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AVR与FPGA之间的电路

在控制步进电机转动时,激光扫描系统选择FPGA分配脉冲信号和方向信号给步进电机驱动器来驱动东莞电机转动。AVR32需要与控制电机转动的FPGA之间进行通信,将解析之后的扫描命令传给FPGA进行后续电机的驱动工作。由于FPGA在激光扫描系统中只是负责东莞电机转动所需脉冲的分配,整体芯片性能要求不高,因此系统选择使用Altera公司生产的EP1C6T144C8型号的FPGA。

 

AVR32与FPGA之间通信可采用SPI串行通信和并行通信方式。由于激光扫描系统的实时性要求和FPGA性能使用方面的余量,AVR32与FPGA之间采用并行通信方式。

 

根据电机转动命令,并行通信之间的协议制定如下。FPGA需要控制水平电机和垂直电机的转动,转动方向有上下左右四种情况,使用4位表示。电机的转动步数在0.9。步距角16细分下转动一圈需要转动6400步,由于电机实际转动过程中都是小角度转动,同时考虑到AVR32的I/O操作的简便性,使用12位表示电机转动步数,即主控制器AVR32与FPGA采用16位并行通信传输数据。主控制器AVR32与FPGA属于主从关系,主控制器AVR32控制FPGA的工作方式,需要命令传输来实现主控制器AVR32与FPGA之间的同步性。当主控制器AVR32将命令解析之后的电机转动的方向信号和转动步数输出到数据引脚上时,FPGA需要被动及时地获取这些信息来实时控制双振镜系统工作,为了通知FPGA及时读取数据引脚上的信息,定义一个命令信号SYNC来通知FPGA读取数据。当FPGA按照数据信息控制步进电机完成所需的转动之后,主控制器AVR32需要知道转动已经完成,否则在FPGA仍然在控制电机转动时,主控制器AVR32再次发送一个电机转动信息,FPGA将因为正在工作而丢失该次转动命令造成电机转动不受命令控制。为了保证电机转动完全依据命令要求,系统定义命令信号nSTB_RD来通知王控制器AVR32电机转动已经芫成,AVR32可以发送响应命令信息给工控机,让工控机对响应命令处理之后进行下一条扫描命令的发送、解析和执行。

 

主控制器AVR32的I/O口的电压为3.3V,内核的工作电压为1.8V,FPGA的工作电压包括3.3V和1.5V。由于控制板的供电电压为5V,系统需要考虑电压转换来满足AVR32和FPGA的工作电压需求。根据AVR32的芯片手册知,AVR32可采用单电源3.3V供电,使用处理器内部集成的电压转换器将3.3V转换为内核工作电压1.8V。因此电压转换只需考虑5V到3.3V转换和3.3V到1.5V转换。

 

根据距离停止线距离在80m〜100m内的区域为捕获区,该区域内完成对飞机的捕获和初步跟踪。距离停止线距离在50m〜80m内的区域为飞机识别和跟踪引导区,该区域内通过激光扫描数据解析出飞机的机鼻高度及引擎相对机鼻的水平距离和机鼻相对引导线的水平偏移完成对入坞飞机的机型识别和跟踪引导。距离停止线距离在15m内的区域为精确引导区,该区域内通过实时显示飞机前轮相对停止线的距离和机鼻相对引导线的偏移,指示驾驶员调整飞机速度和入坞姿势确保飞机安全准确地停泊。在停止线和引导系统安装位置之间的5m〜50m的区域为通道区,该区域根据不同的机场环境作为机场地勤设备安放和车辆通过区域。

 

根据场景定义的划分,激光扫描算法分为飞机捕获算法、飞机机型识别算法,飞机跟踪算法和精确引导算法。激光扫描系统米取的扫描算法直接决定了电机转动控制机制和激光数据处理算法。因为原始激光数据呈现离散状态,不能直接描述飞机入坞的当前姿势,若采取离散点空间拓扑结构描绘,系统需要进行大量的数据处理。通过对不同机型飞机的机身参数研究和飞机入坞过程分析知,机鼻高度、引擎个数及引擎到中心线的垂直距离这三个特征参数可以无重复地进行机型鉴别。因此,系统采用特征点的匹配方式来引导飞机入坞。

 

算法的基本思想是通过固定垂直振镜在机鼻高度位置,水平电机转动扫描的激光数据处理得到机鼻位置来判断飞机相对引导线的偏移。根据水平扫描得到的机鼻当前高度与机鼻理论高度对比调整垂直振镜偏转位置,保证测量激光始终在机鼻高度水平线上扫描。通过机鼻上的距离值的空间坐标结算,系统得到机鼻到停止线的水平距离来判断当前飞机入坞阶段,并采取该阶段应执行的工作。特征点的匹配算法在入坞不同阶段的具体算法见以下分析。