專利名稱：一種基于fpga的智能轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于FPGA的智能轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)，多用于天氣雷達(dá)的伺服系統(tǒng)，也可用于高精度定位的天線中。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的雷達(dá)天線轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)一般控制形式單一，系統(tǒng)只能在PC機(jī)軟件下進(jìn)行工作，此系統(tǒng)在沒有PC機(jī)的前提的環(huán)境下轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)只能成為擺設(shè)；在脫離PC機(jī)軟件的情況下，無法獨(dú)自對(duì)天線進(jìn)行高精度的定位控制以及對(duì)方位俯仰值進(jìn)行監(jiān)控；在天線調(diào)試過程中，若要用PC機(jī)軟件進(jìn)行控制極為不便；天線的校零一直是件很繁瑣的事情，沒有帶電保存的措施就必須每次使用前都必須進(jìn)行校零，當(dāng)然可以使用PC機(jī)進(jìn)行校零以及對(duì)數(shù)據(jù)的保存，但是脫離了 PC機(jī)就無法工作了，轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的獨(dú)自校零功能很必要；現(xiàn)有的轉(zhuǎn)臺(tái)需要高精度的控制，以滿足轉(zhuǎn)臺(tái)各種高精度軌跡的運(yùn)行；轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行工作時(shí)，沒有極限值的設(shè)定、急停，無法滿足某些轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的需要；單一的RS232的通信形式無法適應(yīng)快速的數(shù)據(jù)傳輸，從而無法進(jìn)行高精度的快速定位和方位俯仰值的監(jiān)控；高精度的方位俯仰反饋值要求高精度的編碼器，低端CPU對(duì)解碼的處理較為復(fù)雜，而且速率較慢；伺服驅(qū)動(dòng)器所需要的脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)用低端CPU產(chǎn)生較為困難，也無法實(shí)現(xiàn)加減速過程；基于低端CPU的伺服控制主板的接口功能單一，無法適應(yīng)各種新型控制傳感器、方位俯仰編碼器解碼功能，另外主板CPU處理速度較慢，采用一個(gè)更高端的CPU是必要的?；谝陨戏N種，本設(shè)計(jì)人對(duì)現(xiàn)有的天線轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行研究改進(jìn)，本案由此產(chǎn)生。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的，在于提供一種基于FPGA的智能轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)，其可解決低端的(PU無法滿足現(xiàn)有轉(zhuǎn)臺(tái)工作要求的問題，提供較多的通用接口，可適應(yīng)更多的外接設(shè)備以及功能擴(kuò)展，可提供百兆以太網(wǎng)通信，提高數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和速率。為了達(dá)成上述目的，本實(shí)用新型的解決方案是一種基于FPGA的智能轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)，包括伺服控制器主板、功能選擇按鈕及功能指示LED、四向方向桿傳感器、速度手輪傳感器、方位俯仰值顯示LED及扇區(qū)極限指示LED、方位俯仰電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和電源系統(tǒng)；功能選擇按鈕為+3. 3V觸發(fā)自恢復(fù)LED按鈕，功能指示LED為+5V驅(qū)動(dòng)，其觸發(fā)與驅(qū)動(dòng)信號(hào)線與伺服控制器主板相連；四向方向桿傳感器分為四向信號(hào)，每路為+3. 3V觸發(fā)，其觸發(fā)信號(hào)線與伺服控制器主板相連；速度手輪傳感器所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)線與伺服控制器主板相連；方位俯仰值顯示LED為兩組5位八段碼，扇區(qū)極限指示LED為發(fā)光二極管，所述八段碼的片選信號(hào)線和八段碼驅(qū)動(dòng)線以及發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)線都與伺服控制器主板相連； 方位俯仰電機(jī)驅(qū)動(dòng)器三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其所需要的脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)線與伺服控制器主板相連；電源系統(tǒng)與伺服控制器主板相連。上述伺服控制器主板包括FPGA處理器及基于該處理器下的以太網(wǎng)通信接口。上述電源系統(tǒng)包括220V/AC轉(zhuǎn)+15V/DC模塊、220V/AC轉(zhuǎn)+5V/DC模塊，濾波器以及開關(guān)，5V/DC供給伺服控制器主板，15V/DC供給方位俯仰電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。采用上述方案后，本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)，功能完善多樣，定位穩(wěn)定精確，F(xiàn)PGA的技術(shù)平臺(tái)上可嵌入多種功能算法，從而使得功能擴(kuò)展方便，適應(yīng)力強(qiáng)；采用標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)箱安裝，攜帶方便。

圖I是本實(shí)用新型的整體架構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖I所示，本實(shí)用新型提供一種基于FPGA的智能轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)，用于雷達(dá)天線的伺服控制，所述智能轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)包括伺服控制器主板、功能選擇按鈕及功能指示LED、方向俯仰值顯示LED及扇區(qū)極限指示LED、方位俯仰電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、四向方向桿傳感器、速度手輪傳感器和電源系統(tǒng)，下面分別介紹。伺服控制器主板包括FPGA處理器以及基于該處理器下的以太網(wǎng)通信接口，其中，F(xiàn)PGA處理器為所述智能轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的核心部分，側(cè)重于高性能應(yīng)用，容量大，能滿足各種高端應(yīng)用，其核心芯片采用Xilinx公司的Virtex-4 FX12模塊，不僅提供FPGA的開發(fā)平臺(tái)，而且Virtex-4 FX12嵌入了一個(gè)32位的PowerPC處理器，具有高達(dá)450MHz的運(yùn)行頻率和超過700 Dhrystone MIPS 的性能。Virtex-4 FX12 還包括了兩個(gè)嵌入的 UNH認(rèn)證的 10/100/1000Ethernet MAC,這兩個(gè)嵌入的Ethernet MAC進(jìn)一步增強(qiáng)了 Virtex-4 FX12在系統(tǒng)通信和管理功能方面的能力。另外，所述FPGA處理器提供了 80多個(gè)通用GPIO 口，這些GPIO 口均可根據(jù)功能需要配置成信號(hào)輸入接口或驅(qū)動(dòng)輸出接口，滿足傳感器采樣、方位俯仰編碼值解碼、LED和指示燈顯示、I2C通信、RS232通信、RS485通信、驅(qū)動(dòng)器信號(hào)產(chǎn)生等功能；具體地，功能選擇按鈕、四向方向桿傳感器、速度手輪傳感器的信號(hào)輸出均與Virtex-4 FX12的GPIO相連，即信號(hào)輸入接口 ；高精度的光電編碼器通過板載的MAX485芯片與Virtex-4 FX12的GPIO相連，Virtex-4 FX12的內(nèi)部異步串口驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的串行傳輸，此外與PC機(jī)的RS232通信通過SP3232的驅(qū)動(dòng)芯片也可利用此方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行傳輸；方位俯仰值顯示LED及扇區(qū)極限指示LED、方位俯仰電機(jī)驅(qū)動(dòng)器所需的驅(qū)動(dòng)信號(hào)均可通過74LS245與Virtex-4 FX12相連，所述Virtex-4 FX12提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)；所述伺服控制器主板板載CAT1025為EEPR0M，數(shù)據(jù)線與時(shí)鐘線均與Virtex-4 FX12的GPIO相連，Virtex-4 FX12的PowerPC處理器的I2C底層驅(qū)動(dòng)程序，開發(fā)快速、方便。功能選擇按鈕及功能指示LED是集按鈕功能和指示功能為一體的器件，其中，按鈕為自恢復(fù)按鈕，按鈕功能為+3. 3V觸發(fā)，LED顯示為+5V驅(qū)動(dòng)，其觸發(fā)與驅(qū)動(dòng)信號(hào)線與伺服控制器主板相連，功能包括方位俯仰控制形式選擇(四向方向桿、速度手輪、PC程序、停止)、方位俯仰校零按鈕、LED檢測按鈕。功能選擇按鈕處于常閉狀態(tài)，開關(guān)兩端為+3. 3V驅(qū)動(dòng)電壓以及信號(hào)線，當(dāng)按下時(shí)信號(hào)線產(chǎn)生一個(gè)電平的上升沿，高速的Virtex-4 FX12處理器檢測到此上升沿后，便給出此按鈕LED指示的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使得LED點(diǎn)亮，并且當(dāng)前轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)處于選擇的工作方式；按鈕只需觸發(fā)，不需常按；工作方式選擇按鈕一個(gè)有8個(gè)，分別為方位控制方式四向方向桿、速度手輪、PC程序、停止和俯仰控制方式四向方向桿、速度手輪、PC程序、停止；方位和俯仰的四種控制方式互斥。所述的功能選擇按鈕及功能指示LED可完成智能轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的獨(dú)自的校零功能，連接電路同上所述，當(dāng)按鈕觸發(fā)后，當(dāng)前的方位值俯仰值校準(zhǔn)為零；校準(zhǔn)值保存至CAT1025中，掉電保存。四向方向桿傳感器用以實(shí)現(xiàn)控制方位順、逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)和俯仰上、下轉(zhuǎn)動(dòng)，其實(shí)質(zhì)為 4個(gè)開關(guān)，開關(guān)處于常閉狀態(tài)，開關(guān)的兩端為+3. 3V的觸發(fā)信號(hào)和信號(hào)線，當(dāng)方向桿向某一方向偏置時(shí)，該方向的信號(hào)線產(chǎn)生高電平信號(hào)，處理器檢測該信號(hào)為高電平信號(hào)，在控制方式為方向桿控制的前提下，便產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)送至驅(qū)動(dòng)器，轉(zhuǎn)臺(tái)便相應(yīng)的以固定速度轉(zhuǎn)動(dòng)。速度手輪傳感器可采用NEMIC0N的Manual Pulser,型號(hào)為UF0-01-2D_99，其所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)線與伺服控制器主板相連。所述的速度手輪傳感器包括方位控制手輪和俯仰控制手輪，由于此傳感器帶有速度傳感功能，可對(duì)方位俯仰進(jìn)行微調(diào)；所述速度手輪傳感器為旋轉(zhuǎn)編碼器，輸出為A、B電壓脈沖信號(hào)，脈沖數(shù)從10到lOOOOP/r，這樣該傳感器就提供了轉(zhuǎn)動(dòng)的開關(guān)信息和正、反向速度信息；當(dāng)處理器檢測到該脈沖時(shí)，相應(yīng)的算法會(huì)將提取轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)所需要的參數(shù)，產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖，進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。方位俯仰值顯示LED及扇區(qū)極限指示LED為發(fā)光二極管，由FPGA處理器的GPIO進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其中，方位俯仰值顯示LED為兩組5位的八段數(shù)碼管，方位值顯示范圍為0° 360°，精度為0.01°，俯仰值顯示范圍為-3° 90°，精度為0.01° ;這樣一共10位的數(shù)碼管片選使能信號(hào)都與FPGA處理器的GPIO相連，10位循環(huán)顯示，由于循環(huán)頻率很高，便形成了同時(shí)顯示的效果；八段數(shù)碼管的八段使能信號(hào)也與處理器相連，控制其每位的顯示數(shù)值。以上的方位俯仰值顯示功能都可由處理器的Power PC完成。扇區(qū)極限指示LED方位俯仰各3個(gè)LED，并對(duì)相應(yīng)的方位俯仰值進(jìn)行指示，以方位正北方向?yàn)榱泓c(diǎn)，順時(shí)針為CCW扇區(qū)，逆時(shí)針為CW扇區(qū)，以俯仰的水平作為零點(diǎn)，向上(正值)為CCW扇區(qū)，向下(負(fù)值)為CW扇區(qū)，扇區(qū)指示LED反饋以上信息，另方位俯仰值均可再設(shè)置極限值，極限指示LED作以反饋。方位俯仰電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為百格拉三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，可采用型號(hào)為WD-007 ;所需驅(qū)動(dòng)脈沖由FPGA處理器提供，為脈沖信號(hào)和方向信號(hào)，脈沖信號(hào)的頻率決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而方向信號(hào)則決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)向；針對(duì)不同的控制方式，處理器都有相應(yīng)的算法處理，從而產(chǎn)生所需要的脈沖信號(hào)和方向信號(hào)；如PC機(jī)軟件通過網(wǎng)口或者串口將參數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間、方向、轉(zhuǎn)速發(fā)至處理器，算法處理后，產(chǎn)生脈沖信號(hào)和方向信號(hào)控制轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。所述的電源系統(tǒng)包括220V/AC轉(zhuǎn)5V/DC模塊、220V/AC轉(zhuǎn)15V/DC模塊、濾波器和開關(guān)，5V/DC供給處理器主板和轉(zhuǎn)臺(tái)的光電編碼器，15V/DC供給方位俯仰電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；濾波器用于有效地消除電網(wǎng)干擾，并自帶保險(xiǎn)絲，避免控制系統(tǒng)電量過載，板載的AMS1117-3. 3V、AMSl117-2. 5V、AMSl117-1. 8V分別給控制板的各種芯片供電。相比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型所提供的智能轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)功能多樣，控制方式可脫離PC機(jī)獨(dú)立工作，亦可通過RS232和以太網(wǎng)利用PC機(jī)工作，定位精確，自帶的EEPROM提供掉電保存功能，無需多次校零，結(jié)合PC軟件可進(jìn)行雷達(dá)的PPI、RHI等形式的掃描功能，也可進(jìn)行高精度的軌跡掃描；所述智能轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)在天氣雷達(dá)中有廣泛運(yùn)用，也可運(yùn)用在需高精度定位的被動(dòng)接收天線中。以上實(shí)施例僅為說明本實(shí)用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡是按照本實(shí)用新型提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于FPGA的智能轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)，其特征在于包括伺服控制器主板、功能選擇按鈕及功能指示LED、四向方向桿傳感器、速度手輪傳感器、方位俯仰值顯示LED及扇區(qū)極限指示LED、方位俯仰電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和電源系統(tǒng)； 功能選擇按鈕為+3. 3V觸發(fā)自恢復(fù)LED按鈕，功能指示LED為+5V驅(qū)動(dòng)，其觸發(fā)與驅(qū)動(dòng)信號(hào)線與伺服控制器主板相連； 四向方向桿傳感器分為四向信號(hào)，每路為+3. 3V觸發(fā)，其觸發(fā)信號(hào)線與伺服控制器主板相連； 速度手輪傳感器所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)線與伺服控制器主板相連； 方位俯仰值顯示LED為兩組5位八段碼，扇區(qū)極限指示LED為發(fā)光二極管，所述八段碼的片選信號(hào)線和八段碼驅(qū)動(dòng)線以及發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)線都與伺服控制器主板相連； 方位俯仰電機(jī)驅(qū)動(dòng)器三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其所需要的脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)線與伺服控制器主板相連； 電源系統(tǒng)與伺服控制器主板相連。
2.如權(quán)利要求I所述的一種基于FPGA的智能轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)，其特征在于所述伺服控制器主板包括FPGA處理器及基于該處理器下的以太網(wǎng)通信接口。
3.如權(quán)利要求I所述的一種基于FPGA的智能轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)，其特征在于所述電源系統(tǒng)包括220V/AC轉(zhuǎn)+15V/DC模塊、220V/AC轉(zhuǎn)+5V/DC模塊，濾波器以及開關(guān)，5V/DC供給伺服控制器主板，15V/DC供給方位俯仰電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種基于FPGA的智能轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)，包括伺服控制器主板、功能選擇按鈕及功能指示LED、四向方向桿傳感器、速度手輪傳感器、方位俯仰值顯示LED及扇區(qū)極限指示LED、方位俯仰電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和電源系統(tǒng)。此種轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)可解決低端的CPU無法滿足現(xiàn)有轉(zhuǎn)臺(tái)工作要求的問題，提供較多的通用接口，可適應(yīng)更多的外接設(shè)備以及功能擴(kuò)展，可提供百兆以太網(wǎng)通信，提高數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和速率。
文檔編號(hào)G05B19/04GK202472285SQ20122002124
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者吳云, 孫曉鋒, 邵世卿, 陸小虎 申請(qǐng)人:南京鵬力科技有限公司