“節(jié)能之星”EFM32應(yīng)用方案——手持式激光測(cè)距儀

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(cè)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(cè)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(cè)距的首選電磁波。

目前常用的激光測(cè)距方法主要有：

1、 脈沖測(cè)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(cè)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(shí)間，由此運(yùn)算目標(biāo)距離。此方法誤差較大，適用于遠(yuǎn)距離測(cè)量。

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

3、 相位式測(cè)距法：采用連續(xù)調(diào)制的激光光束照射實(shí)測(cè)目標(biāo)，通過測(cè)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(shí)現(xiàn)高精度的遠(yuǎn)距離測(cè)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(jì)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(bào)安全系統(tǒng)、健康與運(yùn)動(dòng)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(cè)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(chǔ)芯片，顯示模塊，主處理器，控制按鍵。

圖 1 手持式激光測(cè)距儀結(jié)構(gòu)框圖

供電及充電

手持式激光測(cè)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(hào)，實(shí)現(xiàn)多測(cè)尺測(cè)量。將調(diào)制的正弦信號(hào)通過激光發(fā)射器發(fā)射向待測(cè)目標(biāo)。

激光接收電路

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

存儲(chǔ)IC

將測(cè)量結(jié)果保存。

顯示模塊

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

主控制器

根據(jù)測(cè)距儀功能不同可選擇不同型號(hào)的EFM32作為主控MCU。EFM32具有良好的兼容性，同編號(hào)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(dòng)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(shì)

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

超低功耗

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

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(shì)，這在計(jì)算相位差上有明顯的優(yōu)勢(shì)。片上帶有1M采樣速率的12位ADC，配合PRS及DMA可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定時(shí)的采樣和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，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(dòng)器，甚至支持16位RGB接口的TFT屏驅(qū)動(dòng)，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(hào)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(tái)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(duì)于低功耗有一定要求的手持式激光測(cè)距儀的應(yīng)用。EFM32內(nèi)核采用目前流行的Cortex-M3設(shè)計(jì)，極大地縮短了開發(fā)者的開發(fā)時(shí)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。