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第1章　引言 1

1.1　研究的目的和意义 1

1.2　提升机安全监测的现状 2

1.2.1　现有方式 3

1.2.2　存在的问题 4

1.3　激光安全监测定位系统 5

1.3.1 激光安全监测定位系统的现状和发展 5

1.3.2　分类及优缺点 8

1.4　基于激光技术的提升机安全监测 10

1.4.1　激光安全监测定位的理论依据 10

1.4.2 采用FPGA实现的相位检测 11

1.5　总体思路与技术方案 12

1.5.1　研究内容 12

1.5.2　研究方法 13

1.5.3　技术方案 13

1.6　解决的问题 13

第2章　相位式激光安全监测系统总体设计 16

2.1 激光相位法安全监测定位的原理和方法 16

2.1.1　相位法测距原理 16

2.1.2　相位法激光跟踪定位常用方法 17

2.1.3 基于FFT算法的数字相位计 22

2.2　典型的相位测距系统简介 24

2.2.1 相位测距系统的方案简述 24

2.2.2　现有测距系统存在的问题 24

2.3　相位式安全监测定位系统的总体设计方案 25

2.3.1　提升机安全监测系统现状 25

2.3.2　跟踪定位系统参数确定 25

2.3.3　测距系统的总体框图 30

2.3.4　测距系统结构简介 30

第3章　相位式激光测距安全监测系统的主要结构单元 33

3.1　光学系统 33

3.1.1　发射光学系统 33

3.1.2　接收光学系统 34

3.2　精密信号源 36

3.2.1　DDS概述 36

3.2.2　精密信号源的实现 37

3.3　半导体激光器调制驱动电路 39

3.4 自动增益控制电路 40

3.4.1 自动增益控制电路的构成 40

3.4.2 自动增益控制电路工作原理 42

3.5　差频放大电路 42

3.5.1 MC1496差频原理 42

3.5.2 MC1496差频的电路实现 43

3.6　A/D采样单元 44

3.7　主处理器电路硬件设计 45

3.7.1　键盘接口电路 46

3.7.2　复位及监控电路 46

3.7.3　时钟接口电路 48

3.7.4　液晶显示接口 51

3.7.5　串口电路 54

第4章 激光测距中相位检测的FFT算法硬件设计 59

4.1 用FFT实现相位法的检测 59

4.1.1　FFT实现相位法检测原理 59

4.2 FPGA芯片开发简介 72

4.2.1 FPGA简介 76

4.2.2 基于FPGA的开发过程 81

4.2.3 VHDL语言 83

4.3　FFT处理机的常用硬件结构 86

4.3.1　顺序处理机 86

4.3.2　级联处理机（流水线处理机） 86

4.3.3　并行迭代处理机 87

4.3.4　阵列处理机 88

4.4 FFT硬件处理系统的优化 89

4.4.1 提高FFT处理机速度的措施 89

4.4.2　提高FFT处理器运算精度的方案选择 93

4.5 FFT硬件处理系统的构建 96

4.5.1　蝶形运算单元的设计 97

4.5.2 双端口RAM的定制 101

4.5.3　旋转因子ROM的定制 103

4.5.4　控制单元的设计 104

4.5.5　地址发生器的设计 106

第5章　实验结论及分析 109

5.1 FFT处理器实验结果与分析 109

5.1.1　实验结果 109

5.1.2　结果分析 112

5.2　安全监测系统实验设计结果验证 112

5.2.1　合作反射物实验结果 112

5.2.2　开关信号控制器实验结果 114

5.2.3　系统实验数据验证 115

5.2.4　提升系统现场调试数据 118

第6章　系统调试与优化 119

6.1 电路的调试与优化 119

6.1.1　信号完整性分析 119

6.1.2　硬件调试 120

6.1.3　软件调试 121

6.2　工业性试验报告 122

6.2.1　主要技术参数和性能 122

6.2.2　试验目的和要求 123

6.2.3　试验内容 123

6.2.4　试验方法 123

6.2.5　工业性试验报告 124

6.2.6　对系统技术先进性、实用性及安全性等的考查 129

6.2.7　试验结论 129

第7章　结论及需解决的问题 130

7.1　结论 130

7.1.1　创新性成果 130

7.1.2　研究的意义 131

7.2　需解决的问题 131

7.2.1　算法功能上 131

7.2.2　系统实现功能上 132

附录 133

参考文献 146