基于激光定位军用电子白板的硬件设计与实现

论文摘要

在军事演习、军事指挥乃至战争条件下,需要具有较大书写面积的专用电子白板,并且要求其具有较强的抗干扰性能。针对军用要求,本文将抗干扰性能良好的激光扫描技术应用于军用电子白板,主要完成了基于激光定位军用电子白板的硬件设计,实现了4m×4m范围内的基本书写功能。根据激光扫描技术的定位原理,军用电子白板系统可划分为硬件部分和算法部分,其中硬件包括激光扫描系统和信号处理系统。本文针对硬件和部分算法进行了设计和实现。在激光扫描系统设计中,确定了以650nm激光发射器LE-D6505、多面反射镜电动机PD30EAB、PIN光电二极管SP-SKL和运算放大器TLC082为核心的系统组成;在信号处理系统设计中,确定了以数字信号处理器TMS320VC5402、8位并行A/D转换器TLC5510、复杂可编程逻辑器件EPM7128和单片机PIC16F877为核心的系统组成。在此基础上,本文所做的主要工作有:（1）选定红色可见激光发射模块,降低了光学装置的调试难度;提出了系统且合理的光学装置调试方法,准确的校准了光路;（2）设计并调试了性能稳定的激光接收电路;（3）提出了抬笔动作识别方案,这种方案通过精确校准光路并结合笔迹跟踪算法实现,初步解决了激光扫描中的书写连笔问题;（4）对笔迹跟踪算法进行了设计,包括时延提取子程序和坐标计算子程序的设计,并在DSP中将其实现;（5）按照电磁兼容原理对印刷电路板进行设计,提高了军用电子白板系统的抗干扰性能。经过实测,在采用5mW激光发射模块的条件下,反射套环在距离激光接收电路5.7m处的激光反射信号幅度约为400mV,能够被DSP的时延提取程序准确识别,使本系统能够达到4m×4m书写范围要求。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电子白板的研究现状
• 1.3 军用电子白板的研究背景
• 1.4 军用电子白板的系统结构及功能
• 1.5 主要的研究工作及内容安排
• 第二章 军用电子白板的无线定位方法
• 2.1 无线定位技术
• 2.1.1 基于信号到达角度的定位方法
• 2.1.2 基于信号到达时间的定位方法
• 2.2 电子白板无线定位方法介绍
• 2.2.1 基于AOA 估计方法的电子白板
• 2.2.2 基于TOA 估计方法的电子白板
• 2.2.3 基于TOA 与AOA 联合估计方法的电子白板
• 2.3 军用电子白板的无线定位方法
• 2.3.1 激光测距技术
• 2.3.2 激光扫描技术
• 2.3.3 军用电子白板的无线定位方法
• 第三章 激光扫描系统的设计与实现
• 3.1 概述
• 3.2 书写系统与校准装置的设计
• 3.2.1 书写系统的设计
• 3.2.2 校准装置的设计
• 3.3 激光扫描的光学装置设计与调试
• 3.3.1 光学装置的设计
• 3.3.2 光学装置的实现与调试
• 3.4 激光接收电路的设计与实现
• 3.5 激光扫描系统的接收距离测试
• 3.6 激光扫描中抬笔动作的判定
• 第四章 信号处理系统电路设计
• 4.1 信号处理系统概述
• 4.2 系统电源电路的设计
• 4.3 数字信号处理器及其外围电路
• 4.3.1 存储器接口方案
• 4.3.2 模数转换电路设计
• 4.3.3 通信接口电路设计
• 4.4 多面反射镜电动机的控制
• 4.5 激光发射电路的驱动
• 4.6 电路板抗干扰设计
• 第五章 笔迹跟踪算法的设计与实现
• 5.1 笔迹跟踪算法总体概述
• 5.2 时延提取子程序的设计与实现
• 5.3 坐标计算子程序的设计与实现
• 5.4 书写效果分析
• 第六章 全文总结
• 6.1 主要工作和结论
• 6.2 今后待研究的问题
• 参考文献
• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 导师及作者简介