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数字温度检测系统

  • 基于FPGA的脉冲涡流硬度无损检测

    涡流无损检测技术作为五大常规无损检测技术之一,不仅能够探测导体表面的涂层厚度,材料成分,组织状态以及某些物理量和机械量,还能检测材料或构件中是否有缺陷并判断缺陷的形状、大小、分布、走向。脉冲涡流无损检测技术因其激励信号的频域特点,具有有效率高,检测准确的特性,因而有着广泛的应用前景。 用无损检测方法进行钢铁材质检测的研究工作取得了大量成果,然而对于钢材及其制品的混料、硬度和裂纹质量检测还存在许多难题,如用传统检测方法检测齿轮毛坯的硬度效果不够理想,而且人工记录方法较慢。 本文以涡流检测技术理论为基础,系统地分析了脉冲涡流检测的基本理论。在此基础上设计了一套用于检测钢铁材硬度的脉冲涡流检测仪器。该脉冲涡流检测系统可分为硬件、软件两个子系统。整个系统由激励源、涡流传感器、数据处理、结果显示这四个主要部分组成。在涡流探伤中,影响涡流的因素很多,产生大量噪声使得信号分析相对困难。系统以FPGA为开发平台,使得信号激励和信号的采集可以在同一电路中实现,从而提高了信号处理的精确性,接着利用主成分分析方法去除噪音,提取信号的特征值,建立回归方程,利用最小二乘法实现对钢铁材质硬度的测量。实验结果表明,以FPGA为开发平台,采用脉冲涡流激励的方式及相关的脉冲涡流的主成分分析处理方法,使钢铁材质硬度的判别准确率有了很大提高。

    标签: FPGA 脉冲 涡流 无损检测

    上传时间: 2013-04-24

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  • 基于FPGA的视频图像检测技术

    在图像处理及检测系统中,实时性要求往往影响着系统处理速度的性能。本文在分析研究视频检测技术及方法的基础上,应用嵌入式系统设计和图像处理技术,以交通信息视频检测系统为研究背景,展开了基于FPGA视频图像检测技术的研究与应用,通过系统仿真验证了基于FPGA架构的图像并行处理和检测系统具有较高的实时处理能力,能够准确并稳定地检测出运动目标的信息。可见FPGA对提高视频检测及处理的实时性是一个较好的选择。 本文主要研究的内容有: 1.分析研究了视频图像检测技术,针对传统基于PC构架和DSP处理器的视频检测系统的弊端,并从可靠性、稳定性、实时性和开发成本等因素考虑,提出了以FPGA芯片作为中央处理器的嵌入式并行数据处理系统的设计方案。 2.应用模块化的硬件设计方法,构建了新一代嵌入式视频检测系统的硬件平台。该系统由异步FIFO模块、图像空间转换模块、SRAM帧存控制模块、图像预处理模块和图像检测模块等组成,较好地解决了图像采样存储、处理和传输的问题,并为以后系统功能的扩展奠定了良好的基础。 3.在深入研究了线性与非线性滤波几种图像处理算法,分析比较了各自的优缺点的基础上,本文提出一种适合于FPGA的快速图像中值滤波算法,并给出该算法的硬件实现结构图,应用VHDL硬件描述语言编程、实现,仿真结果表明,快速中值滤波算法的处理速度较传统算法提高了50%,更有效地降低了系统资源占用率和提高了系统运算速度,增强了检测系统的实时性能。 4.研究了基于视频的交通车流量检测算法,重点讨论背景差分法,图像二值化以及利用直方图分析方法确定二值化的阈值,并对图像进行了直方图均衡处理,提高图像检测精度。并结合嵌入式系统处理技术,在FPGA系统上研究设计了这些算法的硬件实现结构,用VHDL语言实现,并对各个模块及相应算法做出了功能仿真和性能分析。 5.系统仿真与验证是整个FPGA设计流程中最重要的步骤,针对现有仿真工具用手动设置输入波形工作量大等弊病,本文提出了一种VHDL测试基准(TestBench)方法解决系统输入源仿真问题,用TEXTIO程序包设计了MATLAB与FPGA仿真软件的接口,很好地解决了仿真测试中因测试向量庞大而难以手动输入的问题。并将系统的仿真结果数据在MATLAB上还原为图像,方便了系统测试结果的分析与调试。系统测试的结果表明,运动目标的检测基本符合要求,可以排除行走路人等移动物体(除车辆外)的噪声干扰,有效地检测出正确的目标。 本文主要研究了基于FPGA片上系统的图像处理及检测技术,针对FPGA技术的特点对某些算法提出了改进,并在MATLAB、QuartusⅡ和ModelSim软件开发平台上仿真实现,仿真结果达到预期目标。本文的研究对智能化交通监控系统的车流量检测做了有益探索,对其他场合的图像高速处理及检测也具有一定的参考价值。

    标签: FPGA 视频图像 检测技术

    上传时间: 2013-07-13

    上传用户:woshiayin

  • 基于FPGA实现数字滤波

    随着科技的发展,电子电路的设计正逐渐摆脱传统的设计模式。可编程逻辑器件及硬件描述语言的出现与发展从根本上改变了数字系统设计与实现的技术与方法,越来越多的数字信号处理系统采用可编程逻辑器件来实现。 数字滤波技术作为数字信号处理的基本分支之一,在各种数字信号处理中起着重要作用,被广泛应用于很多领域。其中有限长冲激响应(FIR)滤波器,只有零点、系统稳定、运算速度快、具有线性相位的特性,设计灵活,在工程实际中获得广泛应用。 本文以数字滤波器的基本理论为依据,通过对现场可编程门阵列(FPGA)内部结构的研究,结合软件工程学中结构化设计思想和硬件描述语言的特点,以9阶FIR低通数字滤波器为例,采用Altera公司的EPIK30TC144-3器件完成了FIR数字滤波器的软硬件设计。我们在设计中采用了层次化、模块化的设计思想,将整个滤波器划分为多个功能模块,利用VHDL语言进行了各个功能模块的设计。 为了使设计的过程和结果更为直观,文中详细介绍了核心及外围硬件电路的设计过程,最终达到了基于FPGA硬件实现参数化FIR数字滤波器的目的。实验测试表明,本论文所设计的基于FPGA的9阶FIR低通数字滤波器基本达到了设计指标。依照此方法,只要修改参数,升级相关硬件,便可以更改滤波器性能,实现高通、带通FIR数字滤波器,说明本设计具有普遍指导意义。

    标签: FPGA 数字滤波

    上传时间: 2013-05-24

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  • 线性调频信号的脉冲压缩系统

    本文完成了一种高速高性能数字脉冲压缩处理器的设计和FPGA实现,包括系统架构设计、方案论证及仿真、算法实现、结果的测试等。 绪论部分首先阐明了本课题研究的背景和意义,概述了雷达数字脉冲压缩系统的主要研究内容,关键技术及其发展趋势,然后介绍了数字脉冲压缩系统设计与实现的要求,最后给出了本文的主要研究内容。 第二章叙述了线性调频信号脉冲压缩的基本原理,对系统设计的实现方法进行了实时性方面的论证,并基于MATLAB做了仿真分析。 第三章从数字系统结构化设计方面将本系统划分为三个部分:输入部分、脉压计算部分、输出部分,并在流程图中对各部分所要实现的功能做了介绍。 第四章首先总结了数字脉冲压缩的实现途径;提出了基于自定制浮点数据格式和分时复用蝶型结构的数字脉冲压缩系统设计思想,对其关键技术进行了深入的研究。 第五章对输入输出模块的功能做了详细的描述,设计了具体的结构和电路。 第六章针对系统的测试验证,提出面向SOC的模块验证和系统软硬协同验证的验证策略。通过Link for Modelsim工具,实现MATAB与Modelsim之间对VHDL代码的联合仿真测试,通过在线逻辑分析工具ChipScope,完成系统的片上测试,并分析系统的性能,证明系统的可实用性。满足设计的要求。 本文研制的数字脉冲压缩处理器具有动态范围大、处理精度高、处理能力强、体积小、重量轻、实时性好的优点,为设计高性能的现代雷达信号处理系统提供了可靠的保证。

    标签: 线性调频信号 脉冲压缩

    上传时间: 2013-07-01

    上传用户:lingduhanya

  • 基于FPGA的高速IIR数字滤波器

    数字滤波器是现代数字信号处理系统的重要组成部分之一。ⅡR数字滤波器又是其中非常重要的一类虑波器,因其可以较低的阶次获得较高的频率选择特性而得到广泛应用。 本文研究了ⅡR数字滤波器的常用设计方法,在分析各种ⅡR实现结构的基础上,利用MATLAB针对并联型结构的ⅡR数字滤波器做了多方面的仿真,从理论分析和仿真情况确定了所要设计的ⅡR数字滤波器的实现结构以及中间数据精度。然后基于FPGA的结构特点,研究了ⅡR数字滤波器的FPGA设计与实现,提出应用流水线技术和并行处理技术相结合的方式来提高ⅡR数字滤波器处理速度的方法,同时又从ⅡR数字滤波器的结构特性出发,提出利用ⅡR数字滤波器的分解技术来改善ⅡR滤波器的设计。在ⅡR实现方面,本文采用Verilog HDL语言编写了相应的硬件实现程序,将内置SignalTap Ⅱ逻辑分析器的ⅡR设计下载到FPGA芯片,并利用Altera公司的SignalTap Ⅱ逻辑分析仪进行了定性测试,同时利用HP频谱仪进行定性与定量的观测,仿真与实验测试结果表明设计方法正确有效。

    标签: FPGA IIR 数字滤波器

    上传时间: 2013-04-24

    上传用户:lmq0059

  • 四路同步数据采集和处理系统的设计

    数字信号处理是信息科学中近几十年来发展最为迅速的学科之一。常用的实现高速数字信号处理的器件有DSP和FPGA。FPGA具有集成度高、逻辑实现能力强、速度快、设计灵活性好等众多优点,尤其在并行信号处理能力方面比DSP更具优势。在信号处理领域,经常需要对多路信号进行采集和实时处理,为解决这一问题,本文设计了基于FPGA的数据采集和处理系统。 本文首先介绍数字信号处理系统的组成和数字信号处理的优点,然后通过FFT算法的比较选择和硬件实现方案的比较选择,进行总体方案的设计。在硬件方面,特别讨论了信号调理模块、模数转换模块、FPGA芯片配置等功能模块的设计方案和硬件电路实现方法。信号处理单元的设计以Xilinx ISE为软件平台,采用VHDL和IP核的方法,设计了时钟产生模块、数据滑动模块、FFT运算模块、求模运算模块、信号控制模块,完成信号处理单元的设计,并采用ModelSim仿真工具进行相关的时序仿真。最后利用MATLAB对设计进行验证,达到技术指标要求。

    标签: 同步数据采集 处理系统

    上传时间: 2013-07-07

    上传用户:小火车啦啦啦

  • 动态光谱数据采集与预处理

    人体血液成份的无创检测是生物医学领域尚未攻克的前沿课题之一,动态光谱法在理论上克服了其它检测方法难以逾越的障碍——个体差异和测量条件对检测结果的影响。实现动态光谱检测,其关键在于采集多波长的光电容积脉搏波信号,并对其进行处理。针对动态光谱检测中信号微弱、信噪比低、处理数据量大的特点,本文设计了基于FPGA和面阵CCD摄像头的动态光谱数据采集与预处理系统,提高检测精度,采集出满足动态光谱信号提取要求的光电脉搏波;并对动态光谱频域提取法的核心算法FFT的FPGA实现进行研究。 课题提出用高灵敏度的面阵CCD摄像头替代常规光栅光谱仪中的光电接收器,实现对多波长的光电容积脉搏波的检测。结合面阵CCD的二维图像特点,采用信号累加法去除噪声,提高信号的信噪比。 创新性的提出一种不同于以往的信号累加方法——将处于同一行的视频信号在采样过程中直接累加,然后再进行传输和存储。不同于帧累加和异行累加,这种同行累加方式不但大大的提高了信号的信噪比,同时减小了数据的传输速度和传输量,降低了对存储器容量的要求,改善了动态光谱信号检测系统的性能。 针对面阵CCD摄像头输出的复合视频信号的特点,设计视频信号解调电路,得到高速、高精度的数字视频信号和准确的视频同步信号,用于后续的视频信号采集与处理。 根据动态光谱信号检测和视频信号采集的要求,选择可编程逻辑器件FPGA作为硬件平台,设计并实现了基于FPGA和面阵CCD摄像头的光电脉搏波采集与预处理系统。该系统实现了视频信号的精确定位,通过光谱信号的高速同行累加,实现了光电脉搏波信号的高精度检测。系统采用基于FPGA的Nios II嵌入式处理器系统,通过对其应用程序的开发,可靠的实现了数据的采集、传输和存储,提高了系统的集成度,降低了开发成本。 为实现动态光谱信号的频域提取,研究了基于FPGA的FFT实现方案,对各关键模块进行设计,为动态光谱信号的进一步处理打下良好的基础。 最后,通过实验证明了系统数据采集的正确性和信号预处理的可行性,得到了符合动态光谱信号提取要求的脉搏波信号。

    标签: 动态 光谱数据采集 预处理

    上传时间: 2013-04-24

    上传用户:cknck

  • 智能交通中FPGA图像采集系统

    本文对比、研究了目前几种比较常见的交通信息获取方法,分析了它们各自的优缺点,最终选择采用视频检测的方法实现交通信息采集。论文分析了当今市场上图像采集的现状,比较了其核心芯片的优缺点,最终选用FPGA作为图像采集系统的核心器件。论文研究了通用的图像采集系统结构,提出了适合本课题实际的系统整体架构。图像采集系统硬件围绕FPGA辅以少量外围芯片实现,FPGA芯片内部根据功能要求运用现代化的电子设计思想设计了相应的逻辑功能模块。灯控系统基于单片机设计了系统的硬件电路和软件程序。完成了电路原理图和PCB图的设计,并对制作出的电路实物进行了全面的调试和验证。另外论文设计了适用于智能交通灯控系统的自定义通讯协议,此协议也为整个智能交通检测系统构建了通讯规范。 本文的创新点是:提出了一套基于FPGA的交通路口视频图像采集系统架构;设计了一套模块化的灯控系统,能够挂接于不同的上位机系统下,并兼容交直流电压;设计了一套智能化的灯控系统自定义通讯协议。 本课题社会实践性较强,实际应用价值较高,文中所提出的设计思路和所采用的控制措施以及自定义的通信协议满足系统的要求,对类似的系统具有一定的参考意义。

    标签: FPGA 智能交通 图像采集系统

    上传时间: 2013-06-05

    上传用户:秦莞尔w

  • CCD图像的颜色插值算法研究

    论文研究了基于Bayer格式的CCD原始图像的颜色插值算法,并将设计的改进算法应用到以FPGA为核心的图像采集前端。出于对成本和体积的考虑,一般的数字图像采集系统采用单片CCD或CMOS图像传感器,然后在感光表面覆盖一层颜色滤波阵列(CFA),经过CFA后每个像素点只能获得物理三基色(红、绿、蓝)其中一种分量,形成马赛克图像。为了获得全彩色图像,就要利用周围像素点的值近似地计算出被滤掉的颜色分量,称这个过程为颜色插值。由于当前对图像采集系统的实时性要求越来越高,业内已经开始广泛采用FPGA来进行图像处理,充分发挥硬件并行运算的速度优势,以求在处理速度和成像质量两方面均达到满意的效果。。主要的工作内容如下:    本文首先介绍了彩色滤波阵列、图像色彩恢复和插值算法的概念,然后分析和研究了当下常用的颜色插值算法,如双线性插值算法、加权系数法等等,指出了各个算法的特点和不足;接下来针对硬件系统并行运算的特性和实时性处理的要求,结合其中两种算法的思路设计了适用于硬件的改进算法,该算法主要引入了方向标志位的概念以及平滑的边界仲裁法则来检测边界,借鉴利用梯度的三角函数关系来判断边界方向,通过简化且适用于硬件的方法计算加权系数,从而选择合适的方向进行插值。    在介绍了FPGA用于图像处理的优势后,针对FPGA的特点采用模块化结构设计,详细阐述了本文算法的软件实现过程及所使用到的关键技术;文章设计了一个以FPGA为核心的前端图像采集平台,并将改进插值算法应用到整个系统当中。详细分析了采集前端的硬件需求,讨论了核心芯片的选型和硬件平台设计中的注意事项,完成了印制电路板的制作。    文章通过MATLAB仿真得到了量化的性能评估数据,并选取几种算法在硬件平台上运行,得到了实验图片。最后结合图片的视觉效果和仿真数据对几种不同算法的效果进行了评估和比较,证明改进的算法对图像质量有所增强,取得了良好的效果。

    标签: CCD 图像 插值 算法研究

    上传时间: 2013-06-11

    上传用户:it男一枚

  • FPGA在数字信号处理中的应用与研究

    数字信号处理是信息科学中近几十年来发展最为迅速的学科之一.目前,数字信号处理广泛应用于通信、雷达、声纳、语音与图像处理等领域.而数字信号处理算法的硬件实现一般来讲有三种方式:用于通用目的的可编程DSP芯片;用于特定目的的固定功能DSP芯片组和ASIC;可以由用户编程的FPGA芯片.随着微电子技术的发展,采用现场可编程门阵列FPGA进行数字信号处理得到了飞速发展,FPGA正在越来越多地代替ASIC和PDSP用作前端数字信号处理的运算.该文主要探讨了基于FPGA数字信号处理的实现.首先详细阐述了数字信号处理的理论基础,重点讨论了离散傅立叶变换算法原理,由于快速傅立叶变换算法在实际中得到了广泛的应用,该文给出了基-2FFT算法原理、讨论了按时间抽取FFT算法的特点.该论文对硬件描述语言的描述方法和风格做了一定的探讨,介绍了硬件描述语言的开发环境MAXPLUSII.在此基础上,该论文详细阐述了数字集成系统的高层次设计方法,讨论了数字系统设计层次的划分和数字系统的自顶向下的设计方法,探讨了数字集成系统的系统级设计和寄存器传输级设计,描述了数字集成系统的高层次综合方法.最后该文描述了数字信号处理系统结构的实现方法,指出常见的高速、实时信号处理系统的四种结构;由于FFT算法在数字信号处理中占有重要的地位,所以该文提出了用FPGA实现FFT的一种设计思想,给出了总体实现框图;重点设计实现了FFT算法中的蝶形处理单元,采用了一种高效乘法器算法设计实现了蝶形处理单元中的旋转因子乘法器,从而提高了蝶形处理器的运算速度,降低了运算复杂度.

    标签: FPGA 数字信号处理 中的应用

    上传时间: 2013-05-23

    上传用户:Divine