(cè)距設(shè)備包括:用于激光光束發(fā)射的激光發(fā)射模塊、用于接收激光回波信號(hào)的激光接收模塊和用于處理激光回波信號(hào)的激光電路模塊，所述激光發(fā)射模塊和激光接收模塊被封裝成一體化的模塊，激光發(fā)射光束和激光回波經(jīng)同一光窗發(fā)射和接收，激光電路模塊與激光發(fā)射模塊和激光接收模塊相連接;主控電路板，用于處理距離信息和光學(xué)轉(zhuǎn)鏡的角度信息，發(fā)送控制脈沖控制轉(zhuǎn)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng);轉(zhuǎn)動(dòng)裝置包括電機(jī)和光學(xué)轉(zhuǎn)鏡，所述光學(xué)轉(zhuǎn)鏡用于激光的反射和接收，電機(jī)用于帶動(dòng)光學(xué)轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng);上位機(jī)接收主控電路模塊發(fā)送的距離和角度信息，經(jīng)處理后顯示當(dāng)前的掃描圖，上位機(jī)通過(guò)通訊端口與主控電路板連接;攝像監(jiān)視模塊用于輔助雷達(dá)掃描進(jìn)行監(jiān)測(cè)當(dāng)前方向障礙物的形狀大小和距離;光學(xué)轉(zhuǎn)鏡與電機(jī)水平方向上平行放置，電機(jī)位于光學(xué)轉(zhuǎn)鏡下方，光學(xué)轉(zhuǎn)鏡與激光測(cè)距設(shè)備位于一條水平線上，電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)輪通過(guò)皮帶輪連接光學(xué)轉(zhuǎn)鏡并帶動(dòng)光學(xué)轉(zhuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，二維激光雷達(dá)測(cè)距裝置還包括歸零開關(guān)，所述歸零開關(guān)用于初始化二維激光雷達(dá)的掃描角度，并將掃描的起始角度傳遞給主控電路板。
[0005]優(yōu)選地，所述激光發(fā)射模塊發(fā)射的激光光束包括紅外激光光束，光束發(fā)散角為小于3mrad。
[0006]優(yōu)選地，所述激光測(cè)距設(shè)備的測(cè)距速度最低為ΙΟΚΗζ。
[0007]優(yōu)選地，所述電機(jī)為直流無(wú)刷伺服電機(jī)。
[0008]優(yōu)選地，所述通訊端口為RS422或RS232或Etherne t中的一種。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
1、本發(fā)明二維激光雷達(dá)掃描測(cè)距監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，激光測(cè)距設(shè)備發(fā)射的激光光束經(jīng)過(guò)光學(xué)轉(zhuǎn)鏡反射后，會(huì)打到目標(biāo)物上，經(jīng)由目標(biāo)障礙物反射后，激光回波被光學(xué)轉(zhuǎn)鏡反射回激光接收模塊，這個(gè)時(shí)間極短，隨著光學(xué)轉(zhuǎn)鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)，可以快速的掃描得到角度和距離信息，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的障礙物監(jiān)測(cè)；
2、本發(fā)明二維激光雷達(dá)掃描測(cè)距監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該監(jiān)測(cè)具有極大的范圍，且可以精確的反應(yīng)目標(biāo)障礙物的尺寸及其運(yùn)動(dòng)速度；
3、本發(fā)明二維激光雷達(dá)掃描測(cè)距監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠有效的利用空間，使雷達(dá)裝置的集成度更高，同時(shí)將電機(jī)和轉(zhuǎn)鏡放置在同一個(gè)安裝板上，使中心降低，只需要讓激光測(cè)距設(shè)備與光學(xué)轉(zhuǎn)鏡處于同一中心上，使集成更方便。
【附圖說(shuō)明】
[0010]此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。在附圖中:
圖1為本發(fā)明二維激光雷達(dá)測(cè)距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明二維激光雷達(dá)測(cè)距裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明二維激光雷達(dá)測(cè)距裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011 ]附圖中標(biāo)記及對(duì)應(yīng)的零部件名稱:1-激光測(cè)距設(shè)備，101-激光發(fā)射口，102-底座，103-安裝板，2-主控電路板，3-轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，301-電機(jī)，302-光學(xué)轉(zhuǎn)鏡，303-旋轉(zhuǎn)輪，4-歸零開關(guān)，5-通訊端口，6-上位機(jī)，7-障礙物，8-攝像監(jiān)視模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0012]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說(shuō)明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
實(shí)施例
[0013]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施提供了一種二維激光雷達(dá)裝置，包括激光測(cè)距設(shè)備1、主控電路板2、轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3、上位機(jī)6和攝像監(jiān)視模塊8。激光測(cè)距設(shè)備I用于測(cè)定當(dāng)前障礙物7方向的距離信息，并將距離信息傳遞給主控電路板2，述激光測(cè)距設(shè)備I包括:用于激光光束發(fā)射的激光發(fā)射模塊、用于接收激光回波信號(hào)的激光接收模塊和用于處理激光回波信號(hào)的激光電路模塊，激光電路模塊與激光發(fā)射模塊和激光接收模塊相連接;主控電路板2，用于處理距離信息和光學(xué)轉(zhuǎn)鏡的角度信息，發(fā)送控制脈沖控制轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3轉(zhuǎn)動(dòng);轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3包括電機(jī)和光學(xué)轉(zhuǎn)鏡，光學(xué)轉(zhuǎn)鏡用于激光的反射和接收，電機(jī)為直流無(wú)刷伺服電機(jī)，用于帶動(dòng)光學(xué)轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng);上位機(jī)6接收主控電路模塊2發(fā)送的距離和角度信息，經(jīng)處理后顯示當(dāng)前的掃描圖，上位機(jī)6通過(guò)通訊端口 5與主控電路板2連接;攝像監(jiān)視模塊8用于輔助雷達(dá)掃描進(jìn)行監(jiān)測(cè)當(dāng)前方向障礙物7的形狀大小和距離；；還包括歸零開關(guān)4，歸零開關(guān)4用于初始化二維激光雷達(dá)的掃描角度，并將掃描的起始角度傳遞給主控電路板2。主控電路板2與歸零開關(guān)4、激光測(cè)距設(shè)備I以及轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3連接。
[0014]激光發(fā)射模塊發(fā)射的激光光束包括紅外激光光束，光束發(fā)散角為2mrad。激光測(cè)距設(shè)備I的測(cè)距速度為20KHz。通訊端口 5為RS422。轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3中電機(jī)帶動(dòng)光學(xué)轉(zhuǎn)鏡以一定的速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在二維截面上進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描測(cè)距。主控電路板2輸出脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)記錄當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度與接收當(dāng)前角度激光測(cè)距的距離信息。上位機(jī)6通過(guò)通訊端口接收來(lái)自主控電路板2的距離和角度信息，經(jīng)處理后顯示當(dāng)前的掃描圖。
[0015]如圖2和圖3所示，包括底座102和安裝板103，安裝板103垂直設(shè)置于底座102上，光學(xué)轉(zhuǎn)鏡302與電機(jī)301相對(duì)于底座102平行安裝于安裝板103上，電機(jī)301位于光學(xué)轉(zhuǎn)鏡302的正下方，光學(xué)轉(zhuǎn)鏡302與激光測(cè)距設(shè)備I的激光發(fā)射口 101位于一條水平線上，電機(jī)301帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)輪303轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)輪303通過(guò)皮帶輪連接光學(xué)轉(zhuǎn)鏡302并帶動(dòng)光學(xué)轉(zhuǎn)鏡302旋轉(zhuǎn)。激光測(cè)距設(shè)備I發(fā)射激光光束到光學(xué)轉(zhuǎn)鏡302的反射面上，光學(xué)轉(zhuǎn)鏡302的反射面與出射激光成45°夾角，垂直出射的激光經(jīng)光學(xué)轉(zhuǎn)鏡302的反射面后平行出射，當(dāng)光束照射到障礙物7上之后，會(huì)發(fā)生反射，即為回波信號(hào)?；夭ㄐ盘?hào)再次經(jīng)過(guò)光學(xué)轉(zhuǎn)鏡302，反射到激光測(cè)距設(shè)備I的接收光窗中，測(cè)得當(dāng)前的距離信息。當(dāng)光學(xué)轉(zhuǎn)鏡302在電機(jī)301的帶動(dòng)下勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，激光測(cè)距設(shè)備I能測(cè)得各個(gè)方向上的距離信息，不同角度的距離信息按照一定的規(guī)則處理后，可以顯示出當(dāng)前的掃描障礙物的結(jié)果。
[0016]上述激光測(cè)距設(shè)備I可以采用已有的激光測(cè)距模塊，脈沖式或相位式激光測(cè)距模塊，激光測(cè)距設(shè)備的信號(hào)載波可選用可見光或紅外光，如905nm載波，測(cè)距的頻率可選擇1KHz極其以上速率，在確定掃描頻率的情況下，為提高分辨率，可選擇更高測(cè)距頻率的激光測(cè)距設(shè)備;光學(xué)轉(zhuǎn)鏡302可以采用鍍銀反射面，其反射率可選擇95%以上；電機(jī)301為直流無(wú)刷伺服電機(jī)，可選參數(shù)為3000轉(zhuǎn)/min，電機(jī)301可以配較高精度的編碼器，提高角度的精度。
[0017]以上所述的【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.二維激光雷達(dá)掃描測(cè)距監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括激光測(cè)距設(shè)備(I)、主控電路板(2)、轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(3)、上位機(jī)(6)和攝像監(jiān)視模塊(8)，所述激光測(cè)距設(shè)備(I)用于測(cè)定當(dāng)前障礙物(7)方向的距離信息，并將距離信息傳遞給主控電路板(2)，述激光測(cè)距設(shè)備(I)包括:用于激光光束發(fā)射的激光發(fā)射模塊、用于接收激光回波信號(hào)的激光接收模塊和用于處理激光回波信號(hào)的激光電路模塊，所述激光發(fā)射模塊和激光接收模塊被封裝成一體化的模塊，激光發(fā)射光束和激光回波經(jīng)同一光窗發(fā)射和接收，激光電路模塊與激光發(fā)射模塊和激光接收模塊相連接;主控電路板(2)，用于處理距離信息和光學(xué)轉(zhuǎn)鏡的角度信息，發(fā)送控制脈沖控制轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(3)轉(zhuǎn)動(dòng);轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(3)包括電機(jī)(301)和光學(xué)轉(zhuǎn)鏡(302)，所述光學(xué)轉(zhuǎn)鏡用于激光的反射和接收，電機(jī)(301)用于帶動(dòng)光學(xué)轉(zhuǎn)鏡(302)轉(zhuǎn)動(dòng);上位機(jī)(6)接收主控電路模塊(2)發(fā)送的距離和角度信息，經(jīng)處理后顯示當(dāng)前的掃描圖，上位機(jī)(6)通過(guò)通訊端口(5)與主控電路板(2)連接;攝像監(jiān)視模塊(8)用于輔助雷達(dá)掃描進(jìn)行監(jiān)測(cè)當(dāng)前方向障礙物(7)的形狀大小和距離;光學(xué)轉(zhuǎn)鏡(302)與電機(jī)(301)水平方向上平行放置，電機(jī)(301)位于光學(xué)轉(zhuǎn)鏡(302)下方，光學(xué)轉(zhuǎn)鏡(302)與激光測(cè)距設(shè)備(I)位于一條水平線上，電機(jī)(301)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)輪(303)轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)輪(303)通過(guò)皮帶輪連接光學(xué)轉(zhuǎn)鏡(302)并帶動(dòng)光學(xué)轉(zhuǎn)鏡(302)旋轉(zhuǎn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維激光雷達(dá)掃描測(cè)距監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及系統(tǒng)，其特征在于，還包括歸零開關(guān)(4)，所述歸零開關(guān)(4)用于初始化二維激光雷達(dá)的掃描角度，并將掃描的起始角度傳遞給主控電路板(2)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維激光雷達(dá)掃描測(cè)距監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及系統(tǒng)，其特征在于，所述激光發(fā)射模塊發(fā)射的激光光束包括紅外激光光束，光束發(fā)散角為小于3mrad。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維激光雷達(dá)掃描測(cè)距監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及系統(tǒng)，其特征在于，所述激光測(cè)距設(shè)備(I)的測(cè)距速度最低為ΙΟΚΗζ。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維激光雷達(dá)掃描測(cè)距監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及系統(tǒng)，其特征在于，所述電機(jī)為直流無(wú)刷伺服電機(jī)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維激光雷達(dá)掃描測(cè)距監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及系統(tǒng)，其特征在于，所述通訊端口(5)為RS422或RS232或Ethernet中的一種。
【文檔編號(hào)】G01S17/08GK106093957SQ201610608197
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月29日 公開號(hào)201610608197.6, CN 106093957 A, CN 106093957A, CN 201610608197, CN-A-106093957, CN106093957 A, CN106093957A, CN201610608197, CN201610608197.6
【發(fā)明人】何家玉, 趙宇, 游迪, 趙靜, 王曉維
【申請(qǐng)人】成都希德電子信息技術(shù)有限公司