CN201917659U - 一种三维激光扫描仪用实时信号采集与控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种三维激光扫描仪用实时信号采集与控制系统，包括电源板、主控板和驱动扩展板，所述的主控板包括ARM模块、FPGA模块和主控板底板，主控板通过网口与笔记本连接；所述的主控板连接信号采集传感器；所述的主控板输出连接驱动扩展板，驱动扩展板包括俯仰轴驱动器和方位轴驱动器；圆光栅输出一路接主控板另一路接驱动扩展板；所述系统由锂电池经电源板变换电压后为主控板及驱动扩展板供电。具有友好的用户界面、高速数据采集功能、实时数据传输功能、低功率的特点，且具有很好的防干扰性，维护及维修方便。实现测量模型的数字化，可广泛应用于城市测绘、文物数字化保护、航天、航空、水利、制造等诸多领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种三维激光扫描仪用实时信号采集与控制系统，尤其涉及一种高速数据采集、高精度伺服控制、实时信号传输的三维激光扫描仪用信号采集与控制系统。
背景技术
激光扫描测量技术是近年来发展起来的一项新兴技术，可全天候、快速、直接、高精度的采集大范围区域的三维信息，实现测量模型的数字化，已广泛应用于城市测绘、文物数字化保护、航天、航空、水利、制造等诸多领域。
三维激光扫描测量技术是伴随空间点阵扫描技术和激光无反射棱镜长距离快速测距技术的发展而产生的一项新测绘技术，它是继GPS空间定位技术后的又一项测绘技术革新，它使得测绘数据的研究内容、研究方法进入新的发展阶段。目前国内高校、研究所等研究机构所研制的三维激光扫描仪样机大部分以二维激光传感器为核心器件，对信号采集、控制系统的要求较低，但其应用范围、系统精度及技术水平都比较低，尤其对友好的用户界面、高速数据采集功能、实时数据传输功能等实用性方面缺乏，防干扰性差，维护及维修不方便。
目前国内至今未见三维激光扫描仪高水平样机的报道，所研究内容大多是对国外高水平仪器的精度分析及点云后处理，对于三维激光扫描仪用实时信号采集、高速信号处理、高精度二维控制及系统实用性规划的研究少之又少，甚至还停留在原理探讨的阶段。
实用新型内容
本实用新型其目的就在于提供一种三维激光扫描仪用实时信号采集与控制系统，具有友好的用户界面、高速数据采集功能、实时数据传输功能、低功率的特点，且具有很好的防干扰性，维护及维修方便。
实现上述目的而采取的技术方案，包括电源板、主控板和驱动扩展板，其特征在于，所述的主控板包括ARM模块、FPGA模块和主控板底板，主控板通过网口与笔记本连接；所述的主控板连接信号采集传感器；所述的主控板输出连接驱动扩展板，驱动扩展板包括俯仰轴驱动器和方位轴驱动器；圆光栅输出一路接主控板另一路接驱动扩展板；所述系统由锂电池经电源板变换电压后为主控板及驱动扩展板供电。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：由于采用了模块化设计，因而具有友好的用户界面、高速数据采集功能、实时数据传输功能、低功率的特点，且具有很好的防干扰性，维护及维修方便。
本装置还包括以下特征：
1、主控板采用ARM核心板、FPGA核心板及底板的组成方式，主控板上所有的外部接口都设置在底板上；
2、ARM处理模块采用的是Mini8100核心板，是天漠科技推出的一款基于OMAP3530的嵌入式核心模块，预装Linux2.6任务操作系统；
3、FPGA处理模块中的核心器件采用CYCLONE II系列的EP2C5芯片；
4、系统配备了触摸屏及笔记本电脑两种控制接口，笔记本控制优先；
5、系统对传感器的数据采集速度为2KHz、4KHz及6KHz；
6、驱动扩展板核心器件采用以色列ELMO公司的WHISTLE系列驱动器，型号为WHI 5/60；
7、电源板核心器件电源模块采用金升阳公司DC-DC模块电源，型号分别为VRB2424D-40W、VRB2412D-30W、VRB2405D-20W、WRA2412D-10W。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步详述。
图1为本装置结构原理框图。
图2为本装置电源板电路原理结构框图。
图3为本装置主控板的结构布置框图。
图4为本装置主控板电路原理结构框图。
具体实施方式
包括电源板、主控板和驱动扩展板，如图1所示，所述的主控板包括ARM模块、FPGA模块和主控板底板，主控板通过网口与笔记本连接；所述的主控板连接信号采集传感器；所述的主控板输出连接驱动扩展板，驱动扩展板包括俯仰轴驱动器和方位轴驱动器；圆光栅输出一路接主控板另一路接驱动扩展板；所述系统由锂电池经电源板变换电压后为主控板及驱动扩展板供电。
所述的主控板上外部接口设置在底板上。
所述主控板上的ARM处理模块采用Mini8100核心板，预装Linux2.6任务操作系统。
所述的主控板上FPGA处理模块芯片采用CYCLONE II系列的EP2C5芯片。
所述的主控板通过网口与笔记本连接或通过接口外接LCD触摸屏。
系统对传感器的数据采集速度为2KHz或4KHz或6KHz。
所述的驱动扩展板芯片采用以色列ELMO公司的WHISTLE系列驱动器，型号为WHI 5/60。
所述的电源板采用金升阳公司DC-DC模块电源，型号分别为VRB2424D-40W、VRB2412D-30W、VRB2405D-20W、WRA2412D-10W。
下面通过实例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的具体说明。
本装置包括电源板、主控板、驱动扩展板三大部分。系统由锂电池经电源板变换电压后为主控板及驱动扩展板供电；主控板由ARM模块、FPGA模块和主控板底板组成；主控板通过网口与笔记本实现通讯，接收笔记本所下达的指令，同时将采集数据传输到笔记本；主控板通过专用接口外接LCD触摸屏，完成系统控制、参数设置及状态查询功能；主控板采集传感器所发出的距离信号，并使圆光栅位置信号与距离信号保持同步；主控板向驱动扩展板下达控制指令，同时接收驱动扩展板反馈的运动状态信息；网口及LCD触摸屏由ARM模块控制，传感器信号采集及圆光栅信号采集由FPGA模块控制；圆光栅的位置信号发送给主控板的同时也发送给驱动扩展板；俯仰轴驱动器与方位轴驱动器分别驱动俯仰轴电机与方位轴电机实现仪器的运动。
结合图1，本装置包括电源板、主控板、驱动扩展板三大部分，整个系统由锂电池经电源板变换电压后为主控板及驱动扩展板供电；主控板由ARM模块、FPGA模块和主控板底板组成；驱动扩展板核心器件为俯仰轴驱动器与方位轴驱动器；系统外设包括笔记本、LCD触摸屏、传感器、圆光栅和电机；笔记本或LCD触摸屏下达控制指令给ARM模块，FPGA模块解析ARM模块的控制指令并下达给驱动器，俯仰轴驱动器与方位轴驱动器分别驱动俯仰轴电机与方位轴电机实现仪器的运动。
结合图2，电池电压为24V，经DC-DC模块电源变换为24V、12V、5V和±12V电压，24V模块电源为方位轴驱动器供电，12V模块电源为俯仰轴驱动器供电，5V模块电源为主控板供电，±12V模块电源为D/A芯片供电。
结合图3，主控板上ARM模块与FPGA模块为两块核心板，通过排插与主控板底板发生联系，主控板上所有的外部接口都设置在底板上。
结合图4，调试串口(1)作为系统调试时输出终端，通过MAX232设置于主控板底板上，由UART1控制；DM9000(2)为ARM外扩网口接口，由EMAC/外部总线控制；mDDR及NAND Flash作为系统的数据存储器及程序存储器；LCD控制器(4)控制LCD触摸屏实现系统控制、参数设置及状态查询；MMC/SD(5)接口最大可驱动8G容量SD卡；USB2.0 Host(6)接口实现对USB 2.0接口的传感器的支持；双口RAM通过EMIF(3)，利用IO remap将FPGA的双口RAM映射为ARM的IO空间，ARM对双口RAM的读写实现与FPGA的通讯；UART2实现对RS 232接口传感器(7)的通讯与控制，数据监控程序时刻监控传感器所传输数据，保证传感器测量数据与圆光栅角度数据的同步；数据采集模块通过正交解码器1、正交解码器2分别采集圆光栅1、圆光栅2的脉冲数据；正交解码器计算出速度提供给NIOS II内核；NIOS II内核通过伺服控制程序1、伺服控制程序2，利用D/A实现对俯仰轴驱动器和方位轴驱动器的控制；ARM通过数据FIFO读取数据采集模块所采集的测量数据。
现在说明本装置实施工作过程：首先连接电源，则电源板通过DC-DC模块电源将电压转换后给各个器件供电；系统启动后，可利用网口接通笔记本或利用LCD触摸屏对系统进行参数设置，参数设置完成后连同仪器控制程序一同存储于主控板上的NAND Flash中，双口RAM模块通过EMIF(3)读取NAND Flash中的内容，负责将ARM下达的控制命令进行解析，并转换为特定格式的控制信号传递给NIOS II内核；NIOS II内核通过伺服控制程序1、伺服控制程序2，利用D/A实现对俯仰轴驱动器和方位轴驱动器的控制；同时NIOS II内核接收正交解码器计算出的速度作为速度控制环的速度反馈信号；系统上电后就开始不间断地从传感器(7)采集距离数据，同时数据采集系统将正交解码器解码的圆光栅信号与距离数据同步，并存入双口RAM对应的地址；ARM通过数据FIFO读取测量数据，若系统连接笔记本，则测量数据通过网口传送到笔记本，否则将测量数据存储到SD卡中。
Claims (8)
1.一种三维激光扫描仪用实时信号采集与控制系统，包括电源板、主控板和驱动扩展板，其特征在于，所述的主控板包括ARM模块、FPGA模块和主控板底板，主控板通过网口与笔记本连接；所述的主控板连接信号采集传感器；所述的主控板输出连接驱动扩展板，驱动扩展板包括俯仰轴驱动器和方位轴驱动器；圆光栅输出一路接主控板另一路接驱动扩展板；所述系统由锂电池经电源板变换电压后为主控板及驱动扩展板供电。
2. 根据权利要求1所述的一种三维激光扫描仪用实时信号采集与控制系统，其特征在于，所述的主控板上外部接口设置在底板上。
3.根据权利要求1所述的一种三维激光扫描仪用实时信号采集与控制系统，其特征在于，所述主控板上的ARM处理模块采用Mini8100核心板，预装Linux2.6任务操作系统。
4.根据权利要求1所述的一种三维激光扫描仪用实时信号采集与控制系统，其特征在于，所述的主控板上FPGA处理模块芯片采用CYCLONE II系列的EP2C5芯片。
5.根据权利要求1所述的一种三维激光扫描仪用实时信号采集与控制系统，其特征在于，所述的主控板通过网口与笔记本连接或通过接口外接LCD触摸屏。
6.根据权利要求1所述的一种三维激光扫描仪用实时信号采集与控制系统，其特征在于，系统对传感器的数据采集速度为2KHz或4KHz或6KHz。
7.根据权利要求1所述的一种三维激光扫描仪用实时信号采集与控制系统，其特征在于，所述的驱动扩展板芯片采用以色列ELMO公司的WHISTLE系列驱动器，型号为WHI 5/60。
8.根据权利要求1所述的一种三维激光扫描仪用实时信号采集与控制系统，其特征在于，所述的电源板采用金升阳公司DC-DC模块电源，型号分别为VRB2424D-40W、VRB2412D-30W、VRB2405D-20W、WRA2412D-10W。
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