DSP處理器的紅外電視調(diào)焦控制器設(shè)計(jì)
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
1.引言
本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/226863.htm隨著紅外成像技術(shù)的快速發(fā)展，紅外測(cè)量電視成為光電跟蹤系統(tǒng)的重要組成部分。紅外相機(jī)的自動(dòng)和連續(xù)調(diào)焦，是保證紅外電視成像質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)光電跟蹤系統(tǒng)高精度穩(wěn)定跟蹤的關(guān)鍵技術(shù)。一般來(lái)說(shuō)，影響紅外電視成像的因素有很多，而目標(biāo)的距離和環(huán)境溫度等參數(shù)對(duì)成像質(zhì)量影響較大，如何根據(jù)目標(biāo)距離和環(huán)境溫度等影響目標(biāo)成像質(zhì)量的信息，實(shí)時(shí)調(diào)整相機(jī)的位置，從而獲得清晰的目標(biāo)圖像，需要進(jìn)行廣泛深入的研究，對(duì)實(shí)現(xiàn)紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定高精度跟蹤測(cè)量功能具有重要意義。下面，小編就紅外電視調(diào)焦控制器的設(shè)計(jì)給予簡(jiǎn)單介紹。2.調(diào)焦控制器的硬件設(shè)計(jì)
2.1 總體結(jié)構(gòu)及原理
光電跟蹤測(cè)量系統(tǒng)調(diào)焦控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能主要包括：接收綜合控制器的控制命令，實(shí)現(xiàn)紅外電視的變倍與調(diào)焦功能，兼具自檢功能和故障診斷能力，故障診斷到線(xiàn)路板。
系統(tǒng)采用基于DSP+FPGA的調(diào)光調(diào)焦控制器。該控制器的硬件原理框圖如圖1所示。
圖1 調(diào)光調(diào)焦控制器硬件框圖
其中DSP(TMS320F2812)作為調(diào)光調(diào)焦控制器核心。TMS320F2812是TI公司針對(duì)數(shù)字控制領(lǐng)域而推出的，它是目前控制領(lǐng)域最高性能的處理器，具有控制精度高、速度快、使用靈活以及集成度高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、光學(xué)網(wǎng)絡(luò)以及自動(dòng)化控制等領(lǐng)域。
系統(tǒng)選用Cyclone公司系列FPGA中的EP1C12Q240C8作為整個(gè)調(diào)光調(diào)焦控制器的時(shí)序和邏輯控制核心，EP1C12Q240C8提供12060個(gè)邏輯單元(LE)和173個(gè)I/O口，可以?xún)?nèi)嵌4K的RAM.
采用可編程邏輯器件(FPGA)，可以非常簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)DSP的硬件電路。將DSP的數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址總線(xiàn)、讀寫(xiě)控制線(xiàn)以及中斷信號(hào)線(xiàn)全部引入到FPGA中，根據(jù)特定的要求，在FPGA內(nèi)完成時(shí)序和邏輯設(shè)計(jì)。其中為T(mén)L16C554，AD7864提供地址選通信號(hào)，為光柵尺計(jì)算提供四倍頻鑒相和計(jì)數(shù)邏輯。
由于電機(jī)的信號(hào)線(xiàn)、限位開(kāi)關(guān)線(xiàn)數(shù)量很多，需要本系統(tǒng)的I/O口的數(shù)量較多，可以在FPGA內(nèi)完成擴(kuò)展I/O口的功能。2.2 FPGA的設(shè)計(jì)
FPGA內(nèi)部采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，對(duì)FPGA設(shè)計(jì)進(jìn)行模塊分解。主要包括，實(shí)現(xiàn)FPGA擴(kuò)展I/O口的功能，為T(mén)L16C554和AD7864提供片選和讀寫(xiě)信號(hào)，提供四倍頻鑒相和計(jì)數(shù)邏輯計(jì)算光柵尺位置量。FPGA內(nèi)的功能模塊如圖2所示。
TL16C554地址譯碼模塊：在FPGA內(nèi)部，針對(duì)DSP的讀寫(xiě)以及地址信號(hào)進(jìn)行譯碼，為T(mén)L16C554提供讀寫(xiě)信號(hào)以及片選等信號(hào)。
光柵尺邏輯計(jì)算模塊：光柵尺輸出兩路正交的方波信號(hào)A、B和零位信號(hào)Z輸入到FPGA中，在FPGA中實(shí)現(xiàn)對(duì)A、B信號(hào)的倍頻及鑒相功能，然后通過(guò)16位計(jì)數(shù)器和鎖存器與DSP相連，通過(guò)讀取計(jì)數(shù)器的數(shù)值可得到光柵尺的位置數(shù)值，系統(tǒng)框圖如圖3所示。
3.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與精度分析
3.1 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
調(diào)焦系統(tǒng)由安裝在望遠(yuǎn)物鏡筒上的光學(xué)機(jī)械部分和電控部分組成。光學(xué)機(jī)械部分包括調(diào)焦組件、變倍組件等。電控系統(tǒng)以DSP2833為核心處理器，利用FPGA實(shí)現(xiàn)時(shí)序和邏輯控制，配以外圍電路、執(zhí)行電機(jī)及位置反饋部件。電控系統(tǒng)位置反饋采用精密線(xiàn)繞電位器和光柵尺，執(zhí)行電機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)、超聲電機(jī)和永磁直流電機(jī)。變倍系統(tǒng)兩端靠電限位和機(jī)械限位來(lái)保證定位。根據(jù)以上設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)踐，調(diào)焦電控系統(tǒng)采用兩塊電路板進(jìn)行工作，分別為控制電路板和功率驅(qū)動(dòng)板。圖4為控制電路板，圖5為功率驅(qū)動(dòng)板。通過(guò)試驗(yàn)，較好的完成了紅外電視自動(dòng)調(diào)焦及變倍功能。
評(píng)論