一种基于FPGA的三维旋转云台控制系统的制作方法

本实用新型涉及三维测量技术领域，尤其涉及一种基于fpga的三维旋转云台控制系统。

背景技术：

随着机器视觉的发展，测量已不再局限于一维测量，二维测量；三维测量越来越广泛，通常仅依靠单幅三维是无法还原整个待测目标物的完整三维形貌，为了得到待测目标物的完整三维形貌，一种方案是环绕待测目标物搭建多组三维测量模组，但是该方案在实际应用中由于需要极高的成本而不被广泛采用；另一种方案是将待测目标物置于可旋转的云台系统上，只需一组三维测量模组，通过精密控制云台旋转不同位置就能获取待测目标物的完整三维形貌，该方案具有较高的性价比。

在三维测量应用中，一方面要求云台控制系统具有较高的控制精度，还需要当意外出现时，系统能够及时的响应并做出相应的处理。尤其是时下个人三维数据测量的逐步发展(人脸，人体，脚型，美容，塑型等)，对系统的高精度和快速响应要求越来越高。

通常的云台控制系统是基于单片机实现的，该方案尽管具有开发简单，成本较低等优势，但是受限于芯片自身顺序执行指令的工作方式，指令的发送-响应-接收-执行-反馈通常要在几十个毫秒，几十毫秒的延时在三维测量中容易带来较大误差和算法复杂度。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种高精度快速响应的基于fpga的三维旋转云台控制系统。

本实用新型所采用的技术方案是：一种基于fpga的三维旋转云台控制系统，其包括三维旋转云台、计算机以及主控板，所述主控板包括fpga、phy芯片、以太网接口以及电源，所述fpga通过phy芯片与以太网接口连接，所述计算机与所述以太网接口连接，所述电源的输出端与所述fpga的输入端连接；所述三维旋转云台包括电机驱动器接口，所述fpga与所述电机驱动器接口连接。

进一步，其还包括led，所述fpga的输出端与所述led的输入端连接。

进一步，其还包括急停开关，所述急停开关的输出端与所述fpga的输入端连接。

进一步，其还包括第一隔离电路，所述急停开关的输出端通过第一隔离电路与所述fpga的输入端连接。

进一步，其还包括接触式限位开关，所述接触式限位开关的输出端与所述fpga的输入端连接。

进一步，其还包括第二隔离电路，所述接触式限位开关的输出端通过所述第二隔离电路与所述fpga的输入端连接。

进一步，其还包括第三隔离电路，所述fpga通过第三隔离电路与所述电机驱动器接口连接。

进一步，所述fpga的型号为ep4ce15f17c8。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用fpga作为主控芯片，fpga依次通过phy芯片、以太网接口与计算机进行指令数据通讯。其具有精度高、响应快，延时小；同时还具有应用广泛，成本低廉，控制简单，通过千兆交换机多设备组网等特点。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

图1是本实用新型的结构框图；

图2是本实用新型中fpga与电机驱动器接口连接的电路原理图；

图3是本实用新型中fpga与phy芯片连接的电路原理图；

图4是本实用新型中phy芯片芯片与以太网接口连接的电路原理图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，其示出了一种基于fpga的三维旋转云台控制系统，其包括三维旋转云台、计算机以及主控板，所述主控板包括fpga、phy芯片、以太网接口以及电源，所述fpga通过phy芯片与以太网接口连接，所述计算机与所述以太网接口连接，所述电源的输出端与所述fpga的输入端连接；所述三维旋转云台包括电机驱动器接口，所述fpga与所述电机驱动器接口连接。

本实用新型采用fpga作为主控芯片，fpga运行速度快，fpga内部集成锁项环,可以把外部时钟倍频,核心频率可以到几百m,而单片机运行速度低的多。fpga依次通过phy芯片、以太网接口与计算机进行指令数据通讯。相比于传统技术方案，这里选用udp协议的千兆以太网完成指令传输，使得该系统具有极高的响应速度，其理论控制精度可达几十个纳秒级别。

此外增加了有led构成的同步外部光源的，满足不同肤色或环境下的测量；所述fpga的输出端与所述led的输入端连接。

本实用新型还设有急停开关和接触式限位开关，所述急停开关的输出端与所述fpga的输入端连接，所述接触式限位开关的输出端与所述fpga的输入端连接。

优选的，其还包括第一隔离电路和第二隔离电路，所述急停开关的输出端通过第一隔离电路与所述fpga的输入端连接。所述接触式限位开关的输出端通过所述第二隔离电路与所述fpga的输入端连接。

三维旋转云台系统应用在人体扫描测量时，需要设备有一定的安全等级，当遇到紧急情况时，希望能够从外部及时停止设备的允许，这里增加了急停开关和接触式限位开关，同样为了防止噪声干扰，选用光耦隔离方案，并在fpga程序中对这些信号进行消抖处理，设计了缓加速启动、缓减速停止以及急停和限位等功能用于保护人体安全和设备安全，以免发生误判。

优选的，其还包括第三隔离电路，所述fpga通过第三隔离电路与所述电机驱动器接口连接。通常三维旋转云台电机运行时，极有可能产生噪声，这些噪声信号容易造成数字电路的误判进而影响实际的测试测量，因此需要将信号和电源进行隔离。电源部分，选用隔离电源模块。

如图2至图4所示，其中fpga包括fpga核心板u2(u2c、u2h、u2g、)的型号为ep4ce15f17c8。j1为电机驱动器接口，所述第三隔离电路包括第一光耦pt1和第二光耦pt2，j1为电机驱动器接口包括(1、2、3、4、5)引脚，其中1、4引脚与电源正端evcc5v连接，5引脚与地连接，2、4引脚分别与第一光耦pt1和第二光耦pt2的第一输出端连接，第一光耦pt1和第二光耦pt2的第二输出端与地连接，所述第一光耦pt1和第二光耦pt2的第二输入端与地连接，第一光耦pt1和第二光耦pt2的第一输入端分别与fpga核心板u2c的t3、t4脚连接。phy芯片u5的型号为rtl8211eg，以太网接口j3的型号为hr911130c，其中phy芯片u5与fpga核心板u2的连接关系以及phy芯片u5与以太网接口j3的连接关系如图3至图4所示，其均为本领域技术人员常规的io连接，在此不作赘述。

与传统的技术方案相比，本发明在具有高性价比的同时，更具有控制精度高，时间响应快；当突发意外发生时，能够快速执行相应指令保护设备及人员安全。最后优化了三维旋转云台缓加速启动和缓减速停止机制，有效提高系统配套设备的使用寿命。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。