基于FPGA的激光振镜打标控制系统设计_汪再兴(精)

第30卷第6期2022年12月V ol.30 No.6Dec.2022安徽建筑大学学报Journal of Anhui Jianzhu UniversityDOI：10.11921/j.issn.2095-8382.20220611基于FPGA的简易偏振成像系统设计朱达荣1，3，4，何 峰1，3，汪方斌2，3，4，严瑞阳2，3，董必春2（1. 安徽建筑大学 电子与信息工程学院，安徽 合肥 230601；2.安徽建筑大学 机械与电气工程学院，安徽 合肥 230601；3. 安徽建筑大学 建筑机械故障诊断与预警技术实验室，安徽 合肥 230601；4. 安徽省工程机械智能制造重点实验室，安徽 合肥 230601）摘 要：偏振成像是一种获取目标物表面光学反射偏振特征的新型成像技术，与传统成像相比可以获取更多的目标物信息。

本文设计了一种简易轻便应用于多场景下的偏振成像采集系统。

系统由光学成像模块、FPGA主芯片、上位机图像获取三部分组成，实现图像的采集、传输与显示。

通过FPGA主芯片驱动图像传感器，利用偏振分光棱镜，将携带目标物表面信息的反射光分解成垂直方向（S分量）和水平方向（P分量），收集并解析获取目标物垂直方向和水平方向上的偏振图像；同时分析了系统可能产生误差的原因并进行了标定。

实验结果表明：本文设计的成像系统在不同场景下，均可稳定、实时采集到P分量和S分量图像，解析出偏振度图像。

关键词：偏振成像；FPGA；偏振度；标定中图分类号：TN919.5 文献标识码：A 文章编号：2095-8382（2022）06-076-07Design of Simple Polarization Imaging System Based on FPGAZHU Darong1，3，4，HE Feng1，3，WANG Fangbin2，3，4，YAN Ruiyang2，3， DONG Bichun2（1. School of Electronic and Information Engineering，Anhui Jianzhu University，Hefei 230601，China；2.School of Mechanical and Electrical Engineering，Anhui Jianzhu University，Hefei 230601，China；3.Key Laboratory of Construction Machinery Fault Diagnosis and Early Warning Technology of Anhui Jianzhu University，Hefei 230601，China；4. Anhui Key Laboratory of Intelligent Manufacturing of Construction Machinery，Hefei 230031，China）Abstract：Polarization imaging is a technique to acquire the optical polarization characteristics of the target surface，which can acquire more information of the target compared with the traditional imaging. In this paper，a polarization imaging acquisition system was designed for multi-scene applications，consisting of an optical imaging module，an FPGA host chip and a host computer for image acquisition，transmission and display. As the FPGA host chip driving the image sensor，the reflected light carrying the surface information of the target is decomposed into vertical （S-component） and horizontal （P-component） direction by the polarizing beam splitter，and is analyzed to obtain the polarization image of the target in the two directions. The possible causes of measurement error were also analyzed and the system was calibrated. The experimental results show that with the designed system，the P- and S-component images can be acquired in different scenes in a stable and real-time manner，and the polarization images can be resolved. Keywords：polarization imaging；FPGA；degree of polarization；standardization收稿日期：2021-08-19基金项目： 安徽省自然科学基金项目（2008085UD09）；安徽省教育厅高校自然科学重点项目（KJ2020A0487）；国家自然科学基金项目 （11804002）；安徽高校协同创新项目（GXXT-2021-010）作者简介：朱达荣（1968-），男，教授，主要研究方向：图像处理、故障诊断与预警技术、智能仪器仪表。

基于FPG的激光转台操纵系统《电子设计工程杂志》20XX年第十一期1硬件系统设计根据功能要求，硬件系统包括以下几个模块：FPG及配置电路模块、电机驱动模块、编码器信号采集模块、RS422通信模块以及电源模块。

1.1FPG及配置电路模块本系统中，FPG作为操纵芯片，其作用至关重要。

首先，要给3977提供操纵信号用以驱动步进电机工作；其次，采集绝对值编码器CMV22的角度数据，实现闭环操纵；最后，负责和上位机通信，执行上位机的操纵命令，并反馈转台的运行状态。

FPG选用P600，P600是CTEL公司基于Flsh工艺的FPG器件，此系列的FPG为CTEL公司的第二代产品，凭借其宇航级品质，此系列FPG一直应用在我国军工、航天领域，并发挥重大作用，系统门数为60万门，具有126K 的内嵌RM，可以满足本系统的设计要求。

FPG需要I/O电源3.3V和内核电源1.5V，均由电源模块提供。

此外，本系统选用频率为16MHz的外部有源晶振，为FPG提供时钟，MX706提供硬件复位信号。

1.2电机驱动模块转台的3个方向均采纳两相混合式步进电机，采纳28V的电压，用FPG通过llegro公司的3977驱动操纵电机工作。

3977是一种用于双极型步进电机的微步进电机驱动集成电路，其内部集成了步进和直接译码接口、正反转操纵电路、双H桥驱动，电流输出2.5，最大输出功率可接近90W。

由于采纳了内置译码器技术，3977可以很容易的使用最少的操纵线对步进电机实施微步进操纵[4-5]。

由FPG提供的步进操纵信号有步进输入(STEP)、步进模式逻辑输入(MS1,MS2)以及方向操纵信号(DIR)以及电机运转使能操纵信号(EN)，如图4所示。

图中+、-和B+、B-分别接至步进电机的两路线圈中，通过电流按一定规律变化，就会使电机做出相应的转动。

在工作时，EN 管脚处于低电平时有效，此时当STEP输入的上升沿到来后，内置译码器将根据步进逻辑的输入值(步进模式见表1)操纵H桥的输出，使电机在当前步进模式下产生1次步进。

现代电子技术Modern Electronics Technique2014年6月1日第37卷第11期Jun.2014Vol.37No.11在激光数控加工系统中，运动控制器的设计占据极其重要的位置，其性能的好坏影响到工件的加工质量。

现在的激光数控加工系统中的运动控制器，大多数采用“PC 机+运动控制卡”的模式[1⁃2]。

然而，这类激光加工系统的控制器由PC 机通过ISA 总线或者PCI 局部总线来实现直接对电机的控制，从而导致了激光加工系统过多依赖于PC 机，使激光加工系统在脱离PC 机后无法正常工作。

而且，这类激光加工控制器的运动控制模块和激光系统状态监控模块独立分开，集成度不高。

为克服现有激光系统控制器的缺点，根据现有的控制器模式——“DSP+FPGA ”模式[3⁃7]，笔者采用TI 公司的TMS320F28335和ALTERA 公司的EP2C8Q208C8N 来实现一种集成度高，同时可独立于PC 机运行的集成激光控制器。

1系统体系概述集成控制器系统硬件平台主要包括：主控模块、通信接口模块、外扩存储器模块、DAC 模块、机构状态监控模块、电机控制信号接口模块。

系统可工作在手动模式和自动加工模式，当系统工作在手动模式时，控制器通过CAN 总线接收来自PC 机或工业触摸屏的操作指令，对被控对象的相关参数进行设定及控制；当系统工作在自动加工模式时，控制器通过CAN 总线接收来自PC 机加工数据，根据加工信息进行速度处理和插补算法运算，从而生成插补脉冲给运动执行单元及激光器的电源控制信号。

而且，控制器在完成加工数据接收后，可以独立于PC 机而正常运行。

系统的核心芯片采用TI 公司C2000系列具有32位浮点数处理单元的TMS320F2833和ALTERA 公司的EP2C8Q208C8N 。

DSP 主要对加工数据进行运算处理、对被控对象进行参数设定及生成控制信号；同时FPGA 利用内部FIFO 对来自DSP 处理好的插补脉冲信息进行缓存并输出、对系统的状态信号进行监控及实现其他相关逻辑控制。

基于FPGA的激光稳频系统的设计与实现基于FPGA的激光稳频系统的设计与实现摘要：随着科技的发展，激光技术被广泛应用于光通信、精密测量、激光雷达等领域。

激光的频率稳定性对于这些应用来说至关重要。

本文基于FPGA技术，设计了一种激光稳频系统，通过对激光器的驱动电流进行自动调整，实现了激光的频率稳定控制。

1. 引言激光技术作为一项重要的光学技术，在现代科技领域中发挥着重要作用。

然而，由于激光器内部元件的温度波动、输运和杂散振动等原因导致激光的频率发生变化，限制了激光技术的应用。

因此，实现激光的稳频成为一个热门的研究课题。

2. 激光稳频系统的设计2.1 系统框架激光稳频系统的设计框架如图1所示。

系统主要由激光器、光电检测模块、控制电路、FPGA芯片和显示器组成。

2.2 激光频率的测量和反馈控制算法为了实现激光频率的稳定，需要对激光的频率进行测量，并根据测量结果进行反馈控制。

本系统中采用了干涉法进行激光频率的测量，通过将激光从激光器分出一部分，在光电检测模块中进行干涉，得到干涉信号的频率信息。

然后，通过FPGA芯片对干涉信号进行处理，计算出激光的频率。

根据设定的目标频率，通过控制电路调整激光器的驱动电流，实现激光频率的稳定控制。

3. 系统实现本系统的核心部分是FPGA芯片的编程。

通过FPGA芯片的灵活性和高效性能，实现了对激光频率的实时测量和控制。

FPGA芯片对干涉信号进行采样和处理，通过锁相环和PID控制算法，计算出激光的频率偏差，并根据反馈信号控制驱动电流的大小以控制激光频率的稳定。

4. 实验结果与分析本文设计的基于FPGA的激光稳频系统在实验中取得了良好的效果。

通过设置目标频率并进行实时测量，系统能够自动调整驱动电流以实现激光频率的稳定控制。

实验结果表明，本系统在不同环境温度下都能够实现激光频率的稳定，稳定性优于传统的激光稳频系统。

5. 总结与展望本文基于FPGA技术设计了一种激光稳频系统，通过对激光器驱动电流的自动调整，实现了激光频率的稳定控制。

基于 FPGA 的 USB 激光打标控制系统设计廖平;刘仁喜;杨德友【摘要】主要研究了基于 USB 总线，以 FPGA 为主控单元的振镜扫描式激光标记控制系统，对其工作原理进行了阐述并对其外围硬件架构以及 FPGA 内部硬件架构进行了分析设计，并利用 FPGA 的 DSP 开发工具 DSPBuilder 对曲线插补算法进行了算法建模设计，通过仿真分析验证了在 FPGA 硬件实现该算法的可行性和实用性。

本系统还可以通过 U 盘读入原始打标数据，对其进行数据处理后完成对振镜的控制，为实现脱机标刻奠定了基础。

最后对激光标记控制系统进行了实际测试，结果表明，该系统可以实现实时、高速、高精度的激光标记。

%The galvanometer scanning laser marking system based on the USB bus is researched,which used FPGA as the main control unit.The working principle is introduced,and the system hardware architecture and hardware struc-ture of FPGA are analyzed and designed.the curve interpolation algorithm model based on FPGA is established by u-sing DSP Builder,and the simulation analysis result proves the feasibility and practicality of this method.The system can read the original marking data from the U disk,and complete the control of the vibration mirror after data process-ing,which lay a foundation for realizing the offline marking.Finally,the actual control system was tested.The results show that the system can applied for real-time,high-speed,and high-precision laser marking.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2016(000)002【总页数】5页(P177-181)【关键词】激光技术;激光标记系统;FPGA;插补算法;DSP Builder【作者】廖平;刘仁喜;杨德友【作者单位】中南大学机电工程学院高性能复杂制造国家重点实验室，湖南长沙410083;中南大学机电工程学院高性能复杂制造国家重点实验室，湖南长沙410083;中南大学机电工程学院高性能复杂制造国家重点实验室，湖南长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TN249激光标记是指利用高能量密度的激光束在物件表面作永久性标记。

振镜式激光在线打标系统的研究的开题报告一、研究背景激光打标技术在日常生活中得到了广泛应用，例如在电子行业中的印刷电路板打标、汽车行业中的零部件打标、医疗行业中的医疗器械打标等。

随着社会科技的不断发展，激光打标技术也在不断升级，其中振镜式激光打标系统就是一种新型的激光打标技术。

该技术具有高精度、高速度、高稳定性等优点，被广泛应用于生产制造、无损检测、品牌宣传等领域。

二、研究目的和意义振镜式激光打标系统是激光打标技术的一个新的发展方向，该系统具有更高的精度和稳定性，能够更好地满足工业生产中对于高精度、高效率的要求。

因此，本研究旨在对振镜式激光打标系统进行深入研究，探索其在实际应用中的优势和局限性，进一步提高激光打标技术的应用水平和市场竞争力。

三、研究内容和方法本研究将从以下几个方面开展：1. 振镜式激光打标系统的原理及技术特点研究：主要介绍振镜式激光打标系统的概念、结构、原理及其技术特点，分析其与传统激光打标技术的差异和优势。

2. 振镜式激光打标系统的设计和实现：根据振镜式激光打标系统的原理和技术特点，设计并制作振镜式激光打标系统，验证其实际应用效果。

3. 振镜式激光打标系统的应用研究：通过对振镜式激光打标系统在不同行业中的实际应用进行分析和研究，探讨其在实际生产中的优势和局限性。

本研究将采用实验方法和文献调研相结合的方式，通过对振镜式激光打标系统的原理及技术特点进行分析和研究，设计和制作振镜式激光打标系统，对其在实际应用中的优势和局限性进行研究和探讨。

四、研究预期成果本研究的预期成果如下：1. 振镜式激光打标系统的原理及技术特点的深入研究，揭示其与传统激光打标技术的优势和差异。

2. 振镜式激光打标系统的设计和制作，验证其在实际应用中的效果。

3. 振镜式激光打标系统在不同领域的应用研究，探讨其在实际生产中的优势和局限性。

五、研究进度安排本研究的进度安排如下：第一至第二周：文献综述和调研；第三至第六周：振镜式激光打标系统的原理及技术特点研究和振镜式激光打标系统的设计和制作；第七至第十周：振镜式激光打标系统的实验验证和数据分析；第十一至第十四周：振镜式激光打标系统在不同领域中的应用研究和总结。

基于DSP的激光打标控制器设计
唐玉俊;袁自钧;赵永礼;吴本科
【期刊名称】《电子科技》
【年(卷),期】2010(23)8
【摘要】介绍了一种基于DSP的激光打标控制器系统设计,系统以
TMS320F2812 DSP为处理器,用CPLD扩展I/O接口,通过USB接口传输数据,高速D/A转换器控制振镜实现激光打标.在D/A转换电路中,针对双极性电压基准输出要求,使用运算放大器MCP606和MCP1525产生±2.5 V高精度电压基准,在打标软件中将图形打标和字符打标分开,能精确体现字号大小及字体变化的效果.给出了硬件电路设计方案及控制系统软件的实现方法.控制器系统使激光打标机速度、精度有了较大提高.
【总页数】3页(P97-99)
【作者】唐玉俊;袁自钧;赵永礼;吴本科
【作者单位】合肥工业大学,电子科学与应用物理学院,安徽,合肥,230009;合肥工业大学,电子科学与应用物理学院,安徽,合肥,230009;上海工程技术大学,电子电气工程学院,上海,201620;合肥工业大学,电子科学与应用物理学院,安徽,合肥,230009【正文语种】中文
【中图分类】TP29
【相关文献】
1.基于ADSP-BF533的激光打标控制方式设计与软件实现 [J], 吴若鸿;吴怀宇;程磊;胡麟;王栋梁
2.基于DSP的激光打标运动控制卡的设计与实现 [J], 肖盼
3.基于DSP的激光打标控制系统设计 [J], 李永刚
4.基于单片机的激光打标系统控制器设计 [J], 常毅;谭宁
5.基于单片机的激光打标系统控制器设计 [J], 常毅;谭宁
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。