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        基于Labview的高重頻激光測量方法

        2017-02-23 19:37:26賈冰徐佳
        電子技術(shù)與軟件工程 2016年24期
        關(guān)鍵詞:串口通信數(shù)據(jù)采集

        賈冰+徐佳

        高重頻激光測量傳感器以高速、高精度的測量模式,對航天航空、工業(yè)計(jì)量、測繪、社會發(fā)展有著深遠(yuǎn)影響,本文基于Labview提出一種以高重頻激光器為核心的激光測量系統(tǒng),二軸電子羅盤提供方位信息,方位選通功能,;選用FPGA板作為核心計(jì)算單元,高速處理大量采集數(shù)據(jù);利用Labview編程環(huán)境高效的進(jìn)行信號特征提取、選通及存儲,建立了一種新型激光測量方法。

        【關(guān)鍵詞】激光測量 Labview 串口通信 數(shù)據(jù)采集

        激光測量利用激光較好的單色性、相干性和方向性的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)高精度測量,根據(jù)不同的測距環(huán)境有相應(yīng)的測距模式,目前被廣泛的用于地形測量、戰(zhàn)場測量等重要軍事裝備上,并且應(yīng)用與工業(yè)測控、礦山、港口等領(lǐng)域。

        其中,激光在對目標(biāo)進(jìn)行測量時(shí),目標(biāo)面積通常只占被測區(qū)域的一部分,方位選通的實(shí)質(zhì)就是根據(jù)得到的目標(biāo)輪廓確定掃描范圍,在確定的掃描范圍內(nèi),只對特征點(diǎn)采集部分的測量數(shù)據(jù)。這樣做可以使掃描范圍和數(shù)據(jù)處理壓力大大減小,測量效率得以提高。

        1 系統(tǒng)組成原理

        1.1 測距系統(tǒng)建立

        激光測距系統(tǒng)由激光發(fā)射單元、接收單元、系統(tǒng)軟件控制平臺、數(shù)據(jù)處理平臺。計(jì)算機(jī)通過Labview向激光發(fā)射單元發(fā)送開始測量命令,激光照射到預(yù)置目標(biāo)后隨即產(chǎn)生回波信號,被激光接收單元接收,通過串行接口與FPGA通信,F(xiàn)PGA板將采集信號解碼為距離及灰度信息,同時(shí)通過網(wǎng)口傳輸至計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)接收,通過對Labview編程進(jìn)行一定距離范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲及顯示。

        1.2 激光傳感器

        系統(tǒng)選用波長為905nm的半導(dǎo)體紅外激光傳感器測量,具有測距精度高、抗干擾能力強(qiáng)、隱蔽性好的特點(diǎn)。每秒鐘可得到約30K個(gè)數(shù)據(jù),測距精度可達(dá)毫米級。每組數(shù)據(jù)格式由2字節(jié)組成,每字節(jié)首字母為校驗(yàn)位,經(jīng)過FPGA計(jì)算封裝打包由串口向計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)傳輸。計(jì)算機(jī)由WIFI模塊接收數(shù)據(jù),通過Labview進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及特征提取,得到用戶需要的有效距離信息自定義界面。

        2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

        2.1 高速數(shù)據(jù)流串行口通信

        在測控平臺研究領(lǐng)域中,虛擬儀器技術(shù)起著舉足輕重的作用。高速串口通信計(jì)算機(jī)與傳感器雙方采用相同的高速波特率921600bps,進(jìn)行握手,主機(jī)和傳感器以相互應(yīng)答的方式確立連接,保證數(shù)據(jù)的有效傳輸,避免丟失。

        2.2 Labview控制程序設(shè)計(jì)

        首先,與基于特定波特率的串口建立連接,向傳感器發(fā)送開始命令,請求發(fā)送數(shù)據(jù);其次,Labview接收數(shù)據(jù)并提取出有效數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)據(jù)解析;再者,通過Labview中判定范圍并強(qiáng)制轉(zhuǎn)換控件設(shè)置測距選通上下限,有效減少數(shù)據(jù)量的處理及存儲,同時(shí),將選通的有效數(shù)據(jù)顯示并存儲下來;最后,發(fā)送停止測量命令。

        程序框圖如圖1所示。

        3 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測試

        利用該系統(tǒng)進(jìn)行了室外實(shí)驗(yàn),時(shí)間選擇在夜間進(jìn)行,因?yàn)槿臻g光線較強(qiáng),通過紅外增強(qiáng)型CCD無法觀察到激光傳感器的測量激光,不利于目標(biāo)的確定,而且日間噪聲較大,激光傳播誤差較大。此外,由于紅外波段對人眼有一定傷害,所以選擇夜間在一長約100m甬道測量目標(biāo)。

        將被測目標(biāo)分別置于約30m、40m、50m、60m、70m距離處進(jìn)行測量,目標(biāo)尺寸為直徑10mm目標(biāo)。將激光器置于轉(zhuǎn)臺之上,用以控制激光器俯仰及旋轉(zhuǎn)角度。利用自制反光板及紅外增強(qiáng)CCD預(yù)先觀測測量激光束位置。圖2為激光測距試驗(yàn)臺。

        4 結(jié)論

        利用本套系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)目標(biāo)激光測量,通過Labview其精確的有效距離信息,為后續(xù)數(shù)據(jù)處理奠定基礎(chǔ)。方位選通大大提高數(shù)據(jù)的處理效率,過濾冗余數(shù)據(jù),利用FPGA開發(fā)板的高速處理能力減小因數(shù)據(jù)量過大對計(jì)算機(jī)造成的壓力。

        (通訊作者:徐佳)

        作者單位

        長春理工大學(xué) 吉林省長春市 130022

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