基于基于 STM32 的新型激光测距控制系统的设计的新型激光测距控制系统的设计
基于 STM32 的新型激光测距控制系统的设计
基于基于 STM32 的新型激光测距控制系统的设计的新型激光测距控制系统的设计
闵小
（陕西理工大学（物理与电信工程学院）电子专业1502班，陕西 汉中 723003）
指导老师：韩团军
[摘要] 设计了一种基于STM32的摄像头与DT50激光传感器联合控制的精确距离测量系统。该系统基于DT50 的数字显示界面，通过图像处理技术对
摄像头的图像进行检测、匹配与识别，实现了一般控制系统关于距离的零误差测量。经实际测试，该系统具有测量精度高，性能稳定，实时性强等
特点，具有很高的使用价值和推广价值。
[关键词] 测距控制； DT50； CMOS 摄像头；图像分割与识别； STM32
Design of a new laser ranging control system based on STM32
Min Xiao
（Grade15，Class 2 ，Major Electronics，School of Physics and Telecommunication Engineering of Shaanxi University of Technology，
Hanzhong 723003，China）
Tutor: Han Tuan Jun
Abstract：This paper， a STM32 based on the camera and DT50 laser sensor that are combined to control the precise distance measurement
system is designed. The digital display interface system based on DT50， detection， matching and recognition of camera images by image
processing technology， accomplish the control system on the zero－error measurement of the distance. Through the strict experiment， the
system has the characteristics of high measurement precision， stable performance and strong real-time， and has high value of use and
popularization.
Key words：Distance control； DT50； CMOS Camera； Image Segmentation and recognition； STM32
1. 绪论绪论
1.1 本文研究背景与意义本文研究背景与意义
自从1960年，人类第一台红宝石激光器诞生以来，激光就十分广泛的应用在检测领域。其中激光测距是激光最早的应用之一。较普通光而言，激光
有很多优势。较强的方向性使激光在发出后几乎是一条平行的光线，这是将其应用于测距工作的基础。同时，激光的亮度非常高，被称之为“最亮的
光”。此外，激光是最好的单色光源，这也是激光在光谱技术及光学测量中得到广泛应用的原因。激光的发展和应用不仅对光学领域的理论革新产生
了巨大的影响，同时也对现代工业中的技术创新工作奠定了重要的基础。激光测距（laser distance measuring）是以激光器作为光源进行测距。根
据激光工作的方式分为连续激光器和脉冲激光器。氦氖、氩离子、氪镉等气体激光器工作于连续输出状态，用于相位式激光测距；双异质砷化镓半
导体激光器，用于红外测距；红宝石、钕玻璃等固体激光器，用于脉冲式激光测距。由于激光所具有的高亮度、高方向性、高单色性等特性，使得
激光很快就应用于各类测量领域[1-3]。激光测距仪具有其他测距仪无法比拟的优点。正因为如此，激光测距仪自问世以来得到了迅速发展。现在它
已经发展到第五代并且生产了很多种。此外，它正朝着小型化和智能化的方向发展。激光测距仪为实现快速，非接触式距离测量的毫米级精度带来
了新的革命。随着微电子技术的发展，电路部分趋于集成和数字化，极大地提高了系统的可靠性。与光电测距仪相比，它不仅可以日夜工作，还可
以提高测距精度，显着降低质量和功耗，使人造地球卫星和月球等远程目标的距离测量成为现实。
回顾激光测距仪的发展历程，人们会发现随着技术的不断革新和逬步，这类产品的功能越来越强大。除了自动化、集成化程度明显提升之外，测量
的精度也越来越高。此外，仪器操作起来相对简便，能够实现测量数据的实时获取，具有较高的实用性。目前，这类仪器已经走出军用及科研领
域，在工业产业中得到了较为广泛的应用，创造出了巨大的价值。在诸如油田勘测、铁路建设等比较特殊的作业环境领域，如果测距仪的体积、重
量太大，携带起来非常不方便，会给工作人员带来负担。同时，随着工业经济的逬一步发展，各个行业对工作效率逐渐有了新的认识。对于测距工
作来说，人们希望能够以更快的速度获得更加精准的测量结果，且测量过程要尽可能减少对人工的依赖。同时在恶劣的外界环境下，激光测距仪依
旧能够正常工作，且具备较高的自动化水平，操作起来将更加容易。
随着近些年激光技术的不断发展，使得激光测距技术无论在军事应用方面，还是在科学技术、生产建设方面，都显得尤为重要。由其所组成的更具
自动化的激光测距控制系统对当今的社会生产和生活领域更是产生了十分明显的影响。因此，对新型激光测距控制系统的开发不仅具有很重要的研
究意义，而且还具备很高的实际应用价值以及推广价值。
1.2 论文主要工作论文主要工作
本文所设计的新型激光测距控制系统是基于德国SICK公司生产的中量程DT50激光测距传感器，其能够提供80mm到5000mm的感应量程，能够对不
同材质和颜色的物体可靠地测量，适用于非常宽泛的应用现场，如运动物体位置检测、工业自动化和生产智能管理、工业监控信号触发控制、汽车
安全车距测量等。其内部有一个LED显示屏，用来显示测量的数据，这个数据显示只有观察者能看到，因而要想使计算机得到这个数据，就需要设
计测量控制系统及接口。
传统的测量控制系统会通过采集DT50的电流信号，经过A/D转换后，再经过一系列的数字信号处理如中值滤波、卡尔曼滤波等方式来去除噪声信
号，算法处理较为复杂，最终得到处理后的数字量也很难与真实数字量完全相等，往往会存在一定偏差。针对上述不足，提出了一种摄像头图像识
别LED屏的数字量的测量方法，该方法算法较为简单，能充分的发挥摄像头的识别功能，适用于静止、低速和中高速控制系统。最终能够准确的得
到当前物体的真实距离，并将数据通过串口传送至计算机端，方便设计者对数据的读取与后续处理。
2. 系统方案设计系统方案设计
本系统主体硬件方面由OV7725摄像头模块、DT50激光传感器模块、RS232串口模块以及SD卡模块所组成，其中摄像头用来识别DT50上LED屏上
的数字量，并通过RS232串口模块远程传输到计算机客户端实现测距信息的实时显示，而SD卡负责保存程序代码、摄像头图像以及相关数据。软件
方面采用MicroPython系统可以通过Python脚本语言开发单片机程序，同时使用Opencv3.4.3以及其他图像处理库，可以缩短系统开发时间，提高系
统开发效率。
通过以上硬件与软件的结合共同组成了激光测距控制系统的整体结构，并能够实现对测距数据的精准识别以及远程传输功能。系统基本结构组成如
图2.1所示。
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