基于DSP的二维准直系统的研究

论文摘要

自准直仪是利用光学自准直原理,用于小角度测量或可转换为小角度测量的一种常用计量测试仪器,被广泛的应用于机械制造、造船、航空航天、计量测试、科学研究等领域,特别是在精密、超精密定位方面,更有不可替代的作用。针对目前国内的高精度自准直仪多为一维测量且测量范围小,智能化程度低,不便于携带至某些特定的工作现场进行测量的问题,本课题对高精度,大量程,便携式的光电自准直仪进行了研究。设计了采用双线阵CCD作为光电探测器,利用DSP芯片对数据进行采集和后期处理的光电自准直系统。研究工作主要包括:仪器的光学系统、硬件电路、软件系统的设计、调试及实验验证。硬件电路部分采用CPLD实现双线阵CCD同步驱动,并且设计了CCD输出信号的调理电路和基于DSP的双通道高速采集电路,通过实验实现了利用DSP芯片对数据进行高速采集的便携式系统。软件设计中,对线阵CCD上成像位置提取的算法进行了研究,选择了重心法对采到的信号进行中心提取的处理方法,保证了系统实现亚像素细分高精度测量。通过实验,系统实现了大范围二维自准直角度变化测量,为制造一种高精度、大测量范围、便携式的自准直仪,进行了理论上的验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 光电自准直仪的发展趋势
• 1.3 国内外研究现状分析
• 1.3.1 国际研究动态
• 1.3.2 国内研究动态
• 1.4 课题主要研究内容
• 第2章 基于DSP 的二维准直系统设计方案
• 2.1 自准直原理
• 2.2 系统总体方案设计
• 2.2.1 光路设计方案
• 2.2.2 CCD 驱动调理电路设计
• 2.2.3 基于DSP 信号采集处理电路设计
• 2.3 图像定位算法的研究
• 2.3.1 最大值保持法
• 2.3.2 二值化法
• 2.3.3 傅立叶变换法
• 2.3.4 重心法
• 2.4 本章小结
• 第3章 光学系统结构设计
• 3.1 光源
• 3.2 光电探测器
• 3.3 分划板
• 3.3.1 字母型分划板
• 3.3.2 十字分划板
• 3.4 物镜
• 3.5 分光棱镜
• 3.6 本章小结
• 第4章 CCD 驱动电路
• 4.1 CCD 时序分析及驱动电路
• 4.1.1 TCD1501D 的特性
• 4.1.2 CCD 时序分析
• 4.1.3 CCD 时序电路
• 4.1.4 自动增益调节
• 4.2 CCD 输出信号调理电路
• 4.3 本章小结
• 第5章 DSP 信号采集处理系统
• 5.1 TMS320C6713 数字信号处理器介绍
• 5.1.1 EDMA 控制器
• 5.1.2 外部存储器接口EMIF
• 5.1.3 电源电路
• 5.1.4 时钟和PLL 设置
• 5.2 采集处理系统硬件电路
• 5.2.1 DSP 与A/D 接口电路
• 5.2.2 DSP 与FLASH 的接口电路
• 5.2.3 EDMA 数据采集
• 5.3 软件设计
• 5.4 本章小结
• 第6章 系统调试及结果分析
• 6.1 测试系统的实验验证
• 6.2 双线阵CCD 驱动电路调试
• 6.3 双通道采集处理电路的调试
• 6.4 系统重复性测试
• 6.5 高速采集电路的性能评价
• 6.6 采集系统的转换精度
• 6.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢