无线智能光笔式坐标测量机的硬件电路设计

摘要

本论文所研究的对象是基于智能相机和无线传输技术的光笔式三坐标测量机，着重介绍其硬件实现方法。目前，市场上的光笔三坐标测量机都是PC-Based系统，其图像处理程序和算法程序均在计算机中完成，相机只是负责采集图像和对图像进行简单的处理后上传给计算机。然而，本论文所研究的光笔式坐标测量机利用智能相机集图像采集、图像处理及算法计算于一体的特点，代替一般工业相机只能采集图像的单一功能，成为整个测量机的核心。另外，对现有的光笔系统进行了改进设计。总之，改进后的光笔式三坐标测量机很大程度上提高了整个测量机的灵活性和便携性以及现场测量效率。
　　 本论文主要分析了国内外现有光笔式坐标测量机的优缺点，并在两方面对现有系统进行了改进设计：一、无线可调光笔系统的设计；二、智能相机系统的设计。
　　 论文所做的主要工作有以下几个方面：
　　 1.分析了光笔式坐标测量机的结构组成及测量原理，针对现有系统的不足，提出了改进方案；
　　 2.对比分析多套设计方案后，确定了光笔式坐标测量机系统可调光笔和智能相机的实现方案；
　　 3.设计了基于LED恒流驱动器TLC5923的可调光笔系统和基于DSP处理器TMS320DM642的智能相机系统的硬件电路；
　　 4.与无线模块nRF24E1相结合，构建了测量机系统无线和有线两种数据传输方式，完成了光笔、智能相机及计算机三者之间无线传输通道的硬件设计。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题背景介绍

1.1.1 三坐标测量机简介

1.1.2 光笔式三坐标测量机国内外的发展及现状

1.2 智能无线光笔式坐标测量机系统的特点及优势

1.3 主要研究内容及工作

第二章 无线可调光笔系统的设计

2.1 现有光笔系统

2.2 光笔系统的改进设计

第三章 智能相机系统整体设计

3.1 智能相机简介

3.2 图像传感器选型

3.2.1 CCD和CMOS图像传感器对比分析

3.2.2 图像传感器MTgM001C12STM介绍

3.3 智能相机处理器选型

3.4 TMS320DM642介绍

3.4.1 DM642的CPU结构

3.4.2 DM642的Cache结构

3.4.3 DM642可编程视频口

3.4.4 外部存储器接口EMIFA

3.4.5 增强的DMA控制器(EDMA)

3.5 智能相机系统总体设计方案

第四章 智能相机系统硬件电路设计

4.1 电源及复位电路设计

4.1.1 系统电压需求分析

4.1.2 TPS54310芯片应用

4.1.3 TPS767D325芯片的应用

4.1.4 电源监视和复位电路设计

4.2 系统时钟与PLL电源设计

4.2.1 PLL电源设计

4.2.2 系统时钟

4.3 器件的配置

4.3.1 复位时器件的配置

4.3.2 复位后的器件配置

4.4.存储器电路设计

4.4.1 外部FLASH存储器电路设计

4.4.2 外部SDRAM存储器电路设计

4.5 CMOS图像采集模块设计

4.5.1 CMOS与DM642接口设计

4.5.2 CMOS电路设计

4.6 以太网(EMAC)接口扩展

4.6.1 DM642的EMAC结构

4.6.2 物理层芯片BCM5221

4.6.3 EMAC接口实现

4.7 异步串口电路扩展

4.7.1 TL16C752B芯片简介

4.7.2 异步串口电路设计

4.8 视频显示接口扩展

4.8.1 SAA7121H芯片简介

4.8.2 视频显示接口电路设计

4.9 CPLD接口电路设计

4.9.1 FLASH存储器接口扩展

4.9.2 TL16C752B芯片接口扩展

4.9.3 键盘及LED接口扩展

4.9.4 16路通用输入输出端口扩展

第五章 高速PCB电路板设计

5.1 高速PCB电路特点

5.2 智能相机系统PCB设计

5.2.1 板层设计

5.2.2 元器件布局

5.2.3 电路板布线

5.2.4 信号完整性及电磁兼容性分析

5.3实验结果

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢