转镜式高速相机同步联动控制台设计

论文摘要

转镜式高速相机有纳秒级的时间分辨能力、良好的空间分辨率、与被摄目标可以准确同步、使用可靠等优点。因此它在高速摄影仪器中占据重要的地位,被广泛应用于爆炸力学和高压物理、实验室等离子体、火花放电以及新型激光光源和激光光谱学的研究。转镜式高速相机控制系统是转镜式高速相机的重要组成部分,它对相机的可靠性起着至关重要的作用,对相机的测试精度及整体性能均有重大影响。考虑到控制系统对转镜式高速相机的影响,在转镜式高速相机同步联动控制台中加入CAN总线、高性能器件、虚拟仪器界面、高精度同步等新技术,使整个控制系统的稳定性和可靠性都得到了提高,转镜式高速相机本身的像漂移也得到了抑制,小于转镜周期的0.1%。本文工作围绕如何完成同步联动控制台整体设计展开,从控制台的总体方案设计,硬件设计和软件设计进行介绍,主要工作内容和创新点如下:1.根据转镜式高速相机的工作原理和控制系统的功能,设计出同步联动控制台的总体方案;控制台由人机交互模块和测控模块组成。人机交互模块为工控机,用LabVIEW编写虚拟仪器界面。测控模块则由主控单元、传感器单元、高压脉冲发生单元、电机驱动单元和透平驱动单元等七个单元组成,它可控制一台GSJ电动相机和一台SJZ/FJZ气动相机的联动同步拍摄,也可用于控制单台GSJ电动相机或单台SJZ/FJZ气动相机的拍摄。2.在总体方案下,设计出控制台的硬件部分;根据总体方案,设计了测控模块具体电路,并对关键部分进行介绍。首次采用CAN作为系统中的现场总线,使控制系统各个单元相对独立,简化了系统布线,并提高了系统抗干扰能力。3.根据控制台的功能,设计出人机交互界面;用LabVIEW编写出的控制台人机交互界面,直观、简单易懂,为系统操作提供了方便,并为硬件部分的软件编写和调试奠定基础。4.在硬件设计和人机交互界面的基础上,进行软件设计;通过对人机交互界面和CAN总线通信协议的确定,以及各单元单片机需要完成的任务和功能介绍,完成软件的总体设计、流程图的绘制和具体程序的编写。5.进行硬件和软件调试以及实验分析。在完成硬件和软件设计以后,首先进行各单元调试,再进行联机调试,最后进行试验并做分析。实验结果显示,在常用拍摄转速下,火花像在底片上的漂移小于1 mm,并且系统运行稳定可靠。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景介绍
• 1.2 转镜式高速相机的工作原理简述
• 1.3 转镜式高速相机控制系统
• 第二章 转镜式高速相机同步联动控制台总体方案设计
• 2.1 转镜式高速相机同步联动控制台微控制器的选择
• 2.2 转镜式高速相机同步联动控制台通讯方案设计
• 2.2.1 串行通讯
• 2.2.2 CAN 通讯
• 2.3 转镜式高速相机同步联动控制台的总体方案设计
• 2.3.1 转镜式高速相机同步联动控制台设计指标
• 2.3.2 转镜式高速相机同步联动控制台的工作流程
• 2.3.3 转镜式高速相机同步联动控制台的总体方案
• 第三章 转镜式高速相机同步联动控制台硬件设计
• 3.1 XC164 系列单片机功能简述
• 3.2 XC164 系列单片机外围电路
• 3.2.1 单片机供电电路
• 3.2.2 CAN 总线接口电路
• 3.2.3 ASC 接口电路
• 3.2.4 程序调试接口电路
• 3.3 主控制单元电路
• 3.4 传感器单元电路
• 3.5 高压脉冲发生单元电路
• 3.6 电机驱动单元电路
• 3.7 透平驱动单元电路
• 第四章 转镜式高速相机同步联动控制台软件设计
• 4.1 软件的总体设计
• 4.2 人机交互界面
• 4.3 通讯协议和通讯软件设计
• 4.3.1 串口通讯协议
• 4.3.2 串口通讯软件设计
• 4.3.3 CAN 通讯协议
• 4.3.4 CAN 通讯软件设计
• 4.4 测控模块各单元软件设计
• 4.4.1 主控制单元
• 4.4.2 传感器单元
• 4.4.3 高压脉冲发生单元
• 4.4.4 电机驱动单元
• 4.4.5 透平驱动单元
• 第五章 调试及实验分析
• 5.1 调试软件介绍
• 5.1.1 DAVE 介绍
• 5.1.2 Keil 软件介绍
• 5.2 调试
• 5.2.1 硬件调试
• 5.2.2 软件调试
• 5.2.3 单元调试
• 5.2.4 整机调试
• 5.3 实验分析
• 5.3.1 实验操作
• 5.3.2 像漂移分析
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间所取得的成果
• 附录