一、項目概述

1.1 引言

激光測距具有角分辨力高、抗干擾能力強，可以避免微波貼近地面的多路徑效應和地物干擾問題，并且具有質量輕、結構小巧、安裝調整方便等優點，是目前高精度測距最理想的儀器之一。鐵路隧道在施工完成后，其圍巖有緩慢的變化趨勢，采用測距儀能夠測量其收斂情況。

1.2 項目背景/選題動機

根據我們調研市場中普通手持激光測距儀價格在1000元左右，帶有串口等其他通信接口在2000元以上，而且功能單一，接口簡單。因此我們采用AVR128處理器構造新型激光測距檢測系統，具有多功能、高精度、自動化和價格優勢等，應用到鐵路隧道圍巖收斂監控當中。

二、需求分析

2.1 功能要求

設計的測距儀，能夠對鐵路隧道的收斂情況進行全天候測量，而且能夠將數據保存到SD卡，并且傳輸到監控中心。

2.2 性能要求

設計的測距儀，角度在0.1mm以上，模塊穩定，可靠等。

三、方案設計

3.1 系統功能實現原理

利用了激光脈沖持續時間極短、瞬時功率很大的特點，即使沒有合作目標，也能通過接收被測目標的漫反射信號，進行距離測量。脈沖法激光測距的原理與雷達測距相似，利用脈沖激光器向目標發射單次激光脈沖或激光脈沖串，計數器測量激光脈沖到達目標并由目標返回到接收機的往返時間，由此計算目標的距離。脈沖法激光測距的原理如圖 1 所示，測距公式為：d=ct/2。其中，d為測量距離，c為光速，t為測距信號往返時間。

圖1 脈沖法激光測距的原理

3.2 硬件平臺選用及資源配置

硬件平臺選用：AVR XMEGA-A1 Xplained評估套件是基于8位ATMEGA128芯片。

使用到板上資源：SPI接口、溫度傳感器、光線傳感器、語言喇叭、串口模塊。

圖2 硬件架構

3.3系統軟件架構

如圖3所示，系統首先采集三個重要信息：距離位置、溫濕度和外界光強度。根據相應的數據算發，消除溫度和外界光強都光斑位置的影響。距離位置超過設定的閾值，采用板上的揚聲器發出警報聲音。將采集到數據由SD卡數據存儲、LCD液晶顯示和串口傳輸到監控中心。

3.4 系統軟件流程

圖3程序運行流程圖

3.4 系統預計實現結果

應用到實際隧道圍巖收斂監測當中。