局部空间定位系统中激光信号调理分析模块的研究与实现

摘要

随着我国经济迅速发展，重大装备在国民经济建设中发挥着关键作用，在轮船、机车、飞机等大型设备制造装配中，需要对大型设备的几何尺寸进行测量。由于空间位置测量受到现场测量环境制约，传统的大型构件装配位姿测量方法已无法满足其对于测量范围、测量精度和测量效率的要求,因此实现对大型设备尺寸的精准测量在装配中具有重大意义。
　　本课题来源是国家863重点项目的一部分，研究得到局部空间定位系统，该系统能准确定位飞机在装配中的位姿，使其装配高效完成。局部空间定位系统由四台发射机、信号接收及调理电路、数据传输和处理系统组成，本文主要任务是建立一种用于光电信号检测的嵌入式数据处理和无线传输系统，该系统能有效提高数据运算能力，减小测量系统的体积，使系统便携并且在设备安装中操作灵活。本文的主要工作如下：
　　1.简介局部空间定位系统定位的原理，针对大尺寸设备测量的数据需求，设计基于局部空间定位系统的光电调理电路与无线数据传输系统，使整个系统高效运行。
　　2.由于环境光对激光信号所造成影响，需要设计光电传感调节电路对接收到的信号进行滤波、放大、整形等，使其输出信号最终满足嵌入式系统的信号要求。
　　3.信号调理电路传来的脉冲信号需要转换为一组包含脉冲时序信息的数据信号传送到基于ARM的嵌入式系统进行信号处理，因此设计FPGA硬件平台对信号进行的采集、存储与传输。
　　4.FPGA系统将脉冲时序信号传输到STM32数据处理平台，然后提取数据信号特征，识别、分离不同定位发射源信号，实现空间角度与所测时间量的变换输出数据。
　　5.基于ARM的STM32数据处理平台要将所得数据传输出去，需要进行嵌入式无线传输系统开发，采用无线传系统进行光电传感器与上位机之间的无线组网，最后实现对光电传感器的远程控制和空间角度数据的采集。
　　整个局部空间定位系统在实验测试中达到要求，本文所提出的光电信号数据处理系统和无线传输系统作为局部定位空间系统一部分，能准确采集和处理数据，最后完成整个定位系统对飞机位姿的定位。

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目录

1 绪论

1.1课题的研究背景及意义

1.2大型设备尺寸测量在国内外研究概况

1.3基于激光旋转平面的局部空间定位系统

2 光电信号调理

2.1 光电调理电路结构设计

2.2 光电传感器选型

2.3环境光补偿处理

2.4 光电信号放大电路设计

2.5电平比较电路设计

2.6 电源模块设计

3 信号采集与处理

3.1嵌入式系统总体结构设计

3.2 FPGA高速脉冲信号处理系统设计

4 数据的处理及无线传输

4.1 ARM及无线模块选型

4.2 ARM数据处理系统设计

4.3信号采样与特征角计算

5系统测试分析

5.1实验装置

5.2 实验结果分析

6总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录 1 FPGA部分程序

FIFO例化

PLL 例化

起点计数器

脉宽计数器

写FIFO

读FIFO

附录2 ARM部分程序

串口中断程序

外部中断（FIFO空、FIFO满）

系统初始化

信号处理