基于FPGA的激光测距控制系统设计

基于FPGA的激光测距控制系统设计作者：谢志鹏，卞春江，孟新，XIEZhi-peng，BIANChun-jiang，MENGXin作者单位：谢志鹏,XIEZhi-peng(100049,北京,中国科学院研究生院;100190,北京,中国科学院空间科学与应用研究中心)，卞春江,孟新,BIANChun-jiang,MENGXin(中国科学院空间科学与应用研究中心,北京,100190)刊名：微计算机信息英文刊名：CONTROL&AUTOMATION年，卷(期)：2009，25(8)引用次数：0次参考文献(4条)1.杨姣.郝国法.方康玲基于cycloneEP1C6的LED大屏设计方案[期刊论文]-微计算机信息2006(11)2.黄智伟FPGA系统设计与实践20073.查看详情4.查看详情相似文献(9条)1.期刊论文魏昊.姜建芳.施峰.鲜玮.WEIHao.JIANGJian-fang.SHIFeng.XIANWeiFPGA的多目标激光测距系统的设计与实现-火力与指挥控制2007,32(7)较之传统的测距方法,多目标测距可以在一次测距过程中,对测距范围和测方向上出现的多个目标同时进行测量,从而大大提高了激光测距系统的实用性和灵活性.针对激光测距系统中多目标的捕获技术进行了较深入的研究讨论.并采用先进的微处理器技术和可编程逻辑技术,设计了基于FPGA的多目标激光测距系统,较好地实现了集群式多目标捕获的关键技术.2.学位论文王世峰基于FPGA的双自触发脉冲激光测距关键技术研究2005激光测距技术被广泛应用于现代工业测量、航空与大地的测量、国防及通信等诸多领域。本文从已获得广泛应用的脉冲激光测距技术入手，重点分析了近年提出的自触发脉冲激光测距技术(STPLR)特别是其中的双自触发脉冲激光测距技术(BSTPLR)，通过分析发现其核心部件之一就是用于测量激光脉冲飞行时间(周期)的高精度高速计数器，而目前一般的方式是采用昂贵的进口高速计数器或专用集成电路(ASIC)来完成，这使得激光测距仪在研发、系统的改造升级和自主知识产权保护等诸多方面受到制约，同时在其整体性能上特别是在集成化、小型化和高可靠性方面带来阻碍。为此，本文研究了采用现场可编程门阵列(FPGA)来实现脉冲激光测距中的高精度高速计数及其他相关功能，基本解决了以上存在的问题。论文通过对双自触发脉冲激光测距的主要技术要求和技术指标进行分析，对其中的信号处理单元采用了FPGA+单片机的设计形式。由FPGA主控芯片(EPF10K20TC144-4)作为周期测量模块，在整个测距系统中是信号处理的核心部件，借助其用户可编程特性及很高的内部时钟频率，设计了专用于BSTPLR的高速高精度计数芯片，负责对测距信号产生电路中的时刻鉴别电路输出信号进行计数。数据处理模块则主要由单片机(AT89C51)来实现。系统可以通过键盘预置门控信号的宽度以均衡测量的精度和速度，测量结果采用7位LED数码管显示。本设计在近距离(大尺寸)范围内实验测试时基本满足设计要求。3.期刊论文雷佳.毛志刚.王琴.LEIJia.MAOZhi-gang.WANGQin激光测距系统中数字频率发生器的FPGA实现-信息技术2009(7)针对传统的激光测距系统结构中由锁相环等模拟电路单元带来的相位累计误差、A/D转换误差等缺点,提出一种全数字化的调制频率发生器FPGA实现方式,从根本上避免了上述问题的存在,进而改善了测量精度.该设计经过测试验证,能够快速、精确、稳定的产生相位式测距法所需的各种调制频率;将其应用在测距系统中,能实现150m范围内、误差不超过1.5mm的高精度测量.4.期刊论文张淼.董辉.ZHANGMiao.DONGHui基于FPGA实现相位激光测距法中数据处理-大连海事大学学报2007,33(z1)分析相位激光测距法原理,提出一种基于现场可编程逻辑器件(FPGA)的量化移位算法,并通过功能仿真,完成相位激光测距法中数据处理模块的设计与实现.与一般乘法器算法相比,该算法运算速度快,实现电路比较简单.5.学位论文刘文基于FPGA技术的激光测距系统研究2007本文的研究内容是在激光测距项目基础上进行的，分析了各种激光测距方法的利弊，最终选用脉冲激光测距的实现方式，并且对脉冲激光测距系统做了深入研究。本文设计了以FPGA为核心的信号处理模块，实现了对激光信号的编码和译码、对激光发射控制时钟的分频、和内部PLL倍频实现内部高频计时时钟等，提高了系统的精度和稳定性。使用并行脉冲计数法，提高了计时精度，分析了可能产生误差的原因，并且对结果做了相应的修正，减小了激光测距系统的误差。并且制定了四种工作模式，可以根据不同的实际环境选择相应的测距模式，以达到最好的测量效果。在接收方面突破以往普通的被动接收方式，提出了利用窗函数接收回波的主动接收方式，结合窄带滤光片的滤光效果，提高了系统的抗干扰性能。从课题要求出发，本激光测距系统实现了体积小、功耗低的特点，测量距离相对较近(0.5-50米)，属于近距测量系统。6.学位论文吕立宁FPGA在相位激光测距信号处理技术中的应用2005本文简单介绍了脉冲式激光测距原理、相位式激光测距的原理及相位测量技术。根据课题的要求，给出了电路系统设计方案，选择了合适测相系统电路参数，分析了调制波的噪声对系统的影响，计算出能满足系统精度要求的最低信噪比，对偶然误差、信号变化幅度大小、零点漂移和电路的相位延迟等原因引起的测量误差，提出了具体的解决措施，这些措施提高了数字检相电路的测相精度和稳定性。　　根据电路系统设计方案，着重对混频电路、整形电路和自动数字检相电路进行了较为深入的分析与讨论，其中自动数字检相电路采用大规模可编程逻辑器件FPGA实现。　　文中述叙了利用FPGA实现自动数字检相的原理及方法步骤，分析了FPGA实现鉴相功能的可靠性。根据设计要求，选择合适的FPGA逻辑器件和配置器件，使用QuartusⅡ软件开发可编程逻辑器件及VHDL编程，给出了用QuartusⅡ软件进行数字检相测量的系统仿真结果和混频电路、比较电路、数字检相电路的实验结果，对在没有零角度位置标志信号和没有允许计数标志信号条件下的实验结果的精度进行了分析。根据误差结果分析，提出了下一步研究改进的措施和思路。7.学位论文郭淑敏基于FPGA的全数字激光测距信号处理系统的设计2008激光测距是一种非接触式的测量技术，已被广泛使用于遥感、精密测量、工程建设、安全监测以及智能控制等领域。早期的激光测距系统在激光接收机中通过分立的单元电路处理激光发、收信号以测量光脉冲往返时间，使得开发成本高、电路复杂，调试困难，精度以及可靠性相对较差，体积和重量也较大，且没有与其他仪器相匹配的标准接口，上述缺陷阻碍了激光测距系统的普及应用。本文针对激光测距信号处理系统设计了一套全数字集成方案，除激光发射、接收电路以外，将信号发生、信号采集、综合控制、数据处理和数据传输五个部分集成为一块专用集成电路。这样就不再需要DA转换和AD转换电路和滤波处理等模块，可以直接对信号进行数字信号处理。与分立的单元电路构成的激光测距信号处珲相比，可以大大降低激光测距系统的成本，缩短激光测距的研制周期。并且由于专用集成电路带有标准的RS232接口，可以直接与通信模块连接，构成激光遥测实时监控系统，通过LED实时显示测距结果。这样使得激光测距系统只需由激光器LD、接收PD和一片集成电路组成即可，提出了桥梁的位移监测技术方法，并设计出一种针对桥梁的位移监测的具有既便携、有效又经济实用的监测样机。本文基于xilinx公司提供的开发环境(ise8.2)、和Virtex2P系列XC2VP30的开发版来设计的，提出一种基于方波的利用DCM(数字时钟管理器)检相的相位式测距方法；采用三把侧尺频率分别是30MHz、3MHz、lOkHz，对应的测尺长度分别为5米、50米和15000米，对应的精度分别为±0.02米、±0.5米和±5米。设计了一套激光测距全数字信号处理系统。为了证明本系统的准确性，另外设计了一套利用延时的方法来模拟激光光路，经过测试，证明利用DCM检相的相位式测距方法对于桥梁的位移监测是可行的，测量精度和测量结果也满足设计方案要求。8.期刊论文曹恒.张祥金.张合.王晓锋.CAOHeng.ZHANGXiang-jin.ZHANGHe.WANGXiao-feng基于FPGA的激光测距技术研究-南京理工大学学报（自然科学版）2008,32(5)该文探讨了以现场可编程门阵列(FPGA)为核心的激光测距系统,通过对激光信号的编码和解码,利用激光发射控制时钟的分频和内部锁相环(PLL)倍频,实现了高频计时时钟,达到了激光测距的目的,并提高了系统的精度和稳定性.在接收方面突破普通的被动接收方式,提出了利用窗函数接收回波的主动接收方式,结合窄带滤光片的滤光效果,提高了系统的抗干扰性能.测试结果显示该激光测距系统达到了预期效果.9.期刊论文张辉.张顺法.梁谦基于FPGA的提高激光测距分辨率的方法-航空兵器2004(4)提高激光测距分辨率有多种方法,TOF(time-of-flight)法应用最为广泛.但是TOF法的测距分辨率很大程度上依赖于计数脉冲的时钟频率,如果采用很高的系统全局时钟,则加大了电路板的设计难度,本文提出了在不提高系统全局时钟的前提下提高TOF测距分辨率的方法,此方法基于FPGA的锁相环(PLL)技术,在FPGA芯片内部实现将全局时钟倍频,最高内部频率可以提高到200MHz,而外部全局时钟仍然可以保持较低的水平(20MHz),从而使测距分辨率提高了10倍.本文链接：下载时间：2009年12月2日