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一、项目概述
1.1 引言
激光测距具有角分辨力高、抗干扰能力强，可以避免微波贴近地面的多路径效应和地物干扰问题，并且具有质量轻、结构小巧、安装调整方便等优点，是目前高精度测距最理想的仪器之一。铁路隧道在施工完成后，其围岩有缓慢的变化趋势，采用测距仪能够测量其收敛情况。

1.2 项目背景/选题动机
根据我们调研市场中普通手持激光测距仪价格在1000元左右，带有串口等其他通信接口在2000元以上，而且功能单一，接口简单。因此我们采用AVR128处理器构造新型激光测距检测系统，具有多功能、高精度、自动化和价格优势等，应用到铁路隧道围岩收敛监控当中。

二、需求分析
2.1 功能要求
设计的测距仪，能够对铁路隧道的收敛情况进行全天候测量，而且能够将数据保存到SD卡，并且传输到监控中心。

2.2 性能要求
设计的测距仪，角度在0.1mm以上，模块稳定，可靠等。

三、方案设计
3.1 系统功能实现原理
利用了激光脉冲持续时间极短、瞬时功率很大的特点，即使没有合作目标，也能通过接收被测目标的漫反射信号，进行距离测量。脉冲法激光测距的原理与雷达测距相似，利用脉冲激光器向目标发射单次激光脉冲或激光脉冲串，计数器测量激光脉冲到达目标并由目标返回到接收机的往返时间，由此计算目标的距离。脉冲法激光测距的原理如图 1 所示，测距公式为：d=ct/2。其中，d为测量距离，c为光速，t为测距信号往返时间。


图1 脉冲法激光测距的原理

3.2 硬件平台选用及资源配置
硬件平台选用：AVR XMEGA-A1 Xplained评估套件是基于8位ATMEGA128芯片。
使用到板上资源：SPI接口、温度传感器、光线传感器、语言喇叭、串口模块。


图2 硬件架构

3.3系统软件架构
如图3所示，系统首先采集三个重要信息：距离位置、温湿度和外界光强度。根据相应的数据算发，消除温度和外界光强都光斑位置的影响。距离位置超过设定的阈值，采用板上的扬声器发出警报声音。将采集到数据由SD卡数据存储、LCD液晶显示和串口传输到监控中心。

3.4 系统软件流程


图3程序运行流程图

3.4 系统预计实现结果
应用到实际隧道围岩收敛监测当中。