一種基于fpga的微型航姿系統(tǒng)三維顯示裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于FPGA的微型航姿系統(tǒng)三維顯示，MEMS傳感器的微型航姿系統(tǒng)是本設(shè)計(jì)的核心部分，微航姿系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對運(yùn)載體的航向和姿態(tài)進(jìn)行測量；基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對運(yùn)載體的航向和姿態(tài)的脈沖信號的采集、計(jì)算、校正及顯示；通過在NiosII內(nèi)核上設(shè)置SPI控制內(nèi)核實(shí)現(xiàn)MEMS傳感器信息與FPGA之間的通信；經(jīng)過數(shù)據(jù)采集和處理后，在液晶屏上實(shí)現(xiàn)對運(yùn)載體航向、姿態(tài)信息的儀表化圖形顯示，繪制三維飛機(jī)模擬圖形，同時(shí)給出實(shí)時(shí)的三維姿態(tài)動態(tài)顯示。
【專利說明】 —種基于FPGA的微型航姿系統(tǒng)三維顯示裝置
所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微型航姿系統(tǒng)的顯示裝置，尤其涉及一種基于FPGA的微型航姿系統(tǒng)三維顯示裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]由于航天事業(yè)的重要性和特殊性，它一直是一個(gè)國家國防力量的重要組成部分。而對運(yùn)載體的精確觀測和控制則一直是航天研究中的重中之重。如何準(zhǔn)確的對運(yùn)載體的航向和姿態(tài)進(jìn)行測量、數(shù)據(jù)反饋、信息顯示以及控制都是一個(gè)重要的研究內(nèi)容。近些年來，隨著微慣性器件技術(shù)的不斷成熟，有關(guān)由微慣性傳感器構(gòu)建的航向姿態(tài)系統(tǒng)的研究也越來越受到重視。微航姿系統(tǒng)以其低廉的價(jià)格、輕便靈巧、高度集成以及高可靠性等特點(diǎn)，在許多領(lǐng)域都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]微航姿系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展將給通用航空、無人機(jī)、智能機(jī)器人等領(lǐng)域帶來革命性的發(fā)展。航姿系統(tǒng)作為自動控制系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備，在具備了微小型、低成本、高可靠性、高精度等特性后，無疑將給自動控制系統(tǒng)帶來更好的發(fā)展前景。由于在傳統(tǒng)的航姿測量系統(tǒng)中，僅僅是由機(jī)械式垂直陀螺儀和陀螺羅經(jīng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制，在可靠性以及精度方面有著明顯的缺陷；隨著慣性技術(shù)的發(fā)展，雖然出現(xiàn)了像基于激光陀螺的高精度、高可靠性的航姿測量系統(tǒng)，但是由于其成本較高，始終無法廣泛的應(yīng)用于通用航空、無人機(jī)等領(lǐng)域。近年來，隨著微電子及半導(dǎo)體技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，隨之出現(xiàn)了許許多多基于MEMS慣性器件、GPS或大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)的組合式航姿測量系統(tǒng)Archangel公司及Xsens公司曾推出一種基于三軸陀螺、加速度計(jì)、磁傳感器的航姿測量系統(tǒng)，但是該公司并未公開技術(shù)細(xì)節(jié)。西方眾多國家中，美國在有關(guān)MEMS慣性器件的研究以及由MEMS慣性器件組成的微型慣性導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)方面的研究上始終處于世界領(lǐng)先地位，國內(nèi)由于起步較晚，對該種類型的航姿測量系統(tǒng)并未有深入的研究，且尚未在應(yīng)用上取得太多的成果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)基于FPGA的微型航姿系統(tǒng)三維顯示裝置。本設(shè)計(jì)通過FPGA的嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對運(yùn)載體的航向和姿態(tài)的脈沖信號的采集、計(jì)算、校正及顯示，再通過在N1sII內(nèi)核上設(shè)置SPI控制內(nèi)核實(shí)現(xiàn)MEMS傳感器信息與FPGA之間的通信，經(jīng)過數(shù)據(jù)采集和處理后，在液晶屏上實(shí)現(xiàn)對運(yùn)載體航向、姿態(tài)信息的儀表化圖形顯示，繪制三維飛機(jī)模擬圖形，同時(shí)給出實(shí)時(shí)的三維姿態(tài)動態(tài)顯示。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明由慣性測量系統(tǒng)、微處理器和液晶屏組成。其中慣性測量系統(tǒng)ADIS16405輸出的信息經(jīng)過數(shù)字濾波、誤差補(bǔ)償后，得到三軸角速度、三軸加速度和三軸磁場強(qiáng)度三個(gè)數(shù)據(jù)值；FPGA電路板起到微處理器的作用，將三軸角速度、三軸加速度和三軸磁場強(qiáng)度三個(gè)數(shù)據(jù)值進(jìn)行航姿解算，并結(jié)合Kalman濾波算法得到實(shí)時(shí)解算得到系統(tǒng)的俯仰角、橫滾角及航向角，即實(shí)時(shí)的航姿信息；最后，將航姿信息輸出到液晶顯示屏并顯示。
[0006]本發(fā)明的有益效果:
該發(fā)明以三維圖像將運(yùn)載體的航向和姿態(tài)等信息在液晶顯示器上顯示出來，更加直觀形象，能夠立體的顯示微型航姿系統(tǒng)的動態(tài)航姿。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖。
[0008]圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)程序流程圖。
[0009]圖3為本發(fā)明的SDRAM電路原理圖。
[0010]圖4為FPGA電源、時(shí)鐘、復(fù)位電路原理圖。
[0011]圖5為FPGA電源電路原理圖。
[0012]圖6為對外通信電路原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和具體連接關(guān)系做更詳細(xì)地描述:
結(jié)合圖1，圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖；本發(fā)明包括慣性測量系統(tǒng)、微處理器和液晶屏組成。本設(shè)計(jì)基于FPGA的系統(tǒng)，微慣性器件為三軸陀螺、三軸加速度計(jì)、三軸地磁，在微航姿系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，向液晶顯示屏航姿信息的傳送以及設(shè)計(jì)顯示驅(qū)動電路來顯示姿態(tài)角信息。
[0014]圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)程序流程圖。當(dāng)系統(tǒng)上電后開始進(jìn)行系統(tǒng)初始化，接著對系統(tǒng)各模塊進(jìn)行初始化，然后讀取IMU數(shù)據(jù)，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，最終將姿態(tài)顯示在液晶屏上。
[0015]結(jié)合圖3到圖4，它們是系統(tǒng)的部分電路原理圖。圖3為SDRAM電路原理圖，SDRAM作為程序運(yùn)行的外部存儲器；圖4為FPGA電源、時(shí)鐘、復(fù)位電路原理圖，是FPGA的最小系統(tǒng)；圖5為電源電路原理圖，陀螺所需電源為15V，為避免三個(gè)陀螺之間產(chǎn)生信號串?dāng)_，對每個(gè)陀螺單獨(dú)供電，選用3個(gè)金升陽電源模塊WRA2415LT-3W，將+24V電源轉(zhuǎn)換為15V，電源功率為3W ;圖5為對外通信電路原理圖，先對其進(jìn)行光耦隔離，選用的是ADuM1201光耦隔離芯片，B0505芯片提供對外輸出電路部分的電源，MAX232芯片對信號進(jìn)行RS232電平轉(zhuǎn)換，此外提供差分傳輸?shù)腞S422接口，選用ADuM1201進(jìn)行隔離，對MAX488芯片進(jìn)行RS422電平轉(zhuǎn)換。
【權(quán)利要求】
1.一種基于FPGA的微型航姿系統(tǒng)三維顯示裝置，其特征在于:所述系統(tǒng)由慣性測量系統(tǒng)ADIS16405、微處理器和液晶屏組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA的微型航姿系統(tǒng)三維顯示裝置，其特征在于:所述慣性測量系統(tǒng)ADIS16405輸出的信息經(jīng)過數(shù)字濾波、誤差補(bǔ)償后，得到三軸角速度、三軸加速度和三軸磁場強(qiáng)度三個(gè)數(shù)據(jù)值；微處理器將三軸角速度、三軸加速度和三軸磁場強(qiáng)度三個(gè)數(shù)據(jù)值進(jìn)行航姿解算，結(jié)合Kalman濾波算法得到實(shí)時(shí)解算得到系統(tǒng)的俯仰角、橫滾角及航向角，得到實(shí)時(shí)的航姿信息；最后，將航姿信息輸出到液晶顯示屏并顯示。
【文檔編號】G01C21/00GK104197931SQ201410463018
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】李相武, 王瑛, 李忠喜 申請人:哈爾濱恒譽(yù)名翔科技有限公司