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，该体系能够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，能够内嵌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)，能够十分简略的规划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，能够在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。
