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基于OMAP-L138的多传感器光电测量系统硬件设计

作　者: 刘玉生
导　师: 苏宛新
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 机械电子工程
关键词: 激光测距雷达 CMOS相机 硬件设计 OMAP FPGA
分类号: TN29
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


在光电测量领域,激光测距雷达用于获取测量目标精确的三维轮廓信息,且对环境光照依赖性较低;CMOS相机具有较高分辨率,能获得目标的色彩和纹理信息,便于目标的辨认。通过将激光测距雷达与CMOS相机获得的图像进行融合,可以得到带有色彩信息的三维图像,增强了对目标的识别能力。该技术在城市三维场景构建、虚拟现实、机器人视觉、航空航天等领域具有重要应用价值和广泛的发展空间。本文根据多传感器光电测量系统功能需求,设计了一个以体积小、速度快、处理能力强、功耗低的硬件平台。详细论述了激光测距雷达测距原理和实现方式,确定了以ARM+DSP+FPGA为架构,选用了OMAP-L138双核处理器和XC3S50AN系列FPGA,设计了基于OMAP-L138高速DDR2处理模块、SATA大容量存储模块、Flash模块、CMOS图像采集接口及通信接口,利用XC3S50AN作为激光测距雷达采集接口,同时还设计了测量系统外部频率源,上述设计满足了系统高速数据处理的要求。在此基础上,本文详细论述了如何保证高速电路信号完整性,并根据此要求绘制了一个小尺寸、紧凑的高速PCB。最后通过对电路板底层驱动的建立和引导程序的移植,完成了硬件调试,为实现高速、高精度三维测量任务提供了可靠保障。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-14
  1.1 研究背景与研究意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-13
  1.3 论文工作及安排  13-14
第二章 多传感器光电测量系统介绍  14-21
  2.1 系统工作方式  14-15
  2.2 目标距离测量原理  15-21
    2.2.1 激光测距的方式  15-16
    2.2.2 相位式激光测距原理  16-18
    2.2.3 差频测相原理  18-19
    2.2.4 FFT 变换在求解信号相位差中的应用  19-21
第三章 硬件总体设计  21-30
  3.1 系统需求分析  21-23
    3.1.1 系统设计要求  21
    3.1.2 系统工作流程  21-23
  3.2 系统硬件方案选择  23-24
  3.3 芯片的选择  24-29
    3.3.1 主控芯片的选择  24
    3.3.2 OMAP-L138 芯片的特性  24-28
    3.3.3 FPGA 芯片选择策略和原则  28-29
    3.3.4 XC3550AN 芯片介绍  29
  3.4 本章小结  29-30
第四章 硬件电路的设计  30-46
  4.1 系统原理图设计  30
  4.2 系统供电设计  30-33
    4.2.1 供电需求  30-31
    4.2.2 方案选择  31-33
  4.3 存储器的硬件设计  33-38
    4.3.1 DDR2 模块的硬件设计  33-35
    4.3.2 FLASH 模块的硬件设计  35-37
    4.3.3 SDRAM 模块的硬件设计  37-38
  4.4 CMOS 相机接口设计  38-39
  4.5 SATA 硬盘接口设计  39-40
  4.6 以太网络接口设计  40-41
  4.7 系统复位及初始化配置设计  41-44
    4.7.1 系统的复位和时钟  41-42
    4.7.2 OMAP 的配置  42-43
    4.7.3 FPGA 的配置  43-44
  4.8 频率源模块设计  44-45
  4.9 本章小结  45-46
第五章 PCB 板的设计  46-58
  5.1 PCB 板设计概述  46
  5.2 高速电路信号完整性分析  46-50
    5.2.1 高速电路信号完整性问题及其产生机理  46-48
    5.2.2 改善信号完整性的方法  48-50
  5.3 高速PCB 的设计  50-57
    5.3.1 元件封装的建立  50-51
    5.3.2 电路板的建立  51-52
    5.3.3 元件的布局  52-54
    5.3.4 布线  54-55
    5.3.5 电源分割  55-56
    5.3.6 Gerbe 文件的建立  56-57
  5.4 本章总结  57-58
第六章 系统的调试  58-71
  6.1 电源上电的测试  58-59
  6.2 U-boot 的调试和移植  59-61
    6.2.1 交叉编译环境的建立  59
    6.2.2 引导程序U-boot 的开发  59-61
  6.3 DDR2 内存的调试  61-64
    6.3.1 DDR2 存储器的初始化  62
    6.3.2 DDR2 控制状态转换  62-64
  6.4 SATA 控制器的调试  64-66
  6.5 FPGA 的调试  66-68
    6.5.1 FPGA 功能描述  66-67
    6.5.2 仿真结果  67-68
  6.6 系统实验  68-70
  6.7 本章总结  70-71
第七章 总结与展望  71-73
  7.1 研究内容总结  71-72
  7.2 展望  72-73
参考文献  73-75
在学期间学术成果情况  75-76
指导教师及作者简介  76-77
致谢  77

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 光电子技术的应用
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