一種基于fpga視覺測量技術(shù)的多軸電機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子控制系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于FPGA視覺測量技術(shù)的多軸電機(jī)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展對電機(jī)控制系統(tǒng)提出了新的要求。在諸如機(jī)器人系統(tǒng)、火炮控制系統(tǒng)和其他自動化控制領(lǐng)域都要求更加緊湊、高效、精確穩(wěn)定和快速升級的電機(jī)控制系統(tǒng)。我國電機(jī)控制系統(tǒng)盡管在某些關(guān)鍵技術(shù)上有所突破，但還缺乏整體核心技術(shù)的突破，例如:整體系統(tǒng)不夠穩(wěn)定可靠，信息采集測量裝置比較簡單、落后，缺乏高精密、高速的減速電機(jī)和伺服電機(jī)，缺乏智能化的驅(qū)動器和控制器等關(guān)鍵部件，這些核心技術(shù)對整個控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)起著關(guān)鍵作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題:提供一種基于FPGA視覺測量技術(shù)的多軸電機(jī)控制系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)的多軸電機(jī)控制系統(tǒng)信息采集測量裝置比較簡單、控制精確性、可靠性、智能化程度方面的不足等問題。
[0004]本發(fā)明技術(shù)方案:
一種基于FPGA視覺測量技術(shù)的多軸電機(jī)控制系統(tǒng)，它包括攝像頭、FPGA器件、驅(qū)動器和電機(jī)，攝像頭與FPGA模塊導(dǎo)線連接，F(xiàn)PGA模塊與驅(qū)動器導(dǎo)線連接，驅(qū)動器與驅(qū)動電機(jī)導(dǎo)線連接。
[0005]攝像頭為CMOS圖像傳感器。
[0006]FPGA器件為Altera公司生產(chǎn)的EP2C70F896C6N芯片，F(xiàn)PGA器件內(nèi)部包括硬件邏輯電路實現(xiàn)的實時圖像采集單元、目標(biāo)視覺測量單元、控制信號調(diào)節(jié)單元和PWM生成電路單元。實時圖像采集單元與目標(biāo)視覺測量單元連接，目標(biāo)視覺測量單元與控制信號調(diào)節(jié)單元連接，控制信號調(diào)節(jié)單元與PWM生成電路單元連接。
[0007]FPGA器件內(nèi)部的實時圖像采集單元包括I2C傳感器配置、CMOS傳感器數(shù)據(jù)采集、Bayer Pattern轉(zhuǎn)RGB格式、多端口 SDRAM控制器等模塊。
[0008]FPGA器件內(nèi)部的目標(biāo)視覺測量單元包括視頻圖像預(yù)處理、目標(biāo)檢測、目標(biāo)形心定位提取。
[0009]FPGA器件內(nèi)部的控制信號調(diào)節(jié)單元包括Motorcontrol和controlmotor功能模塊。
[0010]驅(qū)動器包括光電耦合隔離單元，光電耦合隔離單元與驅(qū)動放大電路導(dǎo)線連接。
[0011]電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)。
[0012]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明通過攝像頭攝取圖像作為檢測和傳遞信息加以利用，從圖像中提取有用的信號，通過處理被測圖像而獲得所需的各種參數(shù)，它具有非接觸、全視場測量、高精度和自動化程度高等特點，可以增強(qiáng)多軸電機(jī)控制的感知功能，提高電機(jī)控制的智能化程度，擴(kuò)大其作業(yè)范圍；這種能力不僅使多軸電機(jī)控制系統(tǒng)能感知環(huán)境中物體的形狀、位置、姿態(tài)、運動等幾何信息，而且能對他們進(jìn)行描述、存儲、識別和理解；此外，F(xiàn)PGA器件具有結(jié)構(gòu)靈活，內(nèi)部邏輯功能可以根據(jù)需要進(jìn)行配置，修改和維護(hù)方便等特點，適于模塊化設(shè)計。FPGA模塊的并行執(zhí)行、硬件實現(xiàn)的方式可以滿足多軸電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計中大量的高速電子線路設(shè)計需求，縮短了多軸電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計周期，免去昂貴的開發(fā)費用，而且可以隨時增加、刪減功能，達(dá)到規(guī)避設(shè)計風(fēng)險，回避芯片廠商的限制，解決了現(xiàn)有技術(shù)的多軸電機(jī)控制系統(tǒng)信息采集測量裝置比較簡單、控制精確性、可靠性、智能化程度方面的不足等問題。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明驅(qū)動器電路結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0014]一種基于FPGA視覺測量技術(shù)的多軸電機(jī)控制系統(tǒng)，它包括攝像頭、FPGA器件、驅(qū)動器和電機(jī)，攝像頭與FPGA模塊導(dǎo)線連接，F(xiàn)PGA模塊與驅(qū)動器導(dǎo)線連接，驅(qū)動器與驅(qū)動電機(jī)導(dǎo)線連接，如圖1所示。FPGA器件內(nèi)部包括硬件邏輯電路實現(xiàn)的實時圖像采集單元、目標(biāo)視覺測量單元、控制信號調(diào)節(jié)單元和PWM生成電路單元。驅(qū)動器包括光電耦合隔離單元，光電耦合隔離單元與驅(qū)動放大電路導(dǎo)線連接。
[0015]攝像頭為CMOS圖像傳感器，攝像頭采用Terasic公司提供的TRDB-D5M攝像頭。TRDB-D5M攝像頭具有500W像素，可通過通用輸入輸出口 GP10與FPGA主板相連接。
[0016]FPGA器件內(nèi)部的實時圖像采集單元包括I2C傳感器配置、CMOS傳感器數(shù)據(jù)采集、Bayer Pattern轉(zhuǎn)RGB格式、多端口 SDRAM控制器等模塊，該模塊實現(xiàn)攝像頭實時視頻圖像的采集及存儲。
[0017]FPGA器件內(nèi)部的目標(biāo)視覺測量單元包括視頻圖像預(yù)處理、目標(biāo)檢測、目標(biāo)形心定位提取，該模塊實現(xiàn)前級攝像頭采集的實時視頻圖像中目標(biāo)提取，輸出目標(biāo)實時形心位置(o_X、o_Y)0
[0018]FPGA器件內(nèi)部的控制信號調(diào)節(jié)單元根據(jù)目標(biāo)視覺測量單元處理得到的目標(biāo)形心定位結(jié)果o_X和o_Y，生成control信號，并根據(jù)control信號判斷出電機(jī)的水平或垂直運行方向。
[0019]驅(qū)動器包括光電耦合隔離單元，光電耦合隔離單元與驅(qū)動放大電路導(dǎo)線連接。本發(fā)明選取6N137和P521光電耦合芯片作為光電耦合隔離單元、選取THB7128信號驅(qū)動芯片作為驅(qū)動放大電路，結(jié)合相關(guān)外圍基本電路，構(gòu)成了電機(jī)控制信號的驅(qū)動器電路結(jié)構(gòu)，其中，信號輸入端有:CP (脈沖信號輸入正端)，CP-(脈沖信號輸入負(fù)端)，U/D (電機(jī)正轉(zhuǎn)控制正端)，U/D-(電機(jī)反轉(zhuǎn)控制負(fù)端)，F(xiàn)RE (電機(jī)脫機(jī)控制正端)，F(xiàn)RE-(電機(jī)脫機(jī)控制負(fù)端)。信號輸出端有:0UT1A (連接兩相步進(jìn)電機(jī)繞組A+相)，0UT2A (連接兩相步進(jìn)電機(jī)繞組A-相)，0UT1B (連接兩相步進(jìn)電機(jī)繞組B+相)，0UT2B (連接兩相步進(jìn)電機(jī)繞組B-相)。
[0020]電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)電機(jī)由57型兩相四線混合式步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成。
[0021]系統(tǒng)上電后，F(xiàn)PGA器件內(nèi)部集成的I2C傳感器配置模塊初始化CMOS圖像傳感器，然后實時圖像采集單元捕獲來自CMOS圖像傳感器的圖像幀數(shù)據(jù)，并將Bayer Pattern格式的圖像幀數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RGB顏色空間格式；最后，多端口 SDRAM控制器將轉(zhuǎn)換后的圖像幀數(shù)據(jù)保存到SDRAM存儲器中。
[0022]目標(biāo)視覺測量單元讀取SDRAM中視頻數(shù)據(jù)，分析提取興趣目標(biāo)，對目標(biāo)進(jìn)行實時視覺測量，得到目標(biāo)各時刻的形心坐標(biāo)位置(o_X、o_Y)，并將目標(biāo)位置信息(o_X、o_Y)送給控制信號調(diào)節(jié)單元，調(diào)節(jié)各路PWM信號生成。分別控制云臺電機(jī)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、上轉(zhuǎn)和下轉(zhuǎn)四個方向轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)視覺測量技術(shù)的多軸電機(jī)控制。
[0023]在PWM生成電路中，數(shù)字調(diào)制信號將會用一個寄存器來控制，并且不斷與循環(huán)計數(shù)器的輸出進(jìn)行比較，當(dāng)調(diào)制信號大于循環(huán)計數(shù)器的輸出時，比較器輸出高電平，當(dāng)調(diào)制信號小于循環(huán)計數(shù)器的輸出時，比較器輸出低電平。循環(huán)計數(shù)器循環(huán)一個周期后，向寄存器發(fā)出一個使能信號ΕΝ，寄存器送入下一組數(shù)據(jù)。在每一個計數(shù)器計數(shù)周期，由于輸入的調(diào)制信號的大小不同，比較器輸出端輸出的高電平個數(shù)不一樣，因而產(chǎn)生出占空比不同的脈沖寬度調(diào)制波。
【主權(quán)項】
1.一種基于FPGA視覺測量技術(shù)的多軸電機(jī)控制系統(tǒng)，它包括驅(qū)動電機(jī)，其特征在于:攝像頭與FPGA模塊導(dǎo)線連接，F(xiàn)PGA模塊與驅(qū)動器導(dǎo)線連接，驅(qū)動器與驅(qū)動電機(jī)導(dǎo)線連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA視覺測量技術(shù)的多軸電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:FPGA模塊包括實時圖像采集單元，實時圖像采集單元與目標(biāo)視覺測量單元導(dǎo)線連接，目標(biāo)視覺測量單元與控制信號調(diào)節(jié)單元導(dǎo)線連接，控制信號調(diào)節(jié)單元與PWM生成電路單元導(dǎo)線連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA視覺測量技術(shù)的多軸電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:驅(qū)動器包括光電耦合隔離單元，光電耦合隔離單元與驅(qū)動放大電路導(dǎo)線連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA視覺測量技術(shù)的多軸電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:攝像頭為CMOS圖像傳感器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA視覺測量技術(shù)的多軸電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:驅(qū)動電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于FPGA視覺測量技術(shù)的多軸電機(jī)控制系統(tǒng)，它包括驅(qū)動電機(jī)，攝像頭與FPGA模塊導(dǎo)線連接，F(xiàn)PGA模塊與驅(qū)動器導(dǎo)線連接，驅(qū)動器與驅(qū)動電機(jī)導(dǎo)線連接；解決了現(xiàn)有技術(shù)的多軸電機(jī)控制系統(tǒng)信息采集測量裝置比較簡單、控制精確性、可靠性、智能化程度方面的不足等問題。
【IPC分類】G05B19/414
【公開號】CN105302074
【申請?zhí)枴緾N201510341477
【發(fā)明人】劉紫燕, 馮麗, 馮亮
【申請人】貴州大學(xué)
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年6月19日