【正文】 :[碩士學(xué)位論文 ].西安: :1926[25]曾高榮,高揚(yáng), .,23 卷 2 期:5253[26] DSP 的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制及轉(zhuǎn)矩矢量控制:[碩士學(xué)位論文]. 浙江: 浙江:1820[27] DSP 的移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究[碩士學(xué)位論文]. 湖南長沙：中南大學(xué).:2122[28]劉和平等，TMS320LF240XDSP C 語言開發(fā)應(yīng)用，北京：北京航空航天大學(xué)出版， 2022。ElKebir Boukas。完成的主要工作包括：根據(jù)系統(tǒng)要求，完成了系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；詳細(xì)闡述了系統(tǒng)中各主要環(huán)節(jié)部分功能及具體實(shí)現(xiàn)方案；采用以 DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）芯片為控制核心的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)光電成像跟蹤系統(tǒng)二維轉(zhuǎn)臺(tái)的實(shí)時(shí)控制；根據(jù)自適應(yīng)控制原理，對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)采取了變速控制策略，提高了自動(dòng)跟蹤精度，保證了目標(biāo)跟蹤效果；并設(shè)計(jì)、編制了主程序代碼及各子程序代碼?；?DSP 的光電成像跟蹤系統(tǒng)研究24圖 圖 ，其中 t/div為,v/div為 1v/div，驅(qū)動(dòng)器設(shè)置為 4細(xì)分。實(shí)驗(yàn)證明自適應(yīng)變速控制算法能夠有效減少當(dāng)方向信號(hào)改變或偏差角較小時(shí)由于步進(jìn)電機(jī)頻繁啟動(dòng)和停止帶來的周期性振動(dòng)，使轉(zhuǎn)臺(tái)在運(yùn)行過程中比較平穩(wěn)、快速，實(shí)時(shí)性好，控制效果較為理想, 為以后的研制工作提供了有力的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。CCD 采集圖像經(jīng) DHCG300視頻采集卡直接傳送到計(jì)算機(jī)內(nèi)存或顯存，經(jīng)圖像處理后得到被跟蹤目標(biāo)坐標(biāo)，該坐標(biāo)控制信號(hào)通過工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 RS232協(xié)議下傳給 ELDSPEXP III實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，ELDSPEXP III實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)根據(jù) DSP的 SCI模塊得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過運(yùn)算后控制二維轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。硬件仿真器的用法比較簡單，只要將 JTAG口連接正確，DSP 芯片能夠正常工作并且軟件調(diào)試環(huán)境配置正確即可以應(yīng)用。它主要由幾個(gè)的窗口組成：工程組顯示窗口、程序內(nèi)容顯示窗口、編輯信息提示窗口和主要工具欄。開放式的 Plugin技術(shù)，支持其它第三方的 ActiveX插件等。探針工具、分析工具、數(shù)據(jù)的圖形顯示工具。支持多 DSP調(diào)試。集成代碼生成工具，包括匯編器、優(yōu)化 C編譯器、連接器等。CCS的出現(xiàn)大大簡化了 TI系列 DSP的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工作?；?DSP 的光電成像跟蹤系統(tǒng)研究21 仿真開發(fā)環(huán)境——CCS TI公司于 1999年推出了 CCS(Code Composer Studio)，它是一個(gè)集成性的 DSP軟件開發(fā)工具。利用碼盤測(cè)角得到的是相對(duì)于某一固定的零位算起的轉(zhuǎn)角位置，不能任意設(shè)置零位。格雷碼和自然二進(jìn)制碼之間的關(guān)系是“異或”邏輯電路的數(shù)學(xué)關(guān)系。由于編碼器采集信號(hào)為格雷碼，故在軟件中需要進(jìn)行格雷碼到二進(jìn)制碼的轉(zhuǎn)換。 轉(zhuǎn)臺(tái)自適應(yīng)變速控制算法轉(zhuǎn)臺(tái)變速控制算法的核心思想是根據(jù)目標(biāo)在視野內(nèi)的偏差角的大小，動(dòng)態(tài)改變水平速度 和xw俯仰速度 ，使轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)作平滑，以達(dá)到較好的跟蹤效果。） 步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的角度（176。因此，在每個(gè)控制周期開始時(shí)，程序都要根據(jù)控制指令計(jì)算周期寄存器的值。 /*設(shè)定比較寄存器，PWM 波占空比 50% ，載波周期約 */ * T1PER=0x0088。 /*允許定時(shí)器 1 比較中斷*/ * EVAIFRAamp。 在比較單元開始工作之前，必須進(jìn)行 PWM波輸出初始化。當(dāng)通用定時(shí)器 1的計(jì)數(shù)器和比較單元的比較寄存器之間發(fā)生匹配且比較使能時(shí)，比較單元的比較中斷寄存器將被置位。定時(shí)器比較中斷是基于 DSP 的光電成像跟蹤系統(tǒng)研究17利用 DSP的事件管理器（EVA）中的全比較單元實(shí)現(xiàn)的。 /*iopa53配置為輸入，輸入讀引腳高電平*/ * ACTRA=0x000A。本系統(tǒng)所利用的 12個(gè) I/O端口工作于輸入和輸出模式，且各端口寄存器的格式和設(shè)置相同，對(duì)于端口IOPB，其 、用作俯仰和方位步進(jìn)電機(jī)方向控制脈沖的輸出，需設(shè)置為輸出方式，初值均為 0，~ 設(shè)置為輸入方式（用于接收光電編碼器測(cè)角信號(hào)） ，初值均為零。在本系統(tǒng)中，DSP 需要輸出四路控制脈沖，作為二維轉(zhuǎn)臺(tái)步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)脈沖信號(hào)和方向控制信號(hào)。也就是說，上位機(jī)是主動(dòng)的發(fā)出信號(hào)，而下位機(jī)是“被動(dòng)”的感覺信號(hào)，引起中斷后，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的通訊中斷服務(wù)子程序，接受來自上位機(jī)的信號(hào)，并為確保通信的正確，發(fā)回校驗(yàn)。本系統(tǒng)采用的通訊協(xié)議：波特率4800bps，一位起始位，兩位停止位，字長為 8，偶校驗(yàn)方式。 /*關(guān)看門狗*/ WSGR=0X0600。 /*抑制符號(hào)位擴(kuò)展*/ asm( clrc OVM)。主程序流圖如圖 ： 系統(tǒng)初始化設(shè)置程序開始運(yùn)行時(shí)要進(jìn)行初始化，只有正確的初始化各寄存器，系統(tǒng)才能正確中斷和讀寫數(shù)據(jù)[29]。基于 DSP 的光電成像跟蹤系統(tǒng)研究2圖 TLP5214 內(nèi)部耦合電路基于 DSP 的光電成像跟蹤系統(tǒng)研究14第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 完整、可靠的、符合系統(tǒng)性能要求的硬件電路設(shè)計(jì)是DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前提條件，而完善的軟件設(shè)計(jì)則是發(fā)揮硬件資源潛能，最終達(dá)到系統(tǒng)指標(biāo)不可或缺的必要條件。 260 光電隔離模塊由于本系統(tǒng)使用的光電編碼器電源電壓為 12V，輸出信號(hào)是電壓信號(hào)，而 DSP 要求接收 TTL 電平，所以在采集光電編碼器輸出信號(hào)時(shí)，要使用光電耦合器件進(jìn)行電路隔離，同時(shí)實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，接收信號(hào)經(jīng) DSP 處理后，通過串行方式上傳給 PC 機(jī)。因此可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的，同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。本系統(tǒng)二維電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)的俯仰軸和方位軸運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)元件都是混合式步進(jìn)電機(jī)。（5）光電隔離模塊：對(duì)光電編碼器測(cè)角信號(hào)與 DSP檢測(cè)模塊進(jìn)行光電隔離。 基于 DSP 的轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)功能分析根據(jù)系統(tǒng)控制要求，DSP 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的主體部分相互之間的關(guān)系如圖 ：DSPTMS320LF2407RS232串口單元電源單元上位機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊被控電機(jī)光電編碼器I/O 單元光電隔離模塊電機(jī)控制接口圖 DSP的轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)功能模塊（1）RS232 串口單元：通過串行通信接口（SCI）從上位 PC機(jī)讀取控制指令，以及向上位 PC機(jī)發(fā)送測(cè)角信號(hào)。不但能完成現(xiàn)代控制理論或智能控制理論的一些復(fù)雜算法，而且簡化了硬件結(jié)構(gòu)和體積，提高了系統(tǒng)可靠性。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件平臺(tái)是完成運(yùn)動(dòng)目標(biāo)自動(dòng)檢測(cè)與跟蹤的重要保證，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的分析以及目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤算法的研究，根據(jù)性能要求和實(shí)驗(yàn)室設(shè)備條件，本文設(shè)計(jì)研制了一套硬件平臺(tái)：采用基于 DSP 的光電成像跟蹤系統(tǒng)研究10DSP實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)作為轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)主要的硬件處理器；選定了用于獲取圖像的 CCD攝像機(jī)、圖像采集卡和二維精密電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)；以及轉(zhuǎn)臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、光電編碼器、光電耦合器等；圖像輸出設(shè)備采用了實(shí)驗(yàn)室里己有的顯示器。圖 與轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)角度的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖x?在基于 DSP的轉(zhuǎn)臺(tái)控制算法中，主要實(shí)現(xiàn)二維轉(zhuǎn)臺(tái)的水平軸和俯仰軸電機(jī)速度和方向的控制。設(shè)圖像水平方向長度為?f，垂直方向長度為 。串行接口標(biāo)準(zhǔn)采用 RS232接口標(biāo)準(zhǔn)。在串行通信中，系統(tǒng)選用了異步通信，其特點(diǎn)是通信雙方以一個(gè)字符作為數(shù)據(jù)傳輸單位，且發(fā)送方傳送字符的間隔時(shí)間是不定的，在傳輸一個(gè)字符時(shí)總是以起始位開始，以停止位結(jié)束 [12]。ISA 總線傳輸速率慢，并且開發(fā)周期也比較長，現(xiàn)在已經(jīng)基本上被 PCI總線所取代了。（4）串行總線。PCI 總線是一種同步的獨(dú)立于 CPU的 32位或 64位局部總線，最高工作頻率33MHZ，數(shù)據(jù)傳輸率為 132MB/S。早期電機(jī)控制與 PC機(jī)的結(jié)合是通過 ISA總線實(shí)現(xiàn)的。本系統(tǒng)采用 CCD光電探測(cè)器作為光電成像元件，CCD 攝像頭安裝在二維跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)上，CCD 攝像頭輸出的電視制式的圖像信號(hào)傳給計(jì)算機(jī)（PC 機(jī)） ，由 PC機(jī)圖像處理單元完成圖像預(yù)處理、目標(biāo)檢測(cè)，提取出被跟蹤目標(biāo)，確定出目標(biāo)在當(dāng)前幀觀測(cè)圖像中的精確坐標(biāo)，經(jīng)過串行口下傳給下位機(jī) DSP控制系統(tǒng)，DSP 控制系統(tǒng)計(jì)算得到目標(biāo)相對(duì)于攝像頭瞄準(zhǔn)線的偏差量，輸出控制信號(hào)控制轉(zhuǎn)臺(tái)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)以帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)上的 CCD攝像頭轉(zhuǎn)動(dòng)，使目標(biāo)始終處于視場(chǎng)中心。探測(cè)系統(tǒng)提供測(cè)量信息，伺服機(jī)構(gòu)完成對(duì)目標(biāo)的跟蹤，如圖 ：探測(cè)系統(tǒng)伺 服 機(jī) 構(gòu)探測(cè)器 圖像采集、處理設(shè)備運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備承載轉(zhuǎn)臺(tái)監(jiān)視器圖 探測(cè)器安裝在承載轉(zhuǎn)臺(tái)上，探測(cè)器輸出的電視制式的信號(hào)(含有圖像和同步、行場(chǎng)消隱信號(hào))一路送到監(jiān)視器上進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，另一路經(jīng)過視頻預(yù)處理，A/D 變換后送入圖像處理單元進(jìn)行圖像處理，圖像處理單元首先形成一個(gè)檢測(cè)(波門)窗口，然后在窗口中檢測(cè)、識(shí)別、提取出目標(biāo)圖像信號(hào)，進(jìn)行目標(biāo)跟蹤處理，確定出目標(biāo)在當(dāng)前幀觀測(cè)圖像中的精確坐標(biāo)，送至承載轉(zhuǎn)臺(tái)控制模塊，經(jīng)過控制模塊的轉(zhuǎn)換計(jì)算得到目標(biāo)相對(duì)于探測(cè)器瞄準(zhǔn)線的偏差量，控制模塊根據(jù)偏差量輸出相應(yīng)控制信號(hào)使承載轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)上的探測(cè)器轉(zhuǎn)動(dòng)，使目標(biāo)始終處于探測(cè)器視場(chǎng)中心。（4）結(jié)合 DSP的 C語言開發(fā)環(huán)境特點(diǎn)，采用 C語言和匯編語言混合編程的方法完成對(duì)二維轉(zhuǎn)臺(tái)的實(shí)時(shí)控制，使得整個(gè)系統(tǒng)調(diào)試相當(dāng)方便。（2）本文光電成像跟蹤系統(tǒng)采用上位 PC機(jī)和基于 DSP的下位機(jī)兩級(jí)式系統(tǒng) 【4】 。 課題研究目的本 課 題 來 源 于 實(shí) 驗(yàn) 室 學(xué) 科 建 設(shè) 項(xiàng) 目 ， 旨 在 研 制 一 套 光 電 成 像 跟 蹤 系 統(tǒng) ， 該 系 統(tǒng) 能 在 實(shí) 驗(yàn) 室 條件 下 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 動(dòng) 目 標(biāo) 的 實(shí) 時(shí) 跟 蹤 。利用光電成像技術(shù)，可在全黑的夜空不用照明能像白天一樣看清周圍景物；可利用景物本身在常溫下的輻射能獲得可見的圖像信息；可通過視頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換來完成圖像的傳輸、存貯以及處理等功能。 針對(duì)跟蹤系統(tǒng)設(shè)備和系統(tǒng)指標(biāo)要求，確定了跟蹤控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：控制系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)兩級(jí)控制系統(tǒng)組成，上位 PC機(jī)對(duì) CCD相機(jī)采集的圖像進(jìn)行光電圖像處理并提供人機(jī)界面，下位機(jī)采用基于DSP芯片的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)二維轉(zhuǎn)臺(tái)的實(shí)時(shí)控制，二者之間通過 RS232通信協(xié)議進(jìn)行命令和數(shù)據(jù)的通訊。本文闡述了光電成像跟蹤系統(tǒng)原理與組成，論述了光電成像跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。這一先進(jìn)的技術(shù)為人類有效地?cái)U(kuò)展了自身的視覺能力。 此 外 ， 光 電 成 像 跟 蹤 技 術(shù) 在 工 業(yè) 及 科 學(xué) 研 究 中 也 有 很 多 用 途 ， 如 印 刷 包 裝 中 目 標(biāo) 定 位 ， 工 業(yè)檢 測(cè) 、 安 防 監(jiān) 控 等 。在構(gòu)建的硬件平臺(tái)上進(jìn)行系統(tǒng)軟件程序開發(fā)與調(diào)試。上位 PC機(jī)除完成對(duì) CCD采集的視頻圖像的存儲(chǔ)、處理外，還要完成和下位機(jī) DSP的實(shí)時(shí)通信和系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)等。 光電成像跟蹤系統(tǒng)工作原理光電成像跟蹤系統(tǒng)通常是由探測(cè)系統(tǒng)及伺服機(jī)構(gòu)聯(lián)合組成的。典型光電成像跟蹤系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)設(shè)備組成，每個(gè)設(shè)備有若干單元，見圖 ：圖 光電成像跟蹤系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案基于 DSP的光電成像跟蹤系統(tǒng)選用上位 PC機(jī)加基于 DSP的控制系統(tǒng)的兩級(jí)控制模式，上位機(jī)除了負(fù)責(zé)系統(tǒng)的光電圖像處理之外，還要完成系統(tǒng)的綜合管理、人機(jī)交換和 DSP的通信等。 PC 機(jī)與 DSP 的通信設(shè)計(jì)上位 PC機(jī)與下位機(jī) DSP控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳遞是整個(gè)系統(tǒng)中很重要的環(huán)節(jié)，根據(jù)控制要求的不同可以采用不同的總線連接方式：（1）ISA 總線。（2）PCI 總線。USB 總線支持即插即用，可擴(kuò)充至 127個(gè)外部設(shè)備，因此可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電機(jī)同時(shí)的多自由度的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，12MBPS 的高速傳送速度，已能滿足大部分外圍設(shè)備的傳輸使用(在 480M/S)?；?DSP 的光電成像跟蹤系統(tǒng)研究8在選擇采用什么總線進(jìn)行通訊時(shí)，首先要考慮的是可靠性，其次是傳輸速度和開發(fā)周期。所以現(xiàn)在考慮當(dāng)適當(dāng)提高 RS232串行總線的傳輸速度時(shí)，能否滿足電機(jī)連續(xù)運(yùn)行的要求，如果可以就選擇 RS232串行總線，如果不行就采用 USB總