汽车主动防碰撞脉冲激光测距系统研究

论文摘要

汽车行业的快速发展,改变了人们的生活方式,给人们的生活带来方便,但同时也带来严重的交通安全问题。汽车主动防碰撞系统能够主动、有效地防止事故的发生,减少因故事带来的直接经济损失。汽车主动防碰撞系统的关键技术之一就是测距系统。本文通过对比超声波、激光、红外线、摄像系统、雷达五种测距技术,选择了激光测距;在对比相位式、脉冲式激光测距的基础上,选择了脉冲激光测距方式。设计了脉冲激光测距系统的总体结构,并设计了该系统的三个主要单元:脉冲激光发射单元、脉冲激光接收单元、脉冲激光时间间隔测量单元,完成了各单元器件或芯片的选择及电路的设计。在脉冲激光测距发射单元中,选择SPLPL90半导体脉冲激光二极管来发射脉冲,设计了与之对应的VMOS开关型电源,其电源包括脉冲发生电路、整形电路、VMOS输出级电路,选择了发射单元光学系统的镜片;在脉冲激光接收单元中,选择了接收单元光学系统的镜片,选择C30724E硅雪崩光电二极管用来接收脉冲激光信号,并设计了高压偏置电路、反馈电路和信号处理电路;在脉冲激光时间间隔测量单元中,选择时间数字转换芯片TDC-GP2来测量时间间隔,选择MSP430F149单片机来控制激光器和TDC-GP2,通过计算得出距离值并由数码管来显示,在最大测量距离为200m的范围内,实现激光脉冲往返时间间隔的精确测量。最后,通过仿真软件Multisim10.0对脉冲电路、整形电路、高压偏置电路进行了仿真验证,结果表明所设计的激光器电源可以提供1kHz10kHz的可调频率、可以提供脉宽10ns100ns可调窄脉冲,高压电路可以产生80V的电压,APD反向偏置高压电路在没有加入反馈电路时,电压不稳定,加入反馈电路后,电压变得稳定了,达到了APD所要求的160V反向偏置电压。所设计的电路均满足本文设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究目的及意义
• 1.2 汽车主动防碰撞系统的国内外研究现状
• 1.2.1 汽车主动防碰撞系统的国外研究现状
• 1.2.2 汽车主动防碰撞系统的国内研究现状
• 1.3 汽车主动防碰撞系统工作原理
• 1.4 汽车主动防碰撞系统中的测距方法
• 1.4.1 超声波测距
• 1.4.2 激光测距
• 1.4.3 红外线测距
• 1.4.4 摄像系统测距
• 1.4.5 雷达测距
• 1.4.6 五种测距方法的性能比较
• 1.5 本文研究的主要内容和章节安排
• 第二章 脉冲激光测距系统发射单元的设计
• 2.1 脉冲激光发射单元的总体组成
• 2.2 激光器的选择
• 2.3 激光器电源设计
• 2.3.1 激光器电源的指标要求及总体设计
• 2.3.2 脉冲产生电路
• 2.3.3 整形电路
• 2.3.4 VMOS 输出级
• 2.4 光学系统设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 脉冲激光测距系统接收单元的设计
• 3.1 脉冲激光测距系统接收单元的总体组成
• 3.2 光学系统设计
• 3.3 光电转换电路
• 3.3.1 光电探测器的选择
• 3.3.2 高压偏置电路设计
• 3.3.3 电压反馈电路设计
• 3.4 信号处理电路设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 脉冲激光测距系统的时间间隔测量单元的设计
• 4.1 时间间隔测量方法介绍
• 4.2 TDC-GP2 芯片
• 4.2.1 TDC-GP2 的结构
• 4.2.2 TDC-GP2 的工作原理
• 4.3 MSP430F149 单片机
• 4.4 硬件电路设计
• 4.4.1 TDC-GP2 时钟电路的设计
• 4.4.2 MSP430F149 单片机晶振电路的设计
• 4.4.3 MSP430F149 单片机复位电路的设计
• 4.4.4 MSP430F149 单片机接口电路的设计
• 4.4.5 电源电路的设计
• 4.4.6 测量单元的总体电路原理图
• 4.4.7 测量单元的PCB 板
• 4.4.8 测量单元的三维图
• 4.5 软件设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 硬件电路的仿真试验
• 5.1 电路仿真软件介绍
• 5.2 部分电路的仿真
• 5.2.1 脉冲产生电路与整形电路的仿真
• 5.2.2 高压电路的仿真
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 主要工作总结
• 6.2 今后工作展望
• 参考文献
• 附录A MSP430F149引脚的功能表
• 个人简历 在读期间发表的学术论文及参与的科研项目
• 致谢