光学雷达扫描机构测试系统的设计与实现

《光学雷达扫描机构测试系统的设计与实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、光学雷达扫描机构测控系统的设计与实现张震生于盛林刘文波(南京航空航天大学自动化学院测试工程系南京210016)摘要　本文主要阐述了基于单片机的光学雷达扫描机构测试系统的设计方法与实现过程，包括系统的原理组成、硬件电路和软件设计，其中着重介绍了硬件电路的设计。关键词　光学雷达　扫描机构　单片机　液晶显示器1．引言光学雷达是战斗机火控系统的重要组成部分。其功能是根据空中目标的热辐射，搜索、发现和自动跟踪目标，并测量到空中目标的距离。用光学雷达获得的有关目标的信息，在光学—电子瞄准系统中，解决瞄准任务。扫描机构是光学雷达中的一个光学机械部件，它由光

2、圈部件、扫描镜、角位置转换器、方位转换器和扭矩传感器等部件组成，可以实现扫描镜在俯仰和方位两个方向上的扫描和光圈的转动。它用于给定扫描场的扫描，在自动跟踪状态下，使光学轴线对准目标，对用方位——角位置坐标确定光学轴线位置的信号进行处理。本测试系统主要是用来在维护或检修光学雷达过程中，模拟上位机向扫描机构发出使扫描镜扫描或光圈转动的信号，并读入扫描机构反馈的角度值信号，转换成二进制码，显示在液晶显示屏上，通过与扫描机构的实际动作的比较分析，对扫描机构进行维护或故障诊断。2．测试系统原理组成测试系统由两台仪器组成：方位／俯仰测试仪和倾斜／光圈测试

3、仪。方位／俯仰测试仪主要用来实现：读入方位角和俯仰角的角度码，转换成二进制码，并实时显示角度值和二进制码，产生指定频率的控制信号，按照键盘命令控制方位和俯仰电动机完成角度复零、大场扫描、固定角度、单步运动等动作。倾斜／光圈测试仪主要用来实现：读入倾斜角的角度值和光圈的状态，转换成二进制码，并实时显示倾斜角度值和二进制码，用发光管表示光圈状态，产生指定频率的控制信号，按照键盘命令控制倾斜装置完成角度复零、大场扫描、固定角度、单步运动等动作，并根据光圈的状态控制光圈的转动。测试系统要求模拟上位机向扫描机构提供指定频率的信号。方位／俯仰测试仪需要提

4、供100KHz和2.5KHz的同步信号，以及5KHz的电机驱动信号，5KHz信号的占空比决定了电机转动的快慢。倾斜／光圈测试仪需要提供20KHz和0.5KHz的同步信号，及125Hz的电机驱动信号。由于两台仪器所需产生的频率满足一定的比例关系，因而两台仪器的频率发生电路有很大部分相同，所以设计时决定两台仪器使用同一主板，通过跳线实现方位／俯仰测试仪和倾斜／光圈测试仪的选择。　　为了实现上述结构功能，系统主板有以下几部分组成，如图1所示：频率发生电路频率输出与控制电路单片机系统角度码输入电路LED显示电路液晶显示模块图1系统主板结构43．硬件电

5、路设计　　测试系统通过液晶显示模块将系统需要实现的测控功能以菜单列表形式显示出来，操作人员通过按键完成功能选择。测试系统需要能够将各个角度传感器的输出角度码和光圈的状态读入系统，同时可以查询按键命令，还要能够发出让各电动机动作的控制信号。在设计各部分硬件电路时，就是始终围绕如何准确实现上述功能要求而进行的。3.1　角度码输入电路扫描机构发出的16位的角度码按照奇数位和偶数位分为两个8位串行码，按先高位后低位的顺序从两个端口发送，发送的时序满足如图2所示的时序要求。图2　角度码发送时序因此在设计电路时，主要任务是将串行信号转换成并行信号，再还原

6、成16位角度码。电路图如图3所示：图3　角度码输入电路　　首先使用两级非门（74LS04）对输入的串行码信号整形并增加驱动能力。经过整形的信号通过8位移位寄存器（74LS164）由串行信号转换为8位并行信号。通过产生满足时序要求的特定的移位触发脉冲SHIFT，来保证接受与发送的同步（详见2.4.3）。转换后的并行信号通过缓冲器（74LS244）锁存在数据总线上。控制电路在总线上读到信号后，通过软件方法，将两个8位并行信号（奇数位和偶数位信号）交替插位，重新组合成16位角度码。再按照转换公式将格雷码转换成二进制码，并按各位的权计算出角度值，显示

7、在屏幕上。3.2　控制电路测试系统采用8031单片机作为控制器。电路图如图4所示。其中，P1.0～P1.3用于控制各个继电器；P1.5～P1.7用于检测各个按钮的状态；P1.4用于检测角度码发送状态信号，判断角度码是否正在发送中，防止将没有接收完全的角度码读入内部寄存器。　　系统还通过3/8译码器（74LS138）扩展了一些I/O口地址，用于角度码读入（HIGHS，LOWS）、LED显示（HOUT，LOUT）、液晶显示屏（LCDE）的地址信号。4图4控制电路3.3　频率发生电路　　测试系统要提供100KHz、2.5KHz（或20KHz、0.5

8、KHz）的同步信号，以及5KHz（或125Hz）的电机驱动信号。所以系统使用多级分频器（4017，4018）将晶振产生的高频信号（2MHz）分频得到所需的频率，并通