激光測距儀數(shù)據(jù)采集

激光測距儀數(shù)據(jù)采集
 
摘要： 目的 實(shí)現(xiàn)激光測距儀數(shù)據(jù)采集．方法通過程序算法如實(shí)地描述激光測距儀的工作原理以實(shí)現(xiàn)正確的數(shù)據(jù)采集．結(jié)果給出了激光測距儀的硬件接口電路及程序流程．實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集．結(jié)論 在實(shí)際的硬件接口設(shè)計(jì)中，運(yùn)用程序算法如實(shí)地描述硬件外設(shè)工作原理的這種思維方法是一種解決問題的有效途徑，在工程實(shí)際中具有一定的借鑒意義．

0 引 言
激光測距儀廣泛地用于許多測距任務(wù)中，在其內(nèi)部有一個(gè)LED顯示器，用來顯示測得距離數(shù)據(jù)，這
個(gè)數(shù)據(jù)顯示只有觀察者能看到，但激光測距儀上通常都提供一個(gè)供外接顯示屏或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的端，前者是為了使顯示值得到公正的見證(例如在測距考核中)，后者是為射擊諸元計(jì)算的自動(dòng)化．這樣都需要設(shè)計(jì)接口．作者設(shè)計(jì)了它與8031單片機(jī)的接口．
1 激光測距儀接口信號特征及工作特點(diǎn)
1．1 激光測距儀接口信號特征
激光測距儀的數(shù)據(jù)接口是針對七段碼LED顯示器而設(shè)計(jì)的，其接口電平為標(biāo)準(zhǔn)的TTL 電平，數(shù)據(jù)
格式為并行數(shù)據(jù)．這里僅就與8031單片機(jī)接口所需要的信號進(jìn)行分析．
激光測距儀數(shù)據(jù)接口提供了4根數(shù)據(jù)線，這4根數(shù)據(jù)線提供了七段碼LED 顯示 器的顯示碼，這個(gè)顯示碼為8421 BCD碼格式．為了描述方便，在此由高到低定義為d3 i ～ do．激光測距儀所顯示的數(shù)據(jù)每位對應(yīng) 
個(gè)七段碼LED顯示器，作者所用的激光測 距儀有4個(gè)用于顯示距離數(shù)據(jù)的七段碼d0-d3LED 顯示器(陰極接法)．顯然，激光測距儀采用了動(dòng)態(tài)掃描顯示，每一個(gè)七段碼LED 圖1 激光測距儀輸出信號時(shí)序顯示器都對應(yīng)了相應(yīng)的位選線．從顯示數(shù)據(jù) 。
的角度由高到低定義為c3~c0．這些位選線經(jīng)反相器來驅(qū)動(dòng)七段碼LED 顯示器，所以高電平有效．
當(dāng)無測距操作時(shí)，位選線均為無效電平．昕以七段碼LED 顯示器不會(huì)被點(diǎn)亮；當(dāng)有測距操作時(shí)，相
關(guān)信號的時(shí)序如圖1所示．
圖1中，位選線的正脈沖寬度均大約為160 gs，相鄰位選線正脈沖之間的間隔均大約為160 gs，所
以激光測距儀掃描顯示的一個(gè)周期大約為1．28 ms．
1．2 激光測距儀的工作特點(diǎn)
作者所用激光測距儀的測量范圍為(15O～ 5 000)ITI，當(dāng)所測距離不在此測量范圍內(nèi)時(shí)，其位選線c0~c3均為無效電平；當(dāng)所測距離在此測量范圍內(nèi)時(shí)，激光測距儀相關(guān)信號按圖1工作．
當(dāng)測得有效距離時(shí)，激光測距儀的工作特點(diǎn)為：先顯示4個(gè)0，時(shí)間約為500 ms，然后顯示所測得
的有效距離數(shù)據(jù)，時(shí)間約(2～3)S，然后停止顯示．
2 8031單片機(jī)接口設(shè)計(jì)
單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)有很多種方法，可以采用中斷的方法，也可以采用查詢的方法．在該設(shè)計(jì)中，根據(jù)任務(wù)的具體情況作者采用了查詢的方法．其硬件連接方法如圖2所示．在實(shí)驗(yàn)階段，作者采用的單片機(jī)仿真器為廣州雙龍NICE—Ill，其使用的單片機(jī)為8031 HMOS型．從實(shí)驗(yàn)情況來看，激光測距儀在有數(shù)據(jù)輸出時(shí)與無數(shù)據(jù)輸出時(shí)其數(shù)據(jù)輸出接El的工作情況很不一樣．在無數(shù)據(jù)輸出時(shí)，測得控制線端電平c0~c3均為0．9 V，這個(gè)電平不是標(biāo)準(zhǔn)的TTL 邏輯電平，單片機(jī)在讀取該電平時(shí)，其值
有的為1，有的則為0與1交替變化，而其數(shù)據(jù)端電平dO-d3則保持標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯低電平；在有數(shù)據(jù)輸出時(shí)，其控制線與數(shù)據(jù)圖2 8031單片機(jī)與激光測距儀的接口Fig． 
線電平輸出均為標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平．由于激光測距儀的輸出電路結(jié)構(gòu)不得而知，所以無法分析其具 
圖3 查詢式數(shù)據(jù)采集流程圖
Fig．3 Flow chart of data acquisition
體原因，分析其可能的原因是：其數(shù)據(jù)輸出接口電路在有數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)時(shí)與無數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)時(shí)其輸出阻抗不同，在有驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)其阻抗與單片機(jī)是匹配的，所以能夠正確地讀取數(shù)據(jù)；而在無數(shù)據(jù)輸出時(shí)，其阻抗與單片機(jī)是不匹配的，這樣，單片機(jī)所讀取的控制信息是不正確的．
根據(jù)以上分析，再結(jié)合激光測距儀的工作特點(diǎn)，用以下程序算法可以解決其數(shù)據(jù)接口問題．
思路[2]：設(shè)置4個(gè)標(biāo)志位，分別對應(yīng)4位距離數(shù)據(jù)每位的采集情況，若沒有采集則設(shè)置為0，采集了則設(shè)置為1；另外再開辟4個(gè)字節(jié)的距離數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，用于存儲(chǔ)所采集的距離數(shù)據(jù)，并將之初始為0．讀取P1口，分離出控制碼，分別判斷是否為各位對應(yīng)的控制碼，4位距離數(shù)據(jù)由低位至高位的控制碼分別為0001，0010，0100，1000，這4位二進(jìn)制數(shù)7分別對應(yīng)c3～c0的數(shù)據(jù)．若有效，則將距離數(shù)據(jù)存入對應(yīng)的存儲(chǔ)單元；若無效，則繼續(xù)查詢．當(dāng)采集后，將4位距離數(shù)據(jù)每位相加，如果為0，則全部重新初始化為0，重復(fù)上述過程；若不為0，則為有效的距離數(shù)據(jù)．
顯然，該算法排除了無測距操作時(shí)位選線不穩(wěn)定的情況，因?yàn)樵谶@種情況下就算控制碼都有效，但
是所讀取的距離數(shù)據(jù)都為0，而這個(gè)距離數(shù)據(jù)可以判斷出是無效數(shù)據(jù)，被舍棄．在有測距操作時(shí)，若不在測距范圍內(nèi)，這時(shí)的位選線電平是標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平，與8031單片機(jī)是兼容的，而這時(shí)的位選線卻全部為無效，即讀取的控制碼均為無效的控制碼，也不會(huì)讀到數(shù)據(jù)；若在測距范圍內(nèi)，激光測距儀先送出4個(gè)0，由上述可知，這4個(gè)0是能夠排除的．這樣，就可以讀取正確的距離數(shù)據(jù)了．程序流程圖如圖
3所示．
3 結(jié)論
在激光測距儀的自動(dòng)化采集過程中，運(yùn)用程序算法如實(shí)地描述硬件外設(shè)工作原理的這種思維方法解
決了各種復(fù)雜問題，實(shí)現(xiàn)了激光測距儀的數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集．在工程實(shí)際中，運(yùn)用軟件方法如實(shí)描述系統(tǒng)的工作原理，可以起到事半功倍的效果．
參考文獻(xiàn)：
[1] 徐德衡．兵器操作教程[M]．北京：解放軍出版社，1994．4．
[2] 李朝青．單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M]．北京：北京航空航天出版社．1999．3246—249．
[3] 任樹梅，蔣圣平，郝曉劍．用位置敏感傳感器進(jìn)行位移測試的技術(shù)研究[J]．測試技術(shù)學(xué)報(bào)，