激光測距技術(shù)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)測量、航空與大地的測量、國防及通信等諸多領(lǐng)域。本文從已獲得廣泛應(yīng)用的脈沖激光測距技術(shù)入手，重點(diǎn)分析了近年提出的自觸發(fā)脈沖激光測距技術(shù)(STPLR)特別是其中的雙自觸發(fā)脈沖激光測距技術(shù)(BSTPLR)，通過分析發(fā)現(xiàn)其核心部件之一就是用于測量激光脈沖飛行時(shí)間(周期)的高精度高速計(jì)數(shù)器，而目前一般的方式是采用昂貴的進(jìn)口高速計(jì)數(shù)器或?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC)來完成，這使得激光測距儀在研發(fā)、系統(tǒng)的改造升級(jí)和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等諸多方面受到制約，同時(shí)在其整體性能上特別是在集成化、小型化和高可靠性方面帶來阻礙。為此，本文研究了采用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)來實(shí)現(xiàn)脈沖激光測距中的高精度高速計(jì)數(shù)及其他相關(guān)功能，基本解決了以上存在的問題。 論文通過對(duì)雙自觸發(fā)脈沖激光測距的主要技術(shù)要求和技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析，對(duì)其中的信號(hào)處理單元采用了FPGA+單片機(jī)的設(shè)計(jì)形式。由FPGA主控芯片(EPF10K20TC144-4)作為周期測量模塊，在整個(gè)測距系統(tǒng)中是信號(hào)處理的核心部件，借助其用戶可編程特性及很高的內(nèi)部時(shí)鐘頻率，設(shè)計(jì)了專用于BSTPLR的高速高精度計(jì)數(shù)芯片，負(fù)責(zé)對(duì)測距信號(hào)產(chǎn)生電路中的時(shí)刻鑒別電路輸出信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。數(shù)據(jù)處理模塊則主要由單片機(jī)(AT89C51)來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)可以通過鍵盤預(yù)置門控信號(hào)的寬度以均衡測量的精度和速度，測量結(jié)果采用7位LED數(shù)碼管顯示。本設(shè)計(jì)在近距離(大尺寸)范圍內(nèi)實(shí)驗(yàn)測試時(shí)基本滿足設(shè)計(jì)要求。
標(biāo)簽： FPGA 自觸發(fā)脈沖 激光測距 關(guān)鍵技術(shù)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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激光測距是激光技術(shù)在軍事上最早和最成熟的應(yīng)用，自1961．年美國休斯飛機(jī)公司研制成功世界上第一臺(tái)激光測距機(jī)之后，激光測距技術(shù)發(fā)展迅速。如今，它已經(jīng)被廣泛運(yùn)用于軍用領(lǐng)域和民用領(lǐng)域。為了進(jìn)一步提高我國激光測距水平，研制更高性能激光測距機(jī)依然是我國國防科技研究中的重要課題之一。其中，測距精度是激光測距機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)。而激光測距機(jī)能否準(zhǔn)確的檢測激光回波信號(hào)將直接影響測距精度。 脈沖激光測距系統(tǒng)主要包括激光發(fā)射子系統(tǒng)、激光回波探測子系統(tǒng)、回波檢測與主控子系統(tǒng)、終端顯示子系統(tǒng)等組成。其中設(shè)計(jì)高精度激光回波檢測與主控子系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)高精度激光測距的核心問題。傳統(tǒng)激光回波檢測與主控子系統(tǒng)通常采用分立元件和小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)，電路復(fù)雜且精度較低。隨著數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，已出現(xiàn)大規(guī)模可編程邏輯器件FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)和CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)。采用FPGA代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分立元件和小規(guī)模集成電路來設(shè)計(jì)激光回波檢測與主控子系統(tǒng)，不僅提高了回波檢測精度，同時(shí)簡化了整個(gè)測距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 本文研究了將激光回波信號(hào)直接送入FPGA進(jìn)行檢測的方案。同時(shí)，采用這種方案設(shè)計(jì)了一種激光回波檢測系統(tǒng)，并把它成功運(yùn)用在一引信項(xiàng)目中。這種方案電路設(shè)計(jì)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際應(yīng)用中，由于激光回波探測子系統(tǒng)只是完成由光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換及簡單放大，理論分析和試驗(yàn)結(jié)果均表明，采用該方案進(jìn)行回波檢測的精度較低，這種回波檢測方法也只能應(yīng)用在測距精度要求低的項(xiàng)目中。 為了滿足另一高精度測距項(xiàng)目的需要，在FPGA直接進(jìn)行激光回波檢測方案的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種高精度激光回波檢測系統(tǒng)。文中介紹了其實(shí)現(xiàn)原理，理論上分析了該系統(tǒng)所能達(dá)到的回波檢測精度及整機(jī)測距系統(tǒng)的測距精度。與第一種方案相比，該方案引入了超高速數(shù)據(jù)采集電路。由于采樣速率高達(dá)lGsps，該方案實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)在于如何保證數(shù)據(jù)采集電路的穩(wěn)定工作。文中從總體方案的設(shè)計(jì)，到器件的選型，硬件電路板的實(shí)現(xiàn)等方面做了詳細(xì)的闡述，最終完成了系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)。接著介紹了系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)。后面給出了試驗(yàn)測試結(jié)果，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，性能良好。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中引入的超高速數(shù)據(jù)采集電路有著廣泛的應(yīng)用，為其他相關(guān)設(shè)計(jì)提供了參考。最后，對(duì)全文做了工作總結(jié)，并給出了接下來的后續(xù)工作與展望。 本文在高速FPGA對(duì)激光回波信號(hào)檢測方向取得了一定的成果，為進(jìn)一步研究提供了參考價(jià)值。
標(biāo)簽： FPGA 激光 回波 中的應(yīng)用
上傳時(shí)間： 2013-06-13
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小波變換是一種新興的理論，是數(shù)學(xué)發(fā)展史上的重要成果。它無論對(duì)數(shù)學(xué)還是對(duì)工程應(yīng)用都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。最新的靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG2000就以離散小波變換(DWT)作為核心變換算法。 本文首先較為詳細(xì)地分析了小波變換的理論基礎(chǔ)，對(duì)多分辨率分析、Mallat算法和提升算法做了介紹。然后分析了JPEG2000所采用的小波濾波器，并引入了一個(gè)新的LS97小波。該小波系數(shù)簡單、易于硬件實(shí)現(xiàn)，并且與CDF97小波有很好的兼容性，可作為CDF97小波的替代者。使用Matlab對(duì)CDF97小波和LS97小波的兼容性做仿真測試，結(jié)果表明這兩個(gè)小波具有幾乎相同的性能。在確定所用的小波后，本文設(shè)計(jì)了二維離散小波變換的硬件結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)過程中對(duì)標(biāo)準(zhǔn)二維小波變換做了優(yōu)化，即將行變換和列變換的歸一化步驟合并計(jì)算，這樣可以減少兩次乘法操作。另外還使用移位加代替乘法，提取移位加中的公共算子等方式來優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)于邊界數(shù)據(jù)的處理，本文采用了嵌入式對(duì)稱延拓技術(shù)，不需要額外的緩存，節(jié)約了硬件資源。為提高硬件利用率，本文將LeGall53小波變換和LS97小波變換統(tǒng)一起來，只要一個(gè)控制信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)兩者之間的轉(zhuǎn)換。本文所提出的結(jié)構(gòu)采用基于行的變換方式，只需要六行中間數(shù)據(jù)即可完成全部行數(shù)據(jù)的小波變換。采用流水線技術(shù)提高了整個(gè)設(shè)計(jì)的運(yùn)行速度。最后也給出了二維離散小波反變換的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。 在完成硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，使用Verilog硬件描述語言對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了完全可綜合的RTL級(jí)描述，采用同步設(shè)計(jì)，提高了可靠性。在Xilinx公司的FPGA開發(fā)軟件ISE6.3i中對(duì)正反小波變換做了仿真和實(shí)現(xiàn)，結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)能高速高精度地完成正反可逆和不可逆小波變換，可以滿足各種實(shí)時(shí)性要求。
上傳時(shí)間： 2013-07-25
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基于ARM的嵌入式網(wǎng)絡(luò)電能計(jì)量系統(tǒng)的研究電力電子與電力傳動(dòng)專業(yè)隨著市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平的日益提高，用電量也持續(xù)上升。電能的計(jì)量是否公平、公正已成為人們十分關(guān)心的問題。作為電能量的計(jì)量工具電能表已成為各行各業(yè)用電不可缺少且非常重要的儀表。由于傳統(tǒng)的電能表有計(jì)量不精確、人工抄表費(fèi)時(shí)費(fèi)力、統(tǒng)計(jì)繁瑣等缺點(diǎn)，因此，研究開發(fā)高精度、低功耗、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的電能表是明顯的趨勢。 嵌入式系統(tǒng)技術(shù)是近幾年電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域最為熱門的技術(shù)之一，目前已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、智能交通、信息家電、公共服務(wù)等領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)正對(duì)人類的后PC時(shí)代產(chǎn)生著深遠(yuǎn)的影響。 本文針對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)電式電能表的缺點(diǎn)和不足，結(jié)合當(dāng)前的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，研究并設(shè)計(jì)了一套基于ARM處理器、CAN總線和以太網(wǎng)傳輸?shù)那度胧骄W(wǎng)絡(luò)電能表系統(tǒng)。此系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡(luò)中繼模塊和電能量采集終端兩部分組成。網(wǎng)絡(luò)中繼模塊硬件采用了PHILIPS的LPC2290作為中央處理器。LPC2290是一款16/32位RISC微處理器，采用ARM公司的ARM7TDMI-S內(nèi)核，提供了兩路CAN總線和其它一些片上通用外設(shè)接口。采用L2C2290處理器，不但降低了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本，而且也大大減少了額外的接口電路。網(wǎng)絡(luò)中繼模塊軟件是通過μCLinux操作系統(tǒng)內(nèi)嵌的BOA實(shí)現(xiàn)嵌入式WEB服務(wù)器，并應(yīng)用CGI接口程序完成了動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁程序的編制。電能量采集終端采用專用電能芯片、單片機(jī)和CAN控制器實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)中繼模塊和電能量采集終端之間通過CAN總線進(jìn)行通信，保證了信息的可靠性。當(dāng)客戶端通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器訪問WEB服務(wù)器時(shí)，CGI程序就將電能量采集終端所采集的電能量數(shù)據(jù)上傳給客戶端，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)抄表。
標(biāo)簽： ARM 嵌入式網(wǎng)絡(luò) 電能計(jì)量
上傳時(shí)間： 2013-06-23
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本課題是江蘇省“十一五”工業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目“總線化智能多參數(shù)高精度檢測及控制儀表開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化(BE2006090)”。本項(xiàng)目要求多環(huán)境參數(shù)測控、多總線接口，選擇具有豐富接口的高速處理器作為本項(xiàng)目的核心。為滿足多參數(shù)測控精度和多網(wǎng)絡(luò)接口通訊可靠性，嵌入式設(shè)計(jì)是應(yīng)用系統(tǒng)的理想選擇。本文所研究的多參數(shù)測控裝置是以三星公司生產(chǎn)的32位ARM微處理器S3C2410為核心的嵌入式系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)地獲取水環(huán)境參數(shù)，為水環(huán)境和多總線接口提供基本的數(shù)據(jù)和控制信息。 本文詳細(xì)地介紹了MODBUS和CAN-BUS總線協(xié)議和通訊原理，闡述了水產(chǎn)養(yǎng)殖幾個(gè)重要環(huán)境參數(shù)一溶解氧、溫度、PH值的檢測算法原理、以及傳感器調(diào)理電路和溫度、溶解氧的控制策略，進(jìn)行了測控系統(tǒng)的硬件架構(gòu)和各個(gè)模塊的原理設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了操作系統(tǒng)的移植，編寫了驅(qū)動(dòng)程序。在基于QT/E環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的測控和總線通訊部分上層軟件設(shè)計(jì)。提出并實(shí)施了系統(tǒng)測試方案，成功地完成了測控系統(tǒng)的硬件、軟件測試、以及通信功能測試和現(xiàn)場在線測試。 本論文的研究開發(fā)工作是在實(shí)踐的基礎(chǔ)上完成的，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該系統(tǒng)充分利用了S3C2410芯片提供的資源，具有高性能、低功耗、低成本的優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)方面的性能比傳統(tǒng)的水環(huán)境參數(shù)測控系統(tǒng)有很大提高，通過測試實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的各種功能，完全達(dá)到預(yù)期要求。
標(biāo)簽： ARM 網(wǎng)絡(luò) 環(huán)境 參數(shù)
上傳時(shí)間： 2013-06-28
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高端濕熱環(huán)境試驗(yàn)箱的溫濕度控制器有著如下特點(diǎn)：①、人機(jī)接口模塊大多采用彩色液晶屏和觸摸屏；②、控制器存儲(chǔ)容量大，可存儲(chǔ)大量溫濕度數(shù)據(jù)；⑧、溫濕度數(shù)據(jù)測量精度高；④、溫濕度控制精度高，具有自調(diào)整能力，可根據(jù)試驗(yàn)條件的變化調(diào)節(jié)控制器內(nèi)部參數(shù)。⑤、輔助功能多，如RS232串口通訊、USB通訊、以太網(wǎng)通訊等，方便和PC機(jī)的連接。此種類型的溫濕度控制器國內(nèi)生產(chǎn)較少。 本文在綜述國內(nèi)溫濕度控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了基于ARM9芯片的高性能溫濕度控制的設(shè)計(jì)方法。本文主要針對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究：研究試驗(yàn)箱內(nèi)熱力學(xué)過程并建立溫濕度控制系統(tǒng)的簡化數(shù)學(xué)模型；分析溫濕度控制箱的控制方法，選擇合理的溫濕度測量方案，提出了減少誤差的方法；分析溫濕度控制器的功能需求，完成了基于ARM的溫濕度控制器的硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試；選擇了溫濕度控制系統(tǒng)的控制算法，并在設(shè)計(jì)的硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)；最后對(duì)控制效果進(jìn)行了試驗(yàn)分析。 本論文各章節(jié)主要內(nèi)容概述如下： 第1章綜述了濕熱環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)展，提出了課題的研究內(nèi)容、難點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)。 第2章分析了濕熱環(huán)境試驗(yàn)箱溫濕度控制的控制算法，分析了被控空氣的熱力學(xué)過程，得出簡化數(shù)學(xué)模型。 第3章對(duì)溫度、濕度測量系統(tǒng)及其誤差消除方法進(jìn)行分析，提出基于AD7711的高精度溫濕度測量方案。 第4章分析溫濕度控制器的需求，完成溫濕度控制器硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)。 第5章研究溫濕度控制系統(tǒng)的控制算法，在硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)PID繼電自整定算法。 第6章對(duì)溫濕度控制的實(shí)際控制效果進(jìn)行試驗(yàn)分析。 第7章總結(jié)與展望。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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電能是一種使用最為廣泛的能源，其應(yīng)用程度已成為一個(gè)國家發(fā)展水平的主要標(biāo)志之一。隨著計(jì)算機(jī)、電力電子和信息技術(shù)等高新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和普及，電能質(zhì)量已成為電力部門及其用戶日益關(guān)注的問題，對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測和分析也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文主要對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測分析的相關(guān)理論和技術(shù)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了基于DSP和ARM的雙CPU電能質(zhì)量監(jiān)測儀的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。 本文首先對(duì)電能質(zhì)量當(dāng)前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，對(duì)電能質(zhì)量相關(guān)分析方法進(jìn)行了闡述，提出了電能質(zhì)量監(jiān)測儀的設(shè)計(jì)思路。本文采用雙CPU的硬件結(jié)構(gòu)方式，利用ARM管理鍵盤和顯示等人機(jī)接口，采用高速數(shù)字信號(hào)處理器。TMS320LF2407作為運(yùn)算單元，采用專門的14位AD轉(zhuǎn)換芯片來實(shí)現(xiàn)高精度的采樣，同時(shí)利用鎖相環(huán)電路硬件跟蹤電網(wǎng)頻率。軟件系統(tǒng)方面采用了模塊化設(shè)計(jì)，以便于軟件功能的改進(jìn)和升級(jí)。在理論方面也有所研究，以諧波源-六脈動(dòng)整流橋?yàn)檠芯繉?duì)象，分析控制角和換相重疊角與諧波電流大小之間的關(guān)系，并通過PSCAD/EMTDC仿真驗(yàn)證理論分析的準(zhǔn)確性；對(duì)于暫態(tài)電能質(zhì)量擾動(dòng)采用小波變換進(jìn)行檢測，并通過Matlab仿真驗(yàn)證檢測效果。 本文最后對(duì)電能質(zhì)量的實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，指出當(dāng)前電能質(zhì)量中存在的問題，并給出了相應(yīng)的改善措施。對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測儀進(jìn)行了誤差分析，并結(jié)合誤差的原因提出了軟件校正方法。
標(biāo)簽： ARM DSP 電能質(zhì)量 監(jiān)測儀
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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該課題通過對(duì)開放式數(shù)控技術(shù)的全面調(diào)研和對(duì)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的深入研究,并針對(duì)國內(nèi)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的研究起步較晚的現(xiàn)狀,結(jié)合激光雕刻領(lǐng)域的具體需要,緊跟當(dāng)前運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究的發(fā)展趨勢,吸收了世界開放式數(shù)控技術(shù)和相關(guān)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的最新成果,采納了基于DSP和FPGA的方案,研制了一款比較新穎的、功能強(qiáng)大的、具有很大柔性的四軸多功能運(yùn)動(dòng)控制卡.該論文主要內(nèi)容如下:首先,通過對(duì)制造業(yè)、開放式數(shù)控系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制卡等行業(yè)現(xiàn)狀的全面調(diào)研,基于對(duì)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)的深入學(xué)習(xí),在比較了幾種常用的運(yùn)動(dòng)控制方案的基礎(chǔ)上,確定了基于DSP和FPGA的運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)方案,并規(guī)劃了板卡的總體結(jié)構(gòu).其次,針對(duì)運(yùn)動(dòng)控制中的一些具體問題,如高速、高精度、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、實(shí)時(shí)控制以及多軸聯(lián)動(dòng)等,在FPGA上設(shè)計(jì)了功能相互獨(dú)立的四軸運(yùn)動(dòng)控制電路,仔細(xì)規(guī)劃并定義了各個(gè)寄存器的具體功能,設(shè)計(jì)了功能完善的加/減速控制電路、變頻分配電路、倍頻分頻電路和三個(gè)功能各異的計(jì)數(shù)器電路等,完全實(shí)現(xiàn)了S-曲線升降速運(yùn)動(dòng)、自動(dòng)降速點(diǎn)運(yùn)動(dòng)、A/B相編碼器倍頻計(jì)數(shù)電路等特殊功能.再次,介紹了DSP在運(yùn)動(dòng)控制中的作用,合理規(guī)劃了DSP指令的形成過程,并對(duì)DSP軟件的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了框架性的設(shè)計(jì).然后,根據(jù)光電隔離原理設(shè)計(jì)了數(shù)字輸入/輸出電路;結(jié)合DAC原理設(shè)計(jì)了四路模擬輸出電路;實(shí)現(xiàn)了PCI接口電路的設(shè)計(jì);并針對(duì)常見的干擾現(xiàn)象,提出了有效的抗干擾措施.最后,利用運(yùn)動(dòng)控制卡強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制功能,并針對(duì)激光雕刻行業(yè)進(jìn)行大幅圖形掃描時(shí)需要實(shí)時(shí)處理大量的圖形數(shù)據(jù)的特別需要,在板卡第四軸完全實(shí)現(xiàn)了激光控制功能,并基于FPGA內(nèi)部的16KBit塊RAM,開辟了大量數(shù)據(jù)區(qū)以便進(jìn)行大幅圖形的實(shí)時(shí)處理.
標(biāo)簽： FPGA DSP 運(yùn)動(dòng)控制
上傳時(shí)間： 2013-06-09
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從制成世界上第一臺(tái)激光器開始，激光優(yōu)異的單色性、方向性和高亮度特點(diǎn)引起了各界的關(guān)注。激光測距技術(shù)是目前應(yīng)用較為廣泛的一種激光技術(shù)，它與一般測距方法相比，具有操作方便，精度高和晝夜可用的優(yōu)點(diǎn)。目前激光測距技術(shù)分成脈沖式和連續(xù)式兩種類型，連續(xù)式測距系統(tǒng)隨著近年來激光技術(shù)的發(fā)展逐漸引起人們的關(guān)注，在民用領(lǐng)域，尤其是在一些對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求不很高的系統(tǒng)中得到普遍應(yīng)用。 小型化、智能化、高精度、對(duì)人眼安全是激光測距的發(fā)展方向，但是目前的測距儀普遍存在元器件較多、功耗相對(duì)較高、靈活性不夠、適應(yīng)能力不強(qiáng)、抗干擾能力不強(qiáng)等缺點(diǎn)，不利于整機(jī)的一體化和小型化設(shè)計(jì)。 基于上述局限性，本文提出一種新的思想，將數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)用到連續(xù)式相位激光測距技術(shù)中，具體是利用DDS(直接數(shù)字頻率合成)技術(shù)產(chǎn)生用于調(diào)制激光器的正弦信號(hào)，利用FPGA與DSP技術(shù)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)字化處理。該方法不僅克服了上面所述的缺點(diǎn)，而且還具有以下的優(yōu)點(diǎn)：可以通過軟件的方法改變調(diào)制頻率，大大簡化了測相電路，提高了使用的方便性：解決了激光連續(xù)測距中頻率輸出不穩(wěn)定和相位抖動(dòng)的問題，使測距儀的穩(wěn)定性更高；采用DSP處理芯片對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，處理速度更快，提高了實(shí)時(shí)性；采用FFT技術(shù)測相，不僅精度高，而且隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，精度還有上升的空間。 本文從理論和實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了該測距方案的可行性。在采用實(shí)時(shí)取樣補(bǔ)償技術(shù)的情況下，該測距方案的測距精度可達(dá)到毫米量級(jí)，該測距方案設(shè)計(jì)新穎，系統(tǒng)受環(huán)境因素影響較小，可在惡劣環(huán)境下進(jìn)行短距離(一般小于15米)的測量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)方案基本上達(dá)到預(yù)期的指標(biāo)要求。
標(biāo)簽： FPGADSP 激光測距系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-06-08
上傳用戶：manking0408
文章開篇提出了開發(fā)背景。認(rèn)為現(xiàn)在所廣泛應(yīng)用的開關(guān)電源都是基于傳統(tǒng)的分立元件組成的。它的特點(diǎn)是頻率范圍窄、電力小、功能少、器件多、成本較高、精度低，對(duì)不同的客戶要求來“量身定做”不同的產(chǎn)品，同時(shí)幾乎沒有通用性和可移植性。在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，這種傳統(tǒng)的模擬開關(guān)電源已經(jīng)很難跟上時(shí)代的發(fā)展步伐。 隨著DSP、ASIC等電子器件的小型化、高速化，開關(guān)電源的控制部分正在向數(shù)字化方向發(fā)展。由于數(shù)字化，使開關(guān)電源的控制部分的智能化、零件的共通化、電源的動(dòng)作狀態(tài)的遠(yuǎn)距離監(jiān)測成為了可能，同時(shí)由于它的智能化、零件的共通化使得它能夠靈活地應(yīng)對(duì)不同客戶的需求，這就降低了開發(fā)周期和成本。依靠現(xiàn)代數(shù)字化控制和數(shù)字信號(hào)處理新技術(shù)，數(shù)字化開關(guān)電源有著廣闊的發(fā)展空間。 在數(shù)字化領(lǐng)域的今天，最后一個(gè)沒有數(shù)字化的堡壘就是電源領(lǐng)域。近年來，數(shù)字電源的研究勢頭與日俱增，成果也越來越多。雖然目前中國制造的開關(guān)電源占了世界市場的80％以上，但都是傳統(tǒng)的比較低端的模擬電源。高端市場上幾乎沒有我們份額。 本論文研究的主要內(nèi)容是在傳統(tǒng)開關(guān)電源模擬調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上，提出了一種新的數(shù)字化調(diào)節(jié)器方案，即基于DSP和FPGA的數(shù)字化PID調(diào)節(jié)器。論文對(duì)系統(tǒng)方案和電路進(jìn)行了較為具體的設(shè)計(jì)，并通過測試取得了預(yù)期結(jié)果。測試證明該方案能夠適合本行業(yè)時(shí)代發(fā)展的步伐，使系統(tǒng)電路更簡單，精度更高，通用性更強(qiáng)。同時(shí)該方案也可用于相關(guān)領(lǐng)域。 本文首先分析了國內(nèi)外開關(guān)電源發(fā)展的現(xiàn)狀，以及研究數(shù)字化開關(guān)電源的意義。然后提出了數(shù)字化開關(guān)電源的總體設(shè)計(jì)框圖和實(shí)現(xiàn)方案，并與傳統(tǒng)的開關(guān)電源做了較為詳細(xì)的比較。本論文的設(shè)計(jì)方案是采用DSP技術(shù)和FPGA技術(shù)來做數(shù)字化PID調(diào)節(jié)，通過數(shù)字化PID算法產(chǎn)生PWM波來控制斬波器，控制主回路。從而取代傳統(tǒng)的模擬PID調(diào)節(jié)器，使電路更簡單，精度更高，通用性更強(qiáng)。傳統(tǒng)的模擬開關(guān)電源是將電流電壓反饋信號(hào)做PID調(diào)節(jié)后--分立元器件構(gòu)成，采用專用脈寬調(diào)制芯片實(shí)現(xiàn)PWM控制。電流反饋信號(hào)來自主回路的電流取樣，電壓反饋信號(hào)來自主回路的電壓采樣。再將這兩個(gè)信號(hào)分別送至電流調(diào)節(jié)器和電壓調(diào)節(jié)器的反相輸入端，用來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。同時(shí)用來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的過流過壓保護(hù)、電流和電壓值的顯示。電壓、電流的給定信號(hào)則由單片機(jī)或電位器提供。再次，文章對(duì)各個(gè)模塊從理論和實(shí)際的上都做了仔細(xì)的分析和設(shè)計(jì)，并給出了具體的電路圖，同時(shí)寫出了軟件流程圖以及設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的地方。整個(gè)系統(tǒng)由DSP板和ADC板組成。DSP板完成PWM生成、PID運(yùn)算、環(huán)境開關(guān)量檢測、環(huán)境開關(guān)量生成以及本地控制。ADC板主要完成前饋電壓信號(hào)采集、負(fù)載電壓信號(hào)采集、負(fù)載電流信號(hào)采集、以及對(duì)信號(hào)的一階數(shù)字低通濾波。由于整個(gè)系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，要求采樣速率相當(dāng)高。本系統(tǒng)采用FPGA來控制ADC，這樣就避免了高速采樣占用系統(tǒng)資源的問題，減輕了DSP的負(fù)擔(dān)。DSP可以將讀到的ADC信號(hào)做PID調(diào)節(jié)，從而產(chǎn)生PWM波來控制逆變橋的開關(guān)速率，從而達(dá)到閉環(huán)控制的目的。 最后，對(duì)數(shù)字化開關(guān)電源和模擬開關(guān)電源做了對(duì)比測試，得出了預(yù)期結(jié)論。同時(shí)也提出了一些需要改進(jìn)的地方，認(rèn)為該方案在其他相關(guān)行業(yè)中可以廣泛地應(yīng)用。模擬控制電路因?yàn)槭褂迷S多零件而需要很大空間，這些零件的參數(shù)值還會(huì)隨著使用時(shí)間、溫度和其它環(huán)境條件的改變而變動(dòng)并對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和響應(yīng)能力造成負(fù)面影響。數(shù)字電源則剛好相反，同時(shí)數(shù)字控制還能讓硬件頻繁重復(fù)使用、加快上市時(shí)間以及減少開發(fā)成本與風(fēng)險(xiǎn)。在當(dāng)前對(duì)產(chǎn)品要求體積小、智能化、共通化、精度高和穩(wěn)定度好等前提條件下，數(shù)字化開關(guān)電源有著廣闊的發(fā)展空間。本系統(tǒng)來基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。能夠滿足較高精度的設(shè)計(jì)要求。但對(duì)于高精度數(shù)字化電源，系統(tǒng)還有值得改進(jìn)的地方，比如改進(jìn)主控器，提高參考電壓的精度，提高采樣器件的精度等，都可以提高系統(tǒng)的精度。 本系統(tǒng)涉及電子、通信和測控等技術(shù)領(lǐng)域，將數(shù)字PID算法與電力電子技術(shù)、通信技術(shù)等有機(jī)地結(jié)合了起來。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案不僅可以用在電源控制器上，只要是相關(guān)的領(lǐng)域都可以采用。
標(biāo)簽： FPGA DSP 數(shù)字化 開關(guān)電源
上傳時(shí)間： 2013-06-21
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