一种基于ARM处理器的UTM-30LX二维激光雷达数据采集系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于ARM处理器的UTM‑30LX二维激光雷达数据采集系统，包括主设备ARM处理器以及从设备UTM‑30LX二维激光雷达模块，ARM处理器内置数据采集处理模块以及USB通讯模块；UTM‑30LX二维激光雷达采用串口转USB接口接入ARM处理器，ARM处理器通过USB通讯模块和UTM‑30LX间建立主从设备关系，实现ARM处理器对UTM‑30LX二维激光雷达的设备识别和数据通信，再通过数据采集处理模块对UTM‑30LX二维激光雷达反馈的原始测距信息进行接收和处理，以得到二维平面测距信息、时间戳以及角度信息。由此可知，本实用新型专利技术拓宽了UTM‑30LX二维激光雷达的应用范围，使其可以方便的应用于嵌入式ARM处理器系统。

【技术实现步骤摘要】
一种基于ARM处理器的UTM-30LX二维激光雷达数据采集系统
本技术涉及二维激光雷达扫描系统和嵌入式系统领域，具体为一种基于ARM处理器的UTM-30LX二维激光雷达数据采集系统。
技术介绍
二维激光雷达（LIDAR）是一种激光测量与勘测设备，其原理与普通微波雷达测距方法相似。但激光雷达使用的是激光束，具有抗干扰能力强、分辨率高等特点，在小车的无人制导和障碍检测、无人飞机的自动避障和导航、民用住宅的安防保护以及机器人的环境识别等方面逐渐被推广应用。在农药对靶喷雾中，采用激光传感器的测量技术相比于采用超声波和微波传感器的测量技术，检测精度高、性能稳定和不受光照强度影响。目前基于激光雷达的精密变量喷雾技术成为新的研究热点，因此本技术专利设计的二维激光雷达测距数据采集系统非常符合实际需求。日本Hokuyo（北阳）公司生产的UTM-30LX二维激光雷达，具有测量角度宽(270°)、测量距离远(30m)，测量精度高等优点。但厂家提供的驱动程序和应用模式只支持PC机平台下的数据采集，从已公开的资料看，目前尚无基于嵌入式处理器的UTM-30LX二维激光雷达数据采集系统。
技术实现思路
本技术所要解决的问题在于，提供一种基于STM32F429ARM处理器的嵌入式二维激光雷达UTM-30LX数据采集系统。其核心在于自主设计基于ARM处理器的驱动程序，利用USB2.0标准通信协议，将UTM-30LX二维激光雷达作为从设备，使其能够被STM32F429ARM处理器识别；再利用SCIP2.0专用通信协议，通过ARM平台下数据采集模块进行STM32F429与UTM-30LX二维激光雷达间的指令通信，采集激光雷达270°扫描范围内测的距信息、时间戳、角度信息。本技术解决其技术问题是采用以下技术方案实现的：一种基于ARM处理器的UTM-30LX二维激光雷达数据采集系统，包括主设备ARM处理器以及从设备UTM-30LX二维激光雷达模块，ARM处理器内置数据采集处理模块以及USB通讯模块；UTM-30LX二维激光雷达采用串口转USB接口接入ARM处理器，ARM处理器通过USB通讯模块和UTM-30LX间建立主从设备关系，实现ARM处理器对UTM-30LX二维激光雷达的设备识别和数据通信，再通过数据采集处理模块对UTM-30LX二维激光雷达反馈的原始测距信息进行接收和处理，以得到二维平面测距信息、时间戳以及角度信息。作为本技术的一个优选实施例，USB通讯模块包含USBHOST通信模块和USBVCP通信模块，其中：USBHOST通信模块，用于检测并识别作为ARM处理器外接设备的UTM-30LX二维激光雷达；USBVCP通信模块，用于实现ARM处理器的USB端口与UTM-30LX串口间的数据转换。作为本技术的一个优选实施例，数据采集处理模块通过专用通信协议SCIP2.0与UTM-30LX二维激光雷达进行指令通讯。作为本技术的一个优选实施例，ARM处理器的型号为STM32F429、STM32F103或者STM32F407。作为本技术的一个优选实施例，UTM-30LX二维激光雷达反馈的原始测距信息是通过270°扫描范围内探测获得。与现有技术相比，本技术具有以下优点和有益效果：（1）本技术提供的数据采集系统使用STM32F429ARM处理器作为系统的主控芯片，拓宽了UTM-30LX二维激光雷达的应用范围，使其可以方便的应用于嵌入式系统；其技术思想也同样适用于别的类型的嵌入式处理器。（2）与传统基于PC机构成的UTM-30LX二维激光雷达采集系统相比，本技术基于嵌入式处理器，功耗和成本更低，更适合室外作业和批量化商品生产。附图说明图1是本技术的基于STM32F429ARM处理器的UTM-30LX二维激光雷达数据采集系统结构示意图；图2是本技术的基于STM32F429ARM处理器的UTM-30LX二维激光雷达数据采集系统原理框图；图3是本技术的基于STM32F429ARM处理器的UTM-30LX二维激光雷达数据采集系统USBHOST通信模块的电路原理图；图4是技术的基于STM32F429ARM处理器的UTM-30LX二维激光雷达数据采集系统USBVCP通信模块的电路原理图；图5是技术的基于STM32F429ARM处理器的UTM-30LX二维激光雷达数据采集系统数据采集模块流程图；图6（a）、（b）展示本技术的基于STM32F429ARM处理器的UTM-30LX数据采集系统与PC机采集数据针对同一室内场地的对比室内实验；其中：图6（a）室内STM32F429ARM数据坐标散点图；图6（b）室内PC机数据坐标散点图；图7（a）、（b）展示本技术的基于STM32F429ARM处理器的UTM-30LX数据采集系统与PC机采集数据针对同一室外场景的对比室外实验；其中：图7（a）室外基于STM32F429ARM的数据坐标散点图；图7（b）室外PC机数据坐标散点图；图8-图12是本技术基于STM32F429ARM处理器的UTM-30LX二维激光雷达数据采集系统的各硬件电路原理图；其中：图8为采集系统的复位电路原理图；图9为采集系统的晶振电路原理图；图10为采集系统的CPU电源电路原理图；图11为采集系统的降压稳压原理图；图12为采集系统的串口电路原理图。本技术的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。具体实施方式以下结合附图，对依据本技术提供的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。本技术的整体系统设计参考图1和图2。本技术所述的基于ARM处理器的UTM-30LX二维激光雷达数据采集系统，通过USBVCP和USBHOST模块的结合，使ARM处理器对激光雷达UTM-30LX进行设备识别；数据采集模块首先在USBVCP和USBHOST模块的基础上进行端口的对接，端口成功连接后结合UTM-30LX激光雷达的专用通信指令和数据编码技术，对激光雷达所采集的原始数据进行接收和处理，得到最终的二维平面测距信息、时间戳以及角度信息。ARM处理器的型号为STM32F429、STM32F103或者STM32F407等。以下将结合附图中所展示的，以型号为STM32F429的ARM处理器建立的UTM-30LX二维激光雷达数据采集系统，来详细地说明本技术的技术方案。本技术主要分为三个部分：(1)设计USBHOST通信模式USBHOST的模块设计分为底层、中层以及上层三个结构。底层结构主要是硬件抽象层，用于USB寄存器函数的读取和调用，以及接受发送中断服务函数的定义；中层结构主要负责USB中各函数的初始化、USB通信协议的管理以及端点信息函数的控制，其中USB协议管理包含了USB各种类请求和端点的控制信息处理。上层结构包含了USB上电、调电、挂起和恢复事件的处理函数和USB基本时钟、中断、存储器初始化等系统函数的配置，并负责对各类USB中断事件作轮询处理和主机对外接设备的描述符进行信息配置，其配置文件包含了USB管脚的初始化，寄存器参数初始化，中断回调函数等。其管脚参考图3USBHOST接口电路原理图，针对其硬件模块在上层结构中做出了相应的函数结构体设计。(2)设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ARM处理器的UTM‑30LX二维激光雷达数据采集系统，其特征在于：包括主设备ARM处理器以及从设备UTM‑30LX二维激光雷达模块，ARM处理器内置数据采集处理模块以及USB通讯模块；UTM‑30LX二维激光雷达采用串口转USB接口接入ARM处理器，ARM处理器通过USB通讯模块和UTM‑30LX间建立主从设备关系，实现ARM处理器对UTM‑30LX二维激光雷达的设备识别和数据通信，再通过数据采集处理模块对UTM‑30LX二维激光雷达反馈的原始测距信息进行接收和处理，以得到二维平面测距信息、时间戳以及角度信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于ARM处理器的UTM-30LX二维激光雷达数据采集系统，其特征在于：包括主设备ARM处理器以及从设备UTM-30LX二维激光雷达模块，ARM处理器内置数据采集处理模块以及USB通讯模块；UTM-30LX二维激光雷达采用串口转USB接口接入ARM处理器，ARM处理器通过USB通讯模块和UTM-30LX间建立主从设备关系，实现ARM处理器对UTM-30LX二维激光雷达的设备识别和数据通信，再通过数据采集处理模块对UTM-30LX二维激光雷达反馈的原始测距信息进行接收和处理，以得到二维平面测距信息、时间戳以及角度信息。2.根据权利要求1所述的基于ARM处理器的UTM-30LX二维激光雷达数据采集系统，其特征在于，USB通讯模块包含USBHOST通信模块和USBVCP通信模块，其中：USBHOST通信模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄磊，侯翀宇，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32