摘要：本文以DSP为中心处理器，合作FPGA和外围电路，规划了一套光电盯梢丈量体系红外电视调焦操控器，完结了依据方针间隔和环境温度等参数对电视焦距进行主动调整。经过数据剖析与实践查验，该体系可以满意红外电视的调焦操控要求。
1.导言
跟着红外成像技能的快速开展，红外丈量电视成为光电盯梢体系的重要组成部分。红外相机的主动和接连调焦，是确保红外电视成像质量，完结光电盯梢体系高精度安稳盯梢的关键技能。一般来说，影响红外电视成像的要素有许多，而方针的间隔和环境温度等参数对成像质量影响较大，怎么依据方针间隔和环境温度等影响方针成像质量的信息，实时调整相机的方位，然后取得明晰的方针图画，需求进行广泛深化的研讨，对完结红外盯梢丈量体系安稳高精度盯梢丈量功用具有重要意义。
2.调焦操控器的硬件规划
2.1 整体结构及原理
光电盯梢丈量体系调焦操控体系要完结的功用首要包含：接纳归纳操控器的操控指令，完结红外电视的变倍与调焦功用，兼具自检功用和故障诊断才能，故障诊断到线路板。
体系选用依据DSP+FPGA的调光调焦操控器。该操控器的硬件原理框图如图1所示。
图1 调光调焦操控器硬件框图
其间DSP(TMS320F2812)作为调光调焦操控器中心。TMS320F2812是TI公司针对数字操控范畴而推出的，它是现在操控范畴最高功用的处理器，具有操控精度高、速度快、运用灵敏以及集成度高级长处，已广泛运用于工业主动化、光学网络以及主动化操控等范畴。
体系选用Cyclone公司系列FPGA中的EP1C12Q240C8作为整个调光调焦操控器的时序和逻辑操控中心，EP1C12Q240C8供给12060个逻辑单元(LE)和173个I/O口，可以内嵌4K的RAM.
运用TMS320F2812悉数外设接口的一部分，如GPIO接口和EVA/EVB接口。
选用可编程逻辑器件(FPGA)，可以十分简略的规划DSP的硬件电路。将DSP的数据总线、地址总线、读写操控线以及中止信号线悉数引进到FPGA 中，依据特定的要求，在FPGA内完结时序和逻辑规划。其间为TL16C554，AD7864供给地址选通信号，为光栅尺核算供给四倍频鉴相和计数逻辑。
因为电机的信号线、限位开关线数量许多，需求本体系的I/O口的数量较多，可以在FPGA内完结扩展I/O口的功用。
2.2 FPGA的规划
FPGA内部选用模块化的规划思维，对FPGA规划进行模块分化。首要包含，完结FPGA扩展I/O口的功用，为TL16C554和AD7864供给片选和读写信号，供给四倍频鉴相和计数逻辑核算光栅尺方位量。FPGA内的功用模块如图2所示。
TL16C554地址译码模块：在FPGA内部，针对DSP的读写以及地址信号进行译码，为TL16C554供给读写信号以及片选等信号。
AD7864地址译码模块：对DSP的地址信号进行译码，为AD7864供给读写、片选以及通道挑选等信号。
光栅尺逻辑核算模块：光栅尺输出两路正交的方波信号A、B和零位信号Z输入到FPGA中，在FPGA中完结对A、B信号的倍频及鉴相功用，然后经过16位计数器和锁存器与DSP相连，经过读取计数器的数值可得到光栅尺的方位数值，体系框图如图3所示。
3.实验验证与精度剖析
3.1 实验验证
调焦体系由装置在望远物镜筒上的光学机械部分和电控部分组成。光学机械部分包含调焦组件、变倍组件等。电控体系以DSP2833为中心处理器，运用 FPGA完结时序和逻辑操控，配以外围电路、履行电机及方位反应部件。电控体系方位反应选用精细线绕电位器和光栅尺，履行电机选用步进电机、超声电机和永磁直流电机。变倍体系两头靠电限位和机械限位来确保定位。
依据以上规划方案进行实践，调焦电控体系选用两块电路板进行作业，分别为操控电路板和功率驱动板。图4为操控电路板，图5为功率驱动板。经过实验，较好的完结了红外电视主动调焦及变倍功用。
3.2 精度剖析
3.2.1 红外电视调焦操控
红外电视调焦规模为200m~∞，调焦履行电机选用海顿直线电机型号为21000系列Size 8直线步进电机，步长为0.0015mm，其作业电压为5V，每相电流为0.24A，在每秒钟1000步的速度下可发生60N的推力。满意运用要求。方位反应选用增量式光栅尺。
调焦电控体系误差来历是直线步进电机的步长与光栅尺的精度。直线步进电机步长0.0015mm.由以上条件核算得出如下定论：
a)直线步进电机步长为0.0015mm，调焦组织的分辨力为直线步进电机的步长为0.0015mm;b)选用光栅尺作为方位丈量传感器，其丈量精度高，其丈量精度可达5μm，满意±0.01mm的分辨力精度要求;c)每秒钟1000步的速度是电机的常用速度，也便是每秒钟行程为1.5mm，因而该速度满意调焦时刻的要求。
3.2.2 红外电视变倍操控红外两档变倍电机选用江苏春生公司的超声电机，型号为TRUM-60.红外变倍体系为100mm/300mm两档变倍，选用半主动操控方法，由电控体系操控超声电机切换变倍镜组，然后切换红外电视的焦距。
超声电机的断电自锁特性确保了旋改变倍组织的安稳性。超声电机断电自锁力矩大于其驱动力矩30%左右。超声电机的旋转轴与变倍镜组的外壳直接衔接，这种结构简略牢靠，而且占用空间小。
因为超声电机的转速可以到达4~150r/min，关于这种只需求滚动90度的变倍组织，假如要求切换时刻小于2s，则只需转速n满意：
就可以满意运用要求。因而选用的超声电机彻底满意技能要求。
4.定论
光电盯梢丈量体系红外电视的调焦操控是该体系可以安稳高精度盯梢方针的关键技能，选用DSP为中心处理器、FPGA为时序和逻辑操控器规划的红外电视调焦操控器，经过实践查验和精度剖析，满意了光电盯梢体系依据方针间隔、环境温度等参数实时进行焦距调整的技能指标要求。
