新闻中心

EEPW首页 > 嵌入式系统 > 设计应用 > 采用FPGA/MCU技术的光电式滚转角测量仪的解决方案

采用FPGA/MCU技术的光电式滚转角测量仪的解决方案

作者:时间:2010-12-10来源:网络收藏

本文设计基于式滚,安装于实验转台上,实时输出滚度值,为弹体的滚测量提供对照基准,并可与上位机进行通信,将数据传送到主机中进行后续处理。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/151256.htm

  系统整体方案

  滚转角物理架构如图1、2所示。a为滚转体,可沿轴向做360度旋转,在滚转体上某固定位置安装红外发光二极管k,光束方向沿截面径向朝外;b为侧支架,为了减少环境光线的干扰,封闭式设计,沿支架周向均匀安装n个光敏接收电路gl-gn,n值视所需测量精度而定;当滚转体旋转到某角度时,延径向发射红外光,侧支架上的光敏三极管对其进行接收,把光信号转换为电压信号,经过处理之后送给主控板,主控板通过判断是哪个光敏三极管接收到了信号来确定滚转角度,滚转体也可能会刚好旋转到两个光敏三极管之间,导致二者同时接收到光信号,此时可对信号进行AD转换,然后通过相应算法对转换值进行处理,从而解算出滚转角。


  系统硬件设计

  滚转角的硬件框图如图3所示,包括红外光发射模块、光敏接收模块、信息处理模块、电源模块、LED显示模块等,以下分别进行具体介绍。


  红外光发射模块选用方向性较强的窄角度红外发光二极管PH303,波长0.94mm,通过510Ω限流电阻与弹上的陀螺仪或者磁探测模块相连接,当滚转体转到某角度时由单片机控制其持续发光。由于发光二极管与光敏接收模块之间的距离较短,仅有3~4cm,因此小功率直射方式便可满足要求。

  光敏接收模块UNI公司的NPN光敏三极管MID-32A22,接收光波长也为0.94mm。接收模块电路如图4所示,实物如图5所示,Q1为光敏三极管,LM358D为双通道集成运算放大器。在Q1上施加9V的偏置电压,保证集电结处于反向偏置,发射结处于正向偏置。室温条件下,当受到红外光照射时,发射集的输出电流与入射光强度呈线性关系,范围在1.5~2mA之间,R4取值为330Ω,则LM358D的引脚5输入电压在0.5~0.66V之间。前级运放搭建成同相比例放大器,取R1=1kW,R2=5kW,放大倍数为(1+5/1)=6倍,则引脚7的输出电压在以上。后级运放搭建成一阶低通有源滤波器,取R3=15.8kW,C1=0.1mF,截止频率为100Hz。Ax(x=1-n)为经过转换及信号调理之后的输出信号,本系统中n取值为37,即在侧支架上沿周向均匀安装37个光敏接收模块。当Q1接收到足够强度的入射红外光时Ax输出为高电平,没有受到入射光照射时保持为低电平,信号直接送至信息处理模块的相应引脚。


  FPGA/MCU信息处理模块:FPGA作为主处理器,两片MCU作为协处理器,FPGA与MCU及上位机之间均使用串口通信方式。

  FPGA采用Altera公司的EP1C3T144,具有2910个逻辑单元,可用IO引脚达104个,集成1个PLL模块,使用与1.5V联合供电,上电次序可任意配置,可灵活选择使用主动串行方式或者JTAG方式进行调试,外接50MHz有源晶振为芯片提供基准频率。

  MCU选用Cygnal公司的C8051F310,工作电压2.7V~3.6V,最高工作频率可达25MHz,提供1280字节RAM和16Kb FLASH,29个耐5V电压的可配置IO引脚,片内集成21路10位200KSPS ADC及硬件增强型UART,可使用Silicon lab2线调试方式。


上一页 1 2 3 下一页

评论


相关推荐

技术专区

关闭