基于FPGA的激光無(wú)線(xiàn)通信精跟蹤系統
加入技術(shù)交流群
MV-D1024E是高速高動(dòng)態(tài)的CMOS相機系列，采用CMOS主動(dòng)像元技術(shù)，具有12位的采樣分辨率和1 024×1 024的像素分辨率，在此分辨率下幀頻能達到150幀／s，曝光時(shí)間由10μs～0．41 s，25 ns步進(jìn)可調，采用Camera Link接口，用串行口對相機進(jìn)行配置。相機時(shí)序由幀頻FVAL、行頻LVAL和數據幀DVAL控制，當它們同時(shí)為高電平時(shí)，在相機時(shí)鐘PCLK上升沿時(shí)數據總路線(xiàn)上才有數據。在光斑中心提取算法中，采用較為實(shí)用的質(zhì)心法，該算法計算簡(jiǎn)單，便于FPGA實(shí)現，因其抗噪聲干擾能力較弱，當噪聲增大時(shí)，光斑中心提取精度降低，則系統選取了灰度加權質(zhì)心法來(lái)計算光斑中心。若目標區域為N×N，則質(zhì)心的位置為：本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/191899.htm
式中：i，j為目標區中像元的橫縱坐標；f(i，j)為像元的灰度值。質(zhì)心法反映了目標的能量分布狀況。該算法適用于類(lèi)似于精跟蹤系統接收視場(chǎng)小而光班范圍相對較大的情況。
2．2 數據傳輸及通信接口部分
Camera Link用于相機和FPGA板間的數據交換，其傳輸率高達1 Gb／s，且抗噪較好，可以提供高分辨率和各種幀頻的數字化數據，數據輸出采用了LVDS格式，根據應用要求，其支持基本(Base)、中檔(Medium)、全部(Full)等數字格式，該接口具有開(kāi)放式的接口協(xié)議，兼容性好。它適用于CCD或CMOS等數字式相機與圖像采集系統間的通信接口。
USB接口用于FPGA與PC機間的數據和指令的交換，其具有高速度、低成本、低功耗、即插即用和使用維護方便等優(yōu)點(diǎn)，采用IEEE1394總路線(xiàn)協(xié)議，最高帶寬可達到480 Mb／s。采用Cypress公司的EZ-US-BFX2系列芯片中的CY7C68013。
2．3 光路偏轉控制部分
光路偏轉控制系統以高速轉換芯片DAC712P、雙通道PZT控制器和高精度PZT振鏡構成，采用的16位雙通道高速數模轉換芯片DAC712P，電壓輸出時(shí)間小于10μs，其輸出電壓直接用于雙通道PZT控制器的輸入。PZT控制器選用德國PI公司的E-503 PZT控制功率放大器，輸入電壓范圍為0～10 V，輸出電壓范圍為0～100V，其電壓頻率響應曲線(xiàn)如圖2所示。PZT振鏡選用了德國PI公司的S-330，該PZT振鏡采用壓電陶瓷驅動(dòng)，頻率響應度高且具有極高的定位精度。
跟蹤控制算法采用PID控制算法，該算法包括位置式PID控制算法和增量式PID控制算法，而在實(shí)時(shí)控制系統中常用增量式PID控制算法，其公式為：
式中：△u(k)為輸出的控制量。q0=KP，q1=KP?(TS／TI)，q2=KP?(TD／TS)分別為比較項、積分項和差分項的系數，TS為采樣時(shí)間，對于不同的控制系統，TS各不相同，要根據實(shí)際調試經(jīng)驗來(lái)確定。
3 軟件部分設計
此部分包含了上位機和下位機軟件設計，下位機FPGA采用由Altera公司的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境QuartusⅡ、Mentor Graphics公司的ModelSim SE進(jìn)行開(kāi)發(fā)，采用Verilog HDL語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)，上位機使用Microsoft公司的VC++6．0軟件工具進(jìn)行開(kāi)發(fā)。QuartusⅡ通過(guò)JTAG對FPGA進(jìn)行調試、配置下載，VC應用程序通過(guò)USB接口與CMOS相機控制電路板、圖像處理電路板進(jìn)行連接通信。整個(gè)系統流程圖如圖3所示。
評論