基于FPGA的光源目标跟踪装置+PCB电路图(2)
电机控制器从模拟发展到数字。模拟器件参数受外界影响大，精度较差，而数字器件则具有可靠性高、参数调整方便、控制精度高、对环境因素不敏感等优点[3]。随着EDA技术的发展，用基于现场可编程门列阵FPGA的数字系统对电机进行控制，为实现电机数字控制提供了一种新的有效方法[4]。直流电机因为其具备反应迅速、精度和效率高、调速范围宽、负载能力大、控制性能优良等特点，被普遍应用于各种闭环与半闭环控制系统中。
如今，基于FPGA的直流电机控制系统的应用越来越多，其优越性也越来越显著。国内外对基于FPGA的电机控制进行了大量研究，陈彦伶[5]对基于FPGA的交流电机控制系统进行了研究，放弃了传统的DSP方案，转而采用FPGA作为实现永磁同步电机矢量控制的平台,设计了基于FPGA的永磁同步电机的矢量控制系统。张小栋和何君军[6]以某生化分析仪控制系统改进为研究目标，在讨论步进电机恒力矩细分驱动理论基础上，提出一种基于FPGA的步进电机精密运动控制方法，该系统可以实现高定位精度和重复定位精度，解决了生产实际中的技术问题，提高产品质量。
综合以上内容可以看出，电机控制系统选用FPGA来完成数字化控制是电气传动发展的主要趋势。基于FPGA的直流电机控制系统优势突出，前景广阔、应用广泛。由此，本文提出了一种基于FPGA的光源目标跟踪装置的设计。
1.2 研究内容和目的
本系统主要由传感器模块、直流电机控制模块和驱动模块三部分组成，如图1.2所示。传感器模块利用光敏元件将光强信号转换成电压信号，并传输到以FPGA芯片为核心的控制系统中。直流电机控制模块通过Verilog DHL程序语言来控制直流电机驱动模块输入电压的高低。直流电机驱动模块通过H型桥式驱动电路控制直流电机两端的输入电压以实现电机转向的实时控制。
1.1系统组成
对于本次设计目的在于：通过这一课题，学会如何使用FPGA控制直流电机，实现转向的实时控制。在这个过程中来锻炼和提高自己的实践动手能力，分析和解决问题的能力、软件应用能力以及查阅资料的能力和外文阅读能力。
2 光敏传感器模块设计
2.1 光敏传感器的选择
2.1.1 工作原理
光敏传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不仅可以用来对光进行探测，还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测，前提是要将这些非电量转换为光信号的变化。
2.1.2 元件选择
最简单的光敏传感器是光敏电阻，是利用半导体光电导效应制成的一种特殊电阻，对光线十分敏感，其阻值能够随着外界光照明暗（强弱）变化而变化[7]。同时和其它半导体光电器件相比，虽然存在在强光照射下光电转换线性较差、光电驰豫过程较长、频率响应很低的缺点，但是其具有以下一些特点：
(1)、光谱响应范围宽
(2)、所测光强范围宽。既可测强光也可测弱光
(3)、工作电流大,可达数毫安
(4)、灵敏度高。光导电增益大于1[8]
(5)、偏置电压低,无极性之分,使用方便[9]
因此，本系统选择光敏电阻作为光敏传感器的感光元件。
2.2 光敏传感器电路设计
本系统采用的光敏电阻传感器模块电路如图2.1所示，其中，D1为电源指示灯，D2为信号输出指示灯，R为光敏电阻。此外，模块配有可调电位器可以调节检测的光线亮度，在环境光线亮度达不到设定阈值时，D0端输出高电平，当外界光线亮度超过设定阈值时，D0端输出低电平。模块使用宽电压LM393比较器输出，输出形式为数字开关量输出（0和1），具有信号输出干净、波形好、驱动能力强（超过15mA）的优点
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