基于FPGA+DSP的二维激光位移传感器信号处理系统研究

作     者：文帅帅 

作者单位：长春理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋贵才;朱万彬

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0802[工学-机械工程] 0803[工学-光学工程] 

主      题：FPGA DSP 信号处理系统 二维激光位移传感器 

摘      要：二维激光位移测量作为非接触式测量的一种,具有测量原理简单、测量精度适中和测量速度快等特点,在工业生产、逆向仿真和航空制造等领域中扮演着越来越重要的作用。随着软件技术的快速发展,为了进一步提高二维激光位移传感器的测量精度和测量适用性,人们对此提出了在测量过程中遇到的多种问题的解决算法。伴随着算法复杂度的提升,为满足测量系统的实时性要求,其信号处理系统的处理速度也要相应提高,对此提出了基于FPGA(Field Programmable Gate Array)和DSP(Digital Signa l Processing)架构的信号处理系统。利用FPGA强大的并行计算能力,对光条图像进行图像预处理和光条中心坐标提取,之后DSP处理器负责将光条中心坐标转换为物体Y轴和Z轴位移,最后通过LCD(Liquid Crystal Display)屏幕显示物体轮廓。本论文首先介绍了三角法测量原理,描述了二维激光位移传感器系统模型并直接给出了数学公式,在此基础上设计了系统总体结构并对主要器件型号进行了说明。接着详细介绍了系统的硬件设计,完成了图像采集卡和控制及处理系统的电路设计方案。随后将软件设计划分为两大部分:图像预处理和图像特征处理。图像预处理包括光条图像采集、图像滤波和乒乓缓存操作,在此之前需要实现IIC协议完成图像传感器初始化。图像特征处理包含图像分割、光条中心坐标提取、数据传输、位移计算和物体轮廓显示,主要目的是完成光条中心坐标到物体Y轴和Z轴位移的计算。最后为验证该信号处理系统的可行性,搭建二维激光位移传感器调试平台分别对三棱柱、圆柱和正方体进行了测量,LCD屏幕能够大致正确地显示物体轮廓,说明了该信号处理系统的正确性。