描述：

相位式激光測(cè)距儀與脈沖式激光測(cè)距儀功能是一樣的，都是為了測(cè)距，但是應(yīng)用的原理卻不一樣。相位法原理：從物體反射的輻射被光電探測(cè)器接收，其相位與來(lái)自激光的參考信號(hào)的相位進(jìn)行比較。波傳播中存在延遲會(huì)產(chǎn)生相移，由測(cè)距儀測(cè)量。
距離由以下公式確定：

其中c是光速，f是激光的調(diào)制頻率，phi是相移。
這個(gè)公式只有在到物體的距離小于調(diào)制信號(hào)波長(zhǎng)的一半時(shí)才有效，這等于c/2f.

如果調(diào)制頻率為10MHz，那么測(cè)得的距離可以達(dá)到15米，當(dāng)距離從0到15米變化時(shí)，相位差將從0到360度變化。在這種情況下，將相移改變1度對(duì)應(yīng)于物體的運(yùn)動(dòng)約4厘米，

當(dāng)超過(guò)該距離時(shí)，會(huì)產(chǎn)生模糊性 - 無(wú)法確定測(cè)量距離中適合多少波周期。為了解決歧義，切換激光器的調(diào)制頻率，然后求解所得方程組。

最簡(jiǎn)單的情況是使用兩個(gè)頻率，在低頻下大致確定到物體的距離（但最大距離仍然有限），在高頻率下確定距離以期望的精度-與測(cè)量相移的精度相同，當(dāng)使用高頻時(shí)，測(cè)量距離的精度會(huì)明顯更高。

由于有相對(duì)簡(jiǎn)單的方法可以高精度地測(cè)量相移，因此在這種測(cè)距儀中測(cè)量距離的精度可以達(dá)到0.5 mm.這是測(cè)距儀中使用的相位原理，需要高精度的測(cè)量?jī)x - 大地測(cè)量?jī)x，激光卷尺測(cè)量?jī)x，安裝在機(jī)器人上的掃描測(cè)距儀。然而，該方法有缺點(diǎn) - 持續(xù)工作的激光器的輻射功率明顯小于脈沖激光器的輻射功率，這不允許使用相位測(cè)距儀來(lái)測(cè)量長(zhǎng)距離。此外，以所需精度測(cè)量相位可能需要一些時(shí)間，這限制了設(shè)備的速度。激光測(cè)距儀（Laser rangefinder）是利用激光的飛行時(shí)間（ToF）實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)距離測(cè)量的儀器，可以滿足日常生活和工業(yè)自動(dòng)化等基本測(cè)量要求，例如距離測(cè)量、面積測(cè)量、體積測(cè)量、高度追蹤等。

方案：

本套方案包含原理圖+pcb+源代碼+光學(xué)部分資料+元件供應(yīng)商+bom+調(diào)試指南等。激光測(cè)量比超聲波測(cè)量更加精準(zhǔn)，且較不易受到外界干擾，但需要復(fù)雜且快速的計(jì)算，因此需搭配32位Arm Cortex-M0+核心的STM32F030C8T6 MCU。

圖1. 激光測(cè)距原理框圖

方案采用相位法，測(cè)量激光往返所産生的相位延遲，再根據(jù)調(diào)制光的波長(zhǎng)，換算此相位延遲所代表的距離，即用間接方法測(cè)定出光往返測(cè)線所需的時(shí)間，理論測(cè)量精度可達(dá)到mm量級(jí)。

本方案采用3.3V電源供電，精度+-1.5mm，量程0.2m~60m，帶TTL/RS485接口。

硬件設(shè)計(jì)

激光測(cè)距儀由主控板、激光接收板和光學(xué)部分組成，主控板MCU爲(wèi)STM32F030C8T6，負(fù)責(zé)控制激光發(fā)射與接收，并計(jì)算出測(cè)距儀與物體之間的距離，激光接收板主要負(fù)責(zé)激光回波信號(hào)的接收與放大，將放大后的信號(hào)送回主控MCU。本激光測(cè)距儀采用相位測(cè)量法，因此使用兩顆激光發(fā)射頭(內(nèi)、外光路)，并由同一接收頭接收激光的回波信號(hào)，通過(guò)內(nèi)、外兩路不同的激光信號(hào)相位差可推算出測(cè)距儀與物體之間的距離，當(dāng)測(cè)距儀與物體之間距離較短時(shí)，內(nèi)、外光路的相位差值較小，反之若物體較遠(yuǎn)時(shí)，內(nèi)、外光路的相位差值會(huì)增加。相位計(jì)算需使用到快速傅里葉變換(FFT算法已集成在軟件工程里面)，并使用多個(gè)不同頻率對(duì)同一距離的待測(cè)物進(jìn)行測(cè)量，才可取得準(zhǔn)確的距離。

圖2發(fā)射板原理圖

圖3發(fā)射板PCB正面

圖4發(fā)射板PCB反面

圖5發(fā)射板3D效果圖正面

圖6發(fā)射板3D效果圖反面

圖7接收板原理圖

圖8接收板PCB

圖9光學(xué)結(jié)構(gòu)架子

審核編輯 黃昊宇