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《fpga_asic-基于fpga的激光測距控制系統(tǒng)設(shè)計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、基于FPGA的激光測距控制系統(tǒng)設(shè)計DesignofLaserDistanceMeasurementControlSystemBasedOntheFPGA（1.中國科學(xué)院研究生院；2.中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心）1,222謝志鵬，卞春江，孟新1,222XieZhipeng,BianChunjiang,MengXin摘要：本文介紹一種基于FPGA和ARM9的激光測距系統(tǒng)的硬件原理設(shè)計和軟件設(shè)計方案。該方案采用SICK公司的戶外型激光傳感器LMS221，和ALTERA公司cyclone系列的EP1C12Q240I7FPG
2、A芯片?？刂葡到y(tǒng)采用ARM+FPGA的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)運行嵌入式Linux操作系統(tǒng)，從而保證系統(tǒng)可以靈活的實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集和實時數(shù)據(jù)傳輸。關(guān)鍵詞：FPGA激光測距LMS221UART中圖分類號：TP212文獻標識碼：AAbstract:ThispapercoversthedesignofcircuitprincipleandsoftwaredesignoflaserdistancemeasurementsystemwhichisbasedonFPGAandARM9.InthedesigntheLMS221outdoorlase
3、rsensorfromSICKandFPGAEP1C12Q240I7ofcyclonefromALTERAareused.ThedesignusesARM+FPGAsystemandembeddedLinuxoperatingsystemwhichcouldflexiblyrealizehighspeeddataacquisitionandreal-timetransmission.Keywords:FPGA,laserdistancemeasurement,LMS221,UART1.引言隨著科技的發(fā)展，具有高亮度、高方
4、向性、高單色性等優(yōu)點的激光很快就應(yīng)用于各類測量領(lǐng)域。其中，激光測距既是一個很廣泛的應(yīng)用。采用激光飛行原理的脈沖式激光測距系統(tǒng)體積小、操作簡單，且測量精度高，抗干擾能力強，可用于建筑或空地安全監(jiān)護、分揀和分類物體、車輛防撞、超高超寬檢測、交通基礎(chǔ)設(shè)施測量、軌道交通應(yīng)用等領(lǐng)域。本文正是采用脈沖式激光傳感器進行測距。2.系統(tǒng)設(shè)計方案及器件選用圖1為激光測距控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。根據(jù)實際應(yīng)用要求，整個激光測距控制系統(tǒng)由ARM和FPGA組成，用于控制激光傳感器的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸。FPGA采集激光傳感器傳過來的數(shù)據(jù)并進行處理，
5、ARM則通過網(wǎng)口與上位管理計算機進行數(shù)據(jù)傳輸。圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.1激光傳感器工作原理德國SICK公司的LMS221-30206戶外型非接觸式激光傳感器,采用激光飛行原理(time-of-flightprinciple)技術(shù)，具有75Hz的快速掃描頻率，80m長量程的檢測范圍，IP67的高防護等級和180°的掃描角度等的卓越性能，可用來實時檢測移動物體，并能在惡劣環(huán)境下進行作業(yè)。雨雪等天氣因素對測量范圍沒有影響，可用于室外溫度-30℃~+50℃的環(huán)境中。LMS221是一種二維激光傳感器，它按照定義好的時間間隔發(fā)出激光脈沖，
6、旋轉(zhuǎn)鏡面將脈沖激光發(fā)射向各個方向并由LMS221接收反射光線，通過計時器計算發(fā)射脈沖和接收脈沖之間的時間間隔來計算與被測物體之間的距離。圖2為激光測量傳感器示意圖。圖2激光測量傳感器不同的測量值分辨率決定了不同的測量距離范圍。測量值分辨率分別為1mm和10mm時，能夠測量的最遠距離分別是8.191m和81.91m。設(shè)計中我們采用30m的量程范圍，測量值分辨率為毫米級，180°/0.5°的模式，RS422的數(shù)據(jù)格式進行數(shù)據(jù)通訊，波特率為500K。使用波特率500k可實現(xiàn)高速通信，LMS221可將所有檢測的數(shù)據(jù)實時傳送，不會
7、存在數(shù)據(jù)丟失問題。2.2FPGA數(shù)據(jù)采集FPGA是英文FieldProgrammableGateArray的縮寫,即現(xiàn)場可編程門陣列，它是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的,既解決了定制電路的不足,又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。設(shè)計中選用ALTERA公司Cyclone系列的EP1C12Q240I7，它是一種具有豐富的可編程邏輯單元的現(xiàn)場可編程門陣列。該芯片采用240腳的PQFP封裝，提供173個IO接口；擁有12,060個LEs；52個M4KRAMBlock；總共可以提供239，616
8、Bit的RAM；另外芯片內(nèi)部還自帶有2個鎖相環(huán)，可以提供穩(wěn)定、可靠的時鐘信號。可采用EPCS1配置FPGA。EPCS1是可多次擦寫的1M比特的ALTERA專用配置芯片，它本質(zhì)上是一塊專用Flash，用于保存FPGA的配置信息。在主動串行配（AS）置模式下，可通過下載電纜在線配置FPGA。FPGA主要實現(xiàn)了500k波特
