一种基于fpga视觉测量技术的多轴电机控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电子控制系统领域，尤其涉及一种基于FPGA视觉测量技术的多轴电机控制系统。
【背景技术】
[0002]现代工业的快速发展对电机控制系统提出了新的要求。在诸如机器人系统、火炮控制系统和其他自动化控制领域都要求更加紧凑、高效、精确稳定和快速升级的电机控制系统。我国电机控制系统尽管在某些关键技术上有所突破，但还缺乏整体核心技术的突破，例如:整体系统不够稳定可靠，信息采集测量装置比较简单、落后，缺乏高精密、高速的减速电机和伺服电机，缺乏智能化的驱动器和控制器等关键部件，这些核心技术对整个控制系统的性能指标起着关键作用。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型要解决的技术问题:提供一种基于FPGA视觉测量技术的多轴电机控制系统，以解决现有技术的多轴电机控制系统信息采集测量装置比较简单、控制精确性、可靠性、智能化程度方面的不足等问题。
[0004]本实用新型技术方案:
[0005]—种基于FPGA视觉测量技术的多轴电机控制系统，它包括驱动电机，摄像头与FPGA模块导线连接，FPGA模块与驱动器导线连接，驱动器与驱动电机导线连接。
[0006]摄像头为CMOS图像传感器。
[0007]FPGA模块为Altera公司生产的EP2C70F896C6N芯片，FPGA模块内部包括硬件逻辑电路实现的实时图像采集单元、目标视觉测量单元、控制信号调节单元和PWM生成电路单元。实时图像采集单元与目标视觉测量单元导线连接，目标视觉测量单元与控制信号调节单元导线连接，控制信号调节单元与PWM生成电路单元导线连接。
[0008]FPGA模块内部的实时图像采集单元包括I2C传感器配置、CMOS传感器数据采集、Bayer Pattern转RGB格式、多端口 SDRAM控制器等模块。
[0009]FPGA模块内部的目标视觉测量单元包括视频图像预处理、目标检测、目标形心定位提取。
[0010]FPGA模块内部的控制信号调节单元包括Motorcontrol和controlmotor功能模块。
[0011]驱动器包括光电耦合隔离单元，光电耦合隔离单元与驱动放大电路导线连接。
[0012]驱动电机为步进电机。
[0013]本实用新型的有益效果:
[0014]本实用新型通过摄像头摄取图像作为检测和传递信息加以利用，从图像中提取有用的信号，通过处理被测图像而获得所需的各种参数，它具有非接触、全视场测量、高精度和自动化程度高等特点，可以增强多轴电机控制的感知功能，提高电机控制的智能化程度，扩大其作业范围；这种能力不仅使多轴电机控制系统能感知环境中物体的形状、位置、姿态、运动等几何信息，而且能对他们进行描述、存储、识别和理解；此外，FPGA模块具有结构灵活，内部逻辑功能可以根据需要进行配置，修改和维护方便等特点，适于模块化设计。FPGA模块的并行执行、硬件实现的方式可以满足多轴电机控制系统设计中大量的高速电子线路设计需求，缩短了多轴电机控制系统设计周期，免去昂贵的开发费用，而且可以随时增加、删减功能，达到规避设计风险，回避芯片厂商的限制，解决了现有技术的多轴电机控制系统信息采集测量装置比较简单、控制精确性、可靠性、智能化程度方面的不足等问题。
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型结构示意图；
[0016]图2为本实用新型驱动器电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]—种基于FPGA视觉测量技术的多轴电机控制系统，它包括摄像头、FPGA模块、驱动器和驱动电机，摄像头与FPGA模块导线连接，FPGA模块与驱动器导线连接，驱动器与驱动电机导线连接，如图1所示。FPGA模块内部包括硬件逻辑电路实现的实时图像采集单元、目标视觉测量单元、控制信号调节单元和PWM生成电路单元。驱动器包括光电耦合隔离单元，光电耦合隔离单元与驱动放大电路导线连接。
[0018]摄像头为CMOS图像传感器，摄像头采用Terasic公司提供的TRDB-D5M摄像头。TRDB-D5M摄像头具有500W像素，可通过通用输入输出口 GP1与FPGA主板相连接。
[0019]FPGA模块内部的实时图像采集单元包括I2C传感器配置、CMOS传感器数据采集、Bayer Pattern转RGB格式、多端口 SDRAM控制器等模块，该模块实现摄像头实时视频图像的采集及存储。
[0020]FPGA模块内部的目标视觉测量单元包括视频图像预处理、目标检测、目标形心定位提取，该模块实现前级摄像头采集的实时视频图像中目标提取，输出目标实时形心位置(o_X、o_Y)0
[0021]FPGA模块内部的控制信号调节单元根据目标视觉测量单元处理得到的目标形心定位结果ο_Χ和ο_Υ，生成control信号，并根据control信号判断出电机的水平或垂直运行方向。
[0022]驱动器包括光电耦合隔离单元，光电耦合隔离单元与驱动放大电路导线连接。本实用新型选取6N137和P521光电耦合芯片作为光电耦合隔离单元、选取THB7128信号驱动芯片作为驱动放大电路，结合相关外围基本电路，构成了电机控制信号的驱动器电路结构，其中，信号输入端有:CP (脉冲信号输入正端)，CP-(脉冲信号输入负端)，U/D (电机正转控制正端)，U/D-(电机反转控制负端)，FRE (电机脱机控制正端)，FRE-(电机脱机控制负端)。信号输出端有=OUTlA (连接两相步进电机绕组A+相)，0UT2A (连接两相步进电机绕组A-相)，0UT1B (连接两相步进电机绕组B+相)，0UT2B (连接两相步进电机绕组B-相)。
[0023]驱动电机为步进电机，电机由57型两相四线混合式步进电机构成。
[0024]系统上电后，FPGA模块内部集成的I2C传感器配置模块初始化CMOS图像传感器，然后实时图像采集单元捕获来自CMOS图像传感器的图像帧数据，并将Bayer Pattern格式的图像帧数据转换为RGB颜色空间格式；最后，多端口 SDRAM控制器将转换后的图像帧数据保存到SDRAM存储器中。
[0025]目标视觉测量单元读取SDRAM中视频数据，分析提取兴趣目标，对目标进行实时视觉测量，得到目标各时刻的形心坐标位置(o_X、o_Y)，并将目标位置信息(o_X、o_Y)送给控制信号调节单元，调节各路PWM信号生成。分别控制云台电机左转、右转、上转和下转四个方向转动，从而实现视觉测量技术的多轴电机控制。
[0026]在PffM生成电路中，数字调制信号将会用一个寄存器来控制，并且不断与循环计数器的输出进行比较，当调制信号大于循环计数器的输出时，比较器输出高电平，当调制信号小于循环计数器的输出时，比较器输出低电平。循环计数器循环一个周期后，向寄存器发出一个使能信号ΕΝ，寄存器送入下一组数据。在每一个计数器计数周期，由于输入的调制信号的大小不同，比较器输出端输出的高电平个数不一样，因而产生出占空比不同的脉冲宽度调制波。
【主权项】
1.一种基于FPGA视觉测量技术的多轴电机控制系统，它包括驱动电机，其特征在于:摄像头与FPGA模块导线连接，FPGA模块与驱动器导线连接，驱动器与驱动电机导线连接。2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA视觉测量技术的多轴电机控制系统，其特征在于:FPGA模块包括实时图像采集单元，实时图像采集单元与目标视觉测量单元导线连接，目标视觉测量单元与控制信号调节单元导线连接，控制信号调节单元与PWM生成电路单元导线连接。3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA视觉测量技术的多轴电机控制系统，其特征在于:驱动器包括光电耦合隔离单元，光电耦合隔离单元与驱动放大电路导线连接。4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA视觉测量技术的多轴电机控制系统，其特征在于:摄像头为CMOS图像传感器。5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA视觉测量技术的多轴电机控制系统，其特征在于:驱动电机为步进电机。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于FPGA视觉测量技术的多轴电机控制系统，它包括驱动电机，摄像头与FPGA模块导线连接，FPGA模块与驱动器导线连接，驱动器与驱动电机导线连接；解决了现有技术的多轴电机控制系统信息采集测量装置比较简单、控制精确性、可靠性、智能化程度方面的不足等问题。
【IPC分类】G05B19/042
【公开号】CN204904010
【申请号】CN201520425129
【发明人】刘紫燕, 冯丽, 冯亮
【申请人】贵州大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年6月19日