《電子技術(shù)應(yīng)用》
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“節(jié)能之星”EFM32應(yīng)用方案——手持式激光測距儀
摘要: EFM32具有優(yōu)異的低功耗特性,非常適合于對于低功耗有一定要求的手持式激光測距儀的應(yīng)用。EFM32內(nèi)核采用目前流行的Cortex-M3設(shè)計,極大地縮短了開發(fā)者的開發(fā)時間。EFM32具有豐富的外設(shè),為系統(tǒng)擴(kuò)展功能及降低成本提供了條件。
Abstract:
Key words :

概述

 

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展以及人們生活水平的提高,便攜式激光測距儀在各行各業(yè)中都有廣泛的應(yīng)用,如建筑業(yè),高爾夫,行車速度與車距測量。激光是一種電磁波,具有方向性強(qiáng)、單色性好、相干性好、亮度高等特性,使其成為測距的首選電磁波。

 

目前常用的激光測距方法主要有:

 

1、 脈沖測距法:利用脈沖激光器發(fā)射單次激光脈沖或激光脈沖串,測量激光脈沖到達(dá)目標(biāo)并由目標(biāo)返回到接收器的往返時間,由此運算目標(biāo)距離。此方法誤差較大,適用于遠(yuǎn)距離測量。

 

2、 干涉測距法:利用光的干涉原理,通過測量激光發(fā)射與接收這間的干涉條紋來測量距離。此方法精度非常高,但只能測量相對距離,不能測量絕對距離。

 

3、 相位式測距法:采用連續(xù)調(diào)制的激光光束照射實測目標(biāo),通過測量光束往返中產(chǎn)生的相位變化,換算出目標(biāo)的距離。此方法在采用合作目標(biāo)反射器,多把尺的情況下,可實現(xiàn)高精度的遠(yuǎn)距離測量。

 

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

 

EFM32是由挪威Energymicro公司采用ARM Cortex-M3內(nèi)核設(shè)計而來的高性能低功耗32位微控制器。它具有突出的低功耗特性,適用于“三表”(電表、水/熱表、氣表)、工業(yè)控制、警報安全系統(tǒng)、健康與運動應(yīng)用系統(tǒng)、手持式醫(yī)療設(shè)備以及智能家居控制等領(lǐng)域。

圖1是手持式激光測距儀的結(jié)構(gòu)框圖,包括供電及充電,激光發(fā)射電路,激光接收電路,存儲芯片,顯示模塊,主處理器,控制按鍵。

 

 

 

圖 1 手持式激光測距儀結(jié)構(gòu)框圖
圖 1 手持式激光測距儀結(jié)構(gòu)框圖

 

 

供電及充電

 

手持式激光測距儀為電池供電,帶充電電路,EFM32的工作電壓為1.8~3.8V,工作電壓范圍比較寬。

 

激光發(fā)射電路

 

通過PWM產(chǎn)生不同頻率的調(diào)制信號,實現(xiàn)多測尺測量。將調(diào)制的正弦信號通過激光發(fā)射器發(fā)射向待測目標(biāo)。

 

激光接收電路

 

將接收信號通過高速運放進(jìn)行放大,由ADC進(jìn)行采樣確定波形相位。

 

存儲IC

 

將測量結(jié)果保存。

 

顯示模塊

 

通過LCD或TFT顯示測量結(jié)果及查尋之前測量結(jié)果或顯示其他功能。

 

主控制器

 

根據(jù)測距儀功能不同可選擇不同型號的EFM32作為主控MCU。EFM32具有良好的兼容性,同編號芯片引腳為pin-pin兼容。在低端應(yīng)用中可選擇EFM32TG系列作為主控,其flash和RAM資源為8~32KB和2~4KB;在高端產(chǎn)品中可選擇EFM32LG系列,其與EFM32TG系列 pin-pin兼容,flash和RAM資源為32~128KB和8~16KB,帶有TFT驅(qū)動及USB。

 

控制按鍵

 

根據(jù)產(chǎn)品使用領(lǐng)域定義不同功能。

 

方案優(yōu)勢

 

相對于傳統(tǒng)的8位、16位單片機(jī)實現(xiàn)的手持式激光測距儀,基于EFM32實現(xiàn)的本方案具有以下優(yōu)勢:

 

超低功耗

 

EFM32是全球最低功耗的32位微控制器,RTC、DMA可運行的EM2模式下,功耗電流僅為900nA,不運行RTC的模式下可低至600nA,而在不保存RAM數(shù)據(jù)時更是只有20nA。由于手持式激光測距儀為電池供電,對功耗有一定的要求,因此EFM32的低功耗具有明顯的優(yōu)勢。

 

集成度高,性能高

 

EFM32是Cortex-M3內(nèi)核,內(nèi)核的指令效率以及代碼密度比傳統(tǒng)的8位單片機(jī)高,尤其是在算法處理方面具有比較大的優(yōu)勢,這在計算相位差上有明顯的優(yōu)勢。片上帶有1M采樣速率的12位ADC,配合PRS及DMA可以實現(xiàn)精準(zhǔn)定時的采樣和數(shù)據(jù)存儲,更精確的得到返回波形的相位,使MCU具有更快的處理及響應(yīng)外部事件的能力,更適合本應(yīng)用方案。除此外,EFM32片上集成高達(dá)8X36 的LCD驅(qū)動器,甚至支持16位RGB接口的TFT屏驅(qū)動,豐富的集成外設(shè)為不同的系統(tǒng)應(yīng)用提供多樣性的選擇。

 

擴(kuò)展性良好

 

EFM32的TG、G、GG系列之間具有良好的兼容性,同型號不同系列的芯片是pin-pin兼容,保證用戶在統(tǒng)一的硬件平臺上,可進(jìn)行不同功能需求的裁剪。Flash資源從最低的4KB~1024KB,RAM資源從2KB~128KB。

 

總結(jié)

 

EFM32具有優(yōu)異的低功耗特性,非常適合于對于低功耗有一定要求的手持式激光測距儀的應(yīng)用。EFM32內(nèi)核采用目前流行的Cortex-M3設(shè)計,極大地縮短了開發(fā)者的開發(fā)時間。EFM32具有豐富的外設(shè),為系統(tǒng)擴(kuò)展功能及降低成本提供了條件。

 

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