專利名稱：一種紅外輻射譜測(cè)量中的調(diào)制器控制及反饋系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及目標(biāo)監(jiān)測(cè)與識(shí)別的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種紅外輻射譜測(cè)量中的調(diào)制器控制及反饋系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
調(diào)制器是測(cè)量紅外輻射譜的關(guān)鍵器件之一，它的作用有三點(diǎn)一是抑制目標(biāo)的背景干擾；二是調(diào)制目標(biāo)信號(hào)，便于后續(xù)信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)信號(hào)的提?。蝗抢媚繕?biāo)交變信號(hào)的基波和二次諧波的相位關(guān)系實(shí)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡的精密跟蹤。測(cè)量紅外輻射譜需要用到的調(diào)制器有兩個(gè)振鏡和斬光盤(pán)，其中振鏡用來(lái)調(diào)制點(diǎn)目標(biāo)，斬光盤(pán)用來(lái)調(diào)制面目標(biāo)，它們分時(shí)工作。傳統(tǒng)的方法是振鏡和斬光盤(pán)有各自的驅(qū)動(dòng)裝置，導(dǎo)致系統(tǒng)比較笨重，操作也相對(duì)復(fù)雜。而且在這種模式下，振鏡的驅(qū)動(dòng)信號(hào)都是由波形發(fā)生卡或者信號(hào)發(fā)生器提供，很難實(shí)現(xiàn)不同振幅工作模式之間的快速切換。另外，傳統(tǒng)調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)裝置都是直接傳輸模擬信號(hào)給調(diào)制器，但是經(jīng)過(guò)幾十米長(zhǎng)的傳輸路徑，傳輸過(guò)程中受到的干擾不可預(yù)知，而且會(huì)隨環(huán)境溫濕度等的變化而變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是克服傳統(tǒng)紅外輻射譜測(cè)量中對(duì)振動(dòng)反射鏡(以下簡(jiǎn)稱振鏡)和斬光盤(pán)等調(diào)制器分別控制的不足，提供一種調(diào)制器控制及反饋系統(tǒng)，不僅集成了振鏡和斬光盤(pán)的控制模塊，還可以對(duì)各自的反饋信號(hào)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的小型化，降低了工作成本。本發(fā)明還有一個(gè)目的是克服傳統(tǒng)紅外輻射譜測(cè)量中直接傳輸模擬信號(hào)，在長(zhǎng)的傳輸距離中容易受到干擾和環(huán)境條件影響的不足，提供一種調(diào)制器控制及反饋系統(tǒng)，通過(guò)工控機(jī)以數(shù)字信號(hào)傳輸命令及相關(guān)信息，減少了傳輸過(guò)程的干擾和環(huán)境影響。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種紅外輻射譜測(cè)量中的調(diào)制器控制及反饋系統(tǒng)，該系統(tǒng)以振鏡和斬光盤(pán)為調(diào)制器，其特征在于，該系統(tǒng)包括模式切換模塊、振鏡驅(qū)動(dòng)模塊、斬光盤(pán)驅(qū)動(dòng)模塊、振鏡反饋模塊、移相模塊、通信模塊和電源模塊；其中，所述的模式切換模塊用于控制振鏡和斬光盤(pán)兩種模式之間的切換；所述的振鏡驅(qū)動(dòng)模塊用于產(chǎn)生振鏡的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；所述的斬光盤(pán)驅(qū)動(dòng)模塊用于產(chǎn)生斬光盤(pán)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；所述的振鏡反饋模塊用于計(jì)算振鏡反饋信號(hào)的頻率和振幅，并產(chǎn)生方波參考信號(hào);所述的移相模塊用于將方波參考信號(hào)移相輸出；所述的通信模塊用于根據(jù)上位機(jī)指令對(duì)調(diào)制器進(jìn)行處理；所述的電源模塊通過(guò)外部提供的220V交流電源產(chǎn)生該系統(tǒng)內(nèi)部需要的所有電源；
從而該系統(tǒng)可同時(shí)控制振鏡和斬光盤(pán)兩種類型的調(diào)制器。其中，所述的振鏡驅(qū)動(dòng)模塊使用DDS直接數(shù)字頻率合成技術(shù)，產(chǎn)生正弦波來(lái)驅(qū)動(dòng)振鏡。其中，通過(guò)模擬乘法器對(duì)驅(qū)動(dòng)振鏡的正弦波幅度進(jìn)行控制。其中，所述的斬光盤(pán)驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò)寫(xiě)數(shù)字電位器的阻值控制字，實(shí)現(xiàn)對(duì)斬光盤(pán)的頻率控制。其中，所述調(diào)制器控制及反饋系統(tǒng)根據(jù)反饋正弦波信號(hào)產(chǎn)生方波參考信號(hào)。其中，所述調(diào)制器控制及反饋系統(tǒng)通過(guò)UART模塊實(shí)現(xiàn)工控機(jī)對(duì)調(diào)制器的各種功能控制。 本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于I、采用直接數(shù)字頻率合成技術(shù)和模擬乘法器產(chǎn)生正弦波來(lái)驅(qū)動(dòng)振鏡，切換速度快，頻率分辨率高。2、采用FPGA實(shí)現(xiàn)方波信號(hào)的移相功能，使處理后的信號(hào)和原驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持嚴(yán)格同步。


圖I為本發(fā)明提供的調(diào)制器控制及反饋系統(tǒng)構(gòu)成示意圖；圖2為ARM處理器的工作流程圖；圖3為振鏡驅(qū)動(dòng)模塊；圖4為乘法器輸入信號(hào)-INl ；圖5為乘法器輸入信號(hào)-IN2 ；圖6為乘法器輸出信號(hào)-OUT ；圖7為DDS原理圖；圖8為數(shù)字電位器與ARM的接口電路；圖9為振鏡反饋模塊；圖10為振鏡反饋正弦波信號(hào)；圖11為正弦波變方波信號(hào)；圖12為方波參考信號(hào)；圖13為移相90°后的方波參考信號(hào)；圖14為移相180°后的方波參考信號(hào)；圖15為UART中斷服務(wù)程序流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。如圖I所示，本發(fā)明是一種以ARM和FPGA為主要處理器的調(diào)制器控制及反饋系統(tǒng)，包括電源模塊、模式切換模塊、振鏡驅(qū)動(dòng)模塊、斬光盤(pán)驅(qū)動(dòng)模塊、振鏡反饋模塊、移相模塊和通信模塊。其中，控制模塊以ARM為核心，采用AD公司的ADuC7026，它的主要功能是實(shí)現(xiàn)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生和反饋信號(hào)的幅度計(jì)算，控制振鏡和斬光盤(pán)的切換。工作流程如圖2所示，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，再配置寄存器，然后進(jìn)入中斷判斷程序，其中=UART中斷服務(wù)程序用來(lái)實(shí)現(xiàn)工控機(jī)對(duì)系統(tǒng)的控制，詳見(jiàn)通信模塊；振鏡中斷服務(wù)程序用來(lái)采樣計(jì)算振鏡反饋信號(hào)的振幅；定時(shí)器中斷服務(wù)程序用來(lái)監(jiān)測(cè)ARM和FPGA有沒(méi)有正常工作，為系統(tǒng)自檢提供參考。最后退出中斷返回主程序。反饋信號(hào)處理模塊以FPGA為核心，采用Xilinx公司的XC3S100，它的主要功能是實(shí)現(xiàn)反饋信號(hào)的頻率計(jì)算和提供移相輸出后的方波參考信號(hào)，用以計(jì)算目標(biāo)位置。以下結(jié)合附圖，分模塊對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。電源模塊系統(tǒng)內(nèi)部所需的所有電源均由外部提供的220V交流電源變換產(chǎn)生。其中，模擬電路所需要的+12V/500mA和_12V/500mA電源由線性穩(wěn)壓電路(7812/7912系列)產(chǎn)生；數(shù)字電路所需要的+5V/1A和+3. 3V/1A電源，由線性LDO (LM1117)電路產(chǎn)生；RS422接口所需的+5V (100mA/5ff)隔離電源，由隔離DC/DC模塊產(chǎn)生。模式切換模塊根據(jù)要觀測(cè)的目標(biāo)狀態(tài)，上位機(jī)可通過(guò)ARM的GPIO接口控制固態(tài)繼電器的通斷來(lái)選擇振鏡模式或斬光盤(pán)模式。 振鏡驅(qū)動(dòng)模塊如圖3所示，ARM處理器通過(guò)SPI接口控制直接數(shù)字頻率合成器(DDS)產(chǎn)生正弦波信號(hào)(幅度只有O. 8V)，通過(guò)放大器將正弦波信號(hào)幅度轉(zhuǎn)換為-5疒+5V。ARM處理器自帶12bitD/A模塊產(chǎn)生直流可控電平經(jīng)放大器放大后與正弦波信號(hào)一起送入乘法器進(jìn)行幅度調(diào)制，解決了直接數(shù)字頻率合成技術(shù)不能調(diào)節(jié)波形振幅的問(wèn)題。最后再經(jīng)功率放大器進(jìn)行功率放大后輸出振鏡驅(qū)動(dòng)信號(hào)。所述模擬乘法器調(diào)幅電路的輸入輸出波形包括輸入INl為ARM自帶D/A產(chǎn)生的直流可控電平(如圖4)，輸入IN2為經(jīng)模擬電路處理后的標(biāo)準(zhǔn)正弦波(如圖5)，輸出OUT為INl和IN2乘積(如圖6)。所述DDS芯片采用ADI公司的工業(yè)級(jí)高精度可編程波形發(fā)生器AD9833B，原理如圖7所示相位累加器對(duì)頻率控制字決定的相位增量進(jìn)行累加，通過(guò)正弦波查找表查到對(duì)應(yīng)的正弦波幅度值，再進(jìn)入數(shù)模轉(zhuǎn)換器把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，最后通過(guò)低通濾波器輸出需要的正弦波。其優(yōu)點(diǎn)是頻率分辨率高、轉(zhuǎn)換速度快、相位連續(xù)、噪聲低、數(shù)字化、可編程、易集成。斬光盤(pán)驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò)用數(shù)字電位器AD8400AR (圖8為數(shù)字電位器與ARM處理器的接口電路)取代斬光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器原來(lái)的模擬電位器(人工調(diào)節(jié))，通過(guò)I/O接口(P1. 3)仿SPI接口寫(xiě)阻值控制字，來(lái)調(diào)節(jié)斬光盤(pán)的頻率。如圖9為振鏡反饋模塊通過(guò)壓電傳感器將振鏡反饋的正弦波信號(hào)(如圖10所示)引入系統(tǒng)中，通過(guò)預(yù)處理電路和偏置電路將信號(hào)幅度壓縮為ARM處理器A/D轉(zhuǎn)換器要求的0-5V范圍，經(jīng)12bit的A/D轉(zhuǎn)換器以IOOK頻率采樣、轉(zhuǎn)換后存入內(nèi)部SRAM中，供ARM處理器分析，計(jì)算出幅度值。同時(shí)，振鏡反饋的正弦波信號(hào)還要通過(guò)電壓比較器變成方波信號(hào)(如圖11所示)，通過(guò)整形電路處理為TTL方波參考信號(hào)(如圖12所示)用于計(jì)算目標(biāo)位置。FPGA還要計(jì)算此方波參考信號(hào)的頻率給控制系統(tǒng)提供參考。移相模塊由于后續(xù)處理電路要求信號(hào)嚴(yán)格同步，而經(jīng)過(guò)模擬電路處理的方波參考信號(hào)早就偏離了原來(lái)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相位，因此要對(duì)此方波參考信號(hào)進(jìn)行移相。本系統(tǒng)中的移相功能是通過(guò)FPGA實(shí)現(xiàn)的，它先把要移動(dòng)的相位度數(shù)轉(zhuǎn)換成脈沖個(gè)數(shù)，再進(jìn)行移相，其精度可以達(dá)到0.1°。如圖13所示為移相90°的方波參考信號(hào)，如圖14所示為移相180°后的方波參考信號(hào)。通信模塊上位機(jī)和調(diào)制器控制及反饋系統(tǒng)的通信接口采取RS-422電路形式，選用AD公司生產(chǎn)的內(nèi)帶隔離的RS422專用工業(yè)級(jí)芯片ADM2484E。由于RS-422接口電路與系統(tǒng)內(nèi)部電路不能共地，因此采取光耦隔離。通信為異步串行全雙工格式，128K波特率，8位數(shù)據(jù)位，I位停止位，I位校驗(yàn)位(奇校驗(yàn))。通信模塊的工作流程如圖15所示，首先進(jìn)入U(xiǎn)ART中斷，接收命令幀，然后判斷幀頭(2個(gè)字節(jié)，用5Ah和54h表示)，再判斷數(shù)據(jù)包標(biāo)志(I個(gè)字節(jié)，其中OAh代表設(shè)定調(diào)制器類型；01h代表調(diào)制器自檢；04h代表請(qǐng)求調(diào)制器狀態(tài)參數(shù)回傳；2Eh代表設(shè)定調(diào)制器頻率與振幅；2Fh代表振鏡振幅切換；3Eh代表設(shè)置溫控溫度；4Dh代表設(shè)置參考信號(hào)相位移動(dòng)量)，根據(jù)數(shù)據(jù)包標(biāo)志執(zhí)行相應(yīng)的控制命令，然后讀取調(diào)制器的反饋信號(hào)，與設(shè)定值進(jìn)行比較，將反饋狀態(tài)和判斷結(jié)果發(fā)送給上位機(jī)，并返回主程序。至此，完成一種ARM+FPGA組成的調(diào)制器控制及反饋系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)振鏡和斬光盤(pán)兩種調(diào)制器的控制；其中振鏡的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率在1900HZ-2500HZ可調(diào)，精度1HZ，幅度±5V，振幅精度優(yōu)于1%;斬光盤(pán)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率在1920HZ-2150HZ可調(diào)；可以將反饋的正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)換為方波參考信號(hào)；可以對(duì)方波參考信號(hào)移相，從而提供準(zhǔn)確的位置信息。
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以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種紅外輻射譜測(cè)量中的調(diào)制器控制及反饋系統(tǒng)，該系統(tǒng)以ARM和FPGA作為處理器，以振鏡和斬光盤(pán)作為調(diào)制器，其特征在干，該系統(tǒng)包括模式切換模塊、振鏡驅(qū)動(dòng)模塊、斬光盤(pán)驅(qū)動(dòng)模塊、振鏡反饋模塊、移相模塊、通信模塊和電源模塊；其中， 所述的模式切換模塊用于控制振鏡和斬光盤(pán)兩種模式之間的切換； 所述的振鏡驅(qū)動(dòng)模塊用于產(chǎn)生振鏡的驅(qū)動(dòng)信號(hào)； 所述的斬光盤(pán)驅(qū)動(dòng)模塊用于產(chǎn)生斬光盤(pán)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)； 所述的振鏡反饋模塊用于計(jì)算振鏡反饋信號(hào)的頻率和振幅，并產(chǎn)生方波參考信號(hào)； 所述的移相模塊用于將方波參考信號(hào)移相輸出； 所述的通信模塊用于根據(jù)上位機(jī)指令對(duì)調(diào)制器進(jìn)行控制； 所述的電源模塊通過(guò)外部提供的220V交流電源產(chǎn)生該系統(tǒng)內(nèi)部需要的所有電源； 從而該系統(tǒng)可同時(shí)控制振鏡和斬光盤(pán)兩種類型的調(diào)制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的紅外輻射譜測(cè)量中的調(diào)制器控制及反饋系統(tǒng)，其特征在于所述的振鏡驅(qū)動(dòng)模塊使用DDS直接數(shù)字頻率合成技術(shù)，產(chǎn)生正弦波來(lái)驅(qū)動(dòng)振鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅外輻射譜測(cè)量中的調(diào)制器控制及反饋系統(tǒng)，其特征在于通過(guò)模擬乘法器對(duì)驅(qū)動(dòng)振鏡的正弦波幅度進(jìn)行控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外輻射譜測(cè)量中的調(diào)制器控制及反饋系統(tǒng)，其特征在于所述的斬光盤(pán)驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò)寫(xiě)數(shù)字電位器的阻值控制字，實(shí)現(xiàn)對(duì)斬光盤(pán)的頻率控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的紅外輻射譜測(cè)量中的調(diào)制器控制及反饋系統(tǒng)，其特征在于所述調(diào)制器控制及反饋系統(tǒng)根據(jù)反饋的正弦波信號(hào)產(chǎn)生方波參考信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的紅外輻射譜測(cè)量中的調(diào)制器控制及反饋系統(tǒng)，其特征在于所述調(diào)制器控制及反饋系統(tǒng)通過(guò)UART模塊實(shí)現(xiàn)エ控機(jī)對(duì)調(diào)制器的各種功能控制。
全文摘要
本發(fā)明提供一種紅外輻射譜測(cè)量中的調(diào)制器控制及反饋系統(tǒng)，本系統(tǒng)以ARM和FPGA為主要處理器，以振動(dòng)反射鏡(以下簡(jiǎn)稱振鏡)和斬光盤(pán)為調(diào)制器，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生、反饋信號(hào)的幅度和頻率計(jì)算、與控制工控機(jī)通信、產(chǎn)生方波參考信號(hào)并可移相輸出等功能。該系統(tǒng)包括電源模塊、模式切換模塊、振鏡驅(qū)動(dòng)模塊、斬光盤(pán)驅(qū)動(dòng)模塊、振鏡反饋模塊、移相模塊和通信模塊。通過(guò)本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)振鏡和斬光盤(pán)兩種類型的調(diào)制器進(jìn)行控制，并且減少了傳輸過(guò)程中受到的干擾，操作方便，易集成。
文檔編號(hào)H03B28/00GK102739163SQ20121019938
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者任棲峰, 周金梅, 廖勝, 李強(qiáng), 譚述亮, 陳為, 韓維強(qiáng), 魏紅艷 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所