手持式激光测距仪-“节能之星”EFM32应用方案

概述
随着现代科技的发展以及人们生活水平的提高，便携式激光测距仪在各行各业中都有广泛的应用，如建筑业，高尔夫，行车速度与车距测量。激光是一种电磁波，具有方向性强、单色性好、相干性好、亮度高等特性，使其成为测距的首选电磁波。
目前常用的激光测距方法主要有：
1、 脉冲测距法：利用脉冲激光器发射单次激光脉冲或激光脉冲串，测量激光脉冲到达目标并由目标返回到接收器的往返时间，由此运算目标距离。此方法误差较大，适用于远距离测量。
2、 干涉测距法：利用光的干涉原理，通过测量激光发射与接收这间的干涉条纹来测量距离。此方法精度非常高，但只能测量相对距离，不能测量绝对距离。
3、 相位式测距法：采用连续调制的激光光束照射实测目标，通过测量光束往返中产生的相位变化，换算出目标的距离。此方法在采用合作目标反射器，多把尺的情况下，可实现高精度的远距离测量。
系统结构
EFM32是由挪威Energymicro公司采用ARM Cortex-M3内核设计而来的高性能低功耗32位微控制器。它具有突出的低功耗特性，适用于“三表”（电表、水/热表、气表）、工业控制、警报安全系统、健康与运动应用系统、手持式医疗设备以及智能家居控制等领域。
图1是手持式激光测距仪的结构框图，包括供电及充电，激光发射电路，激光接收电路，存储芯片，显示模块，主处理器，控制按键。

图 1 手持式激光测距仪结构框图

 
供电及充电
手持式激光测距仪为电池供电，带充电电路，EFM32的工作电压为1.8~3.8V，工作电压范围比较宽。
激光发射电路
通过PWM产生不同频率的调制信号，实现多测尺测量。将调制的正弦信号通过激光发射器发射向待测目标。
激光接收电路
将接收信号通过高速运放进行放大，由ADC进行采样确定波形相位。
存储IC
将测量结果保存。
显示模块
通过LCD或TFT显示测量结果及查寻之前测量结果或显示其他功能。
主控制器
根据测距仪功能不同可选择不同型号的EFM32作为主控MCU。EFM32具有良好的兼容性，同编号芯片引脚为pin-pin兼容。在低端应用中可选择EFM32TG系列作为主控，其flash和RAM资源为8～32KB和2～4KB；在高端产品中可选择EFM32LG系列，其与EFM32TG系列 pin-pin兼容，flash和RAM资源为32～128KB和8～16KB，带有TFT驱动及USB。
控制按键
根据产品使用领域定义不同功能。
方案优势
相对于传统的8位、16位单片机实现的手持式激光测距仪，基于EFM32实现的本方案具有以下优势：
超低功耗
EFM32是全球最低功耗的32位微控制器，RTC、DMA可运行的EM2模式下，功耗电流仅为900nA，不运行RTC的模式下可低至600nA，而在不保存RAM数据时更是只有20nA。由于手持式激光测距仪为电池供电，对功耗有一定的要求，因此EFM32的低功耗具有明显的优势。
集成度高，性能高
EFM32是Cortex-M3内核，内核的指令效率以及代码密度比传统的8位单片机高，尤其是在算法处理方面具有比较大的优势，这在计算相位差上有明显的优势。片上带有1M采样速率的12位ADC，配合PRS及DMA可以实现精准定时的采样和数据存储，更精确的得到返回波形的相位，使MCU具有更快的处理及响应外部事件的能力，更适合本应用方案。除此外，EFM32片上集成高达8X36 的LCD驱动器，甚至支持16位RGB接口的TFT屏驱动，丰富的集成外设为不同的系统应用提供多样性的选择。
扩展性良好
EFM32的TG、G、GG系列之间具有良好的兼容性，同型号不同系列的芯片是pin-pin兼容，保证用户在统一的硬件平台上，可进行不同功能需求的裁剪。Flash资源从最低的4KB~1024KB，RAM资源从2KB~128KB。
总结
EFM32具有优异的低功耗特性，非常适合于对于低功耗有一定要求的手持式激光测距仪的应用。EFM32内核采用目前流行的Cortex-M3设计，极大地缩短了开发者的开发时间。EFM32具有丰富的外设，为系统扩展功能及降低成本提供了条件。