fpga_asic-基于fpga的激光测距控制系统设计

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1、基于FPGA的激光测距控制系统设计DesignofLaserDistanceMeasurementControlSystemBasedOntheFPGA（1.中国科学院研究生院；2.中国科学院空间科学与应用研究中心）1,222谢志鹏，卞春江，孟新1,222XieZhipeng,BianChunjiang,MengXin摘要：本文介绍一种基于FPGA和ARM9的激光测距系统的硬件原理设计和软件设计方案。该方案采用SICK公司的户外型激光传感器LMS221，和ALTERA公司cyclone系列的EP1C12Q240I7FPG

2、A芯片。控制系统采用ARM+FPGA的结构，系统运行嵌入式Linux操作系统，从而保证系统可以灵活的实现高速数据采集和实时数据传输。关键词：FPGA激光测距LMS221UART中图分类号：TP212文献标识码：AAbstract:ThispapercoversthedesignofcircuitprincipleandsoftwaredesignoflaserdistancemeasurementsystemwhichisbasedonFPGAandARM9.InthedesigntheLMS221outdoorlase

3、rsensorfromSICKandFPGAEP1C12Q240I7ofcyclonefromALTERAareused.ThedesignusesARM+FPGAsystemandembeddedLinuxoperatingsystemwhichcouldflexiblyrealizehighspeeddataacquisitionandreal-timetransmission.Keywords:FPGA,laserdistancemeasurement,LMS221,UART1.引言随着科技的发展，具有高亮度、高方

4、向性、高单色性等优点的激光很快就应用于各类测量领域。其中，激光测距既是一个很广泛的应用。采用激光飞行原理的脉冲式激光测距系统体积小、操作简单，且测量精度高，抗干扰能力强，可用于建筑或空地安全监护、分拣和分类物体、车辆防撞、超高超宽检测、交通基础设施测量、轨道交通应用等领域。本文正是采用脉冲式激光传感器进行测距。2.系统设计方案及器件选用图1为激光测距控制系统结构图。根据实际应用要求，整个激光测距控制系统由ARM和FPGA组成，用于控制激光传感器的数据采集和数据在网络上的传输。FPGA采集激光传感器传过来的数据并进行处理，

5、ARM则通过网口与上位管理计算机进行数据传输。图1系统结构图2.1激光传感器工作原理德国SICK公司的LMS221-30206户外型非接触式激光传感器,采用激光飞行原理(time-of-flightprinciple)技术，具有75Hz的快速扫描频率，80m长量程的检测范围，IP67的高防护等级和180°的扫描角度等的卓越性能，可用来实时检测移动物体，并能在恶劣环境下进行作业。雨雪等天气因素对测量范围没有影响，可用于室外温度-30℃~+50℃的环境中。LMS221是一种二维激光传感器，它按照定义好的时间间隔发出激光脉冲，

6、旋转镜面将脉冲激光发射向各个方向并由LMS221接收反射光线，通过计时器计算发射脉冲和接收脉冲之间的时间间隔来计算与被测物体之间的距离。图2为激光测量传感器示意图。图2激光测量传感器不同的测量值分辨率决定了不同的测量距离范围。测量值分辨率分别为1mm和10mm时，能够测量的最远距离分别是8.191m和81.91m。设计中我们采用30m的量程范围，测量值分辨率为毫米级，180°/0.5°的模式，RS422的数据格式进行数据通讯，波特率为500K。使用波特率500k可实现高速通信，LMS221可将所有检测的数据实时传送，不会

7、存在数据丢失问题。2.2FPGA数据采集FPGA是英文FieldProgrammableGateArray的缩写,即现场可编程门阵列，它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。设计中选用ALTERA公司Cyclone系列的EP1C12Q240I7，它是一种具有丰富的可编程逻辑单元的现场可编程门阵列。该芯片采用240脚的PQFP封装，提供173个IO接口；拥有12,060个LEs；52个M4KRAMBlock；总共可以提供239，616

8、Bit的RAM；另外芯片内部还自带有2个锁相环，可以提供稳定、可靠的时钟信号。可采用EPCS1配置FPGA。EPCS1是可多次擦写的1M比特的ALTERA专用配置芯片，它本质上是一块专用Flash，用于保存FPGA的配置信息。在主动串行配（AS）置模式下，可通过下载电缆在线配置FPGA。FPGA主要实现了500k波特