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关键词： 泡沫浮选   视频处理   嵌入式系统   硬件设计   DSP   PCB设计   电磁兼容   接口模块  

摘要： 泡沫浮选法作为一种重要的矿物选择方法,浮选泡沫的外观特征有着极其重要的作用,可以间接反映浮选过程的生产指标,对选矿过程的实时操作有着重要的指导意义。本文设计开发的基于嵌入式的矿物泡沫浮选视频系统,不仅可以解决依靠人工监控泡沫图像导致的工人劳动强度大、主观性强、监控不及时等问题,还克服了常规基于PC机泡沫图像系统的处理速度慢、成本高、不易扩展等缺点。 本文在矿物浮选工艺的背景下,结合嵌入式系统,以处理速度快、精确度高、视频信息传输流畅为目标,开发了一种以TMS320DM642为中央处理器的浮选泡沫视频监控硬件平台。本设计分为视频采集模块、电源时钟模块、处理模块、存储模块、外围接口模块。在泡沫视频采集模块中,设计了外接视频解码电路,解决了DSP无法识别高清模拟信号的问题,实现了高清模拟相机与DSP之间的模拟图像到数字信号快速转换。浮选生产过程的监控需要实时采集大量泡沫图像,但由于片内SDRAM的存储空间极为有限,通过外接大容量的SDRAM来设计存储模块,实现SDRAM与DSP的无缝连接。此外,鉴于SDRAM是32位的存储器,存储速度慢,为此利用两片SDRAM并联,设计CEO片选信号进行控制以达到64位数据高速存储。最后,根据设计的监控系统硬件组成,完成了高速PCB的制作,并进行电磁兼容测试。 针对开发的硬件平台,为保证上位机与下位机的实时通信,在外围接口模块的设计中,利用以太网通讯接口,采用JPEG视频信号压缩方法解决了视频信号信息量大不易传输的问题,实现了基于Socket编程的百兆以太网高速视频信息传输。针对铝土矿浮选的泡沫图像,采用分水岭算法对设计的嵌入式泡沫视频监控系统进行测试。实验表明该系统可以快速的采集处理高清泡沫图像,获取泡沫图像特征,同时实现了无损耗压缩图像传送到上位机,满足浮选监控过程的需求。图45幅、表5个、参考文献60篇

关键词： 视频数据采集与处理   PXA310   硬件设计   PCB  

摘要： 随着数字电路技术和数字图像处理技术的飞速发展,利用数字图像处理技术进行动态监测和现场监控已经具有了相当高的灵敏度和可靠性。现在视频监控系统正被广泛应用于众多领域,而视频监控首先要做的是现场视频数据的采集与处理。 本文提出了一种基于PXA310核心处理器的嵌入式视频数据与采集系统的整体方案,设计并完成了该方案的硬件平台。 本文介绍的嵌入式视频数据采集与处理系统以Marvell公司的PXA310为核心处理器搭建硬件平台,软件平台采用开源的Android操作系统。论文首先介绍了硬件平台的方案设计,包括核心处理器的选择和系统功能分析。其次,具体设计了嵌入式视频数据采集与处理系统各部分的单元电路,包括核心处理器电路、电源管理电路、存储器电路、TF存储卡电路、无线Modem电路、时钟电路、嵌入式系统调试接口JTAG电路等,介绍了硬件平台必要的测试和应用电路接口。第三,介绍硬件平台的PCB设计。本项目硬件平台采用八层电路板布线,文中简要介绍了高速数字电路多层PCB的设计技术和硬件平台的布线设计方案,包括PXA310主处理器电路分层建议和时钟电路、数字信号电路以及电源电路的布线方法。最后介绍了硬件系统的调试环境与调试过程,并结合项目的软件平台给出了系统设计结果。 本硬件平台的设计已经成功用于系统软件调试,系统测试表明本文的设计整体是正确的。

关键词： 数字B超   发射波束合成   硬件电路设计   FPGA  

摘要： 在数字B中,发射波束合成器驱动超声探头产生超声信号,并通过对多通道超声信号发射时间的控制完成发射聚焦。该文结合实际应用,完成了一个32通道的发射波束合成器的硬件电路设计和发射控制器的FPGA实现。

关键词： AVS标准   H.264标准   CAVLC   熵解码器  

摘要： H.264/AVC是由国际电信联盟和运动图像专家组联合制定的新一代视频压缩标准,被认为是当前最具影响力的视频标准。AVS标准是我国具有自主知识产权的第二代信源编码标准,近年得到国家的大力推广。在未来这两种标准必将互相融合,共同发展。熵编码是AVS和H.264中都采用的无损压缩编码技术,可以极大减小码流的冗余度,因此设计同时兼容这两种标准的双模熵解码器具有重要意义。 本文首先对AVS及H.264标准进行研究并比较了其异同,然后详细分析了其中采用的熵编码算法,提出了AVS及H.264双模熵解码器的硬件结构,使其既支持AVS的CA-2D-VLC解码,又支持H.264的CAVLC解码和CABAC解码,增强了通用性。该结构复用了码流缓冲移位和指数哥伦布解码等模块,从而减小电路资源消耗;对AVS码表进行压缩优化,对H.264的码表进行了分割重组,降低了码表复杂度,提高了码表索引效率;采用了流水线结构加快了解码速度;使用组合逻辑电路查找码表,避免了对存储器的访问,减少了不必要的时序花销;CAVLC解码模块将Coffetoken解码与拖尾系数符号解码压缩在一个周期完成,并在解码Runbefore的同时重组残差块,节约了解码时钟;提出了高效的CABAC解码模块结构,采用双口RAM存储上下文模型,并设计了高效的算术解码计算模块,提高了CABAC解码速度。 本文采用Verilog HDL完成了双模熵解码器的寄存器传输级设计,并根据AVS标准参考软件RM52j和H.264标准参考软件JM9.4建立了C参考模型。使用数字仿真工具VCS对熵解码器进行了功能仿真,并与参考模型的输出进行比对,验证了设计的正确性。采用TSMC的0.13um工艺库,通过Synopsys公司的Design Compiler逻辑综合工具对设计进行逻辑综合,结果表明该解码器可工作在77MHz时钟频率下,满足对4CIF、720p HD等格式视频的实时解码。最后采用形式验证工具Formality对综合生成的门级网表进行了形式验证。 验证和综合结果表明,该双模熵解码器达到了本课题的设计目标。

关键词： 红外成像   非制冷红外探测器   FPGA   S3C6410  

摘要： 红外成像技术是将物体表面的温度辐射转换成可视的热场分布图像。其特点是被动地、全天候地将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。红外成像技术最早应用于军事方面，但近几年由于非制冷红外焦平面制造技术的发展、价格的下降等因素的影响，这种技术逐渐从军事领域扩展到了民用领域。尤其是在安防、森林防火、电力监测、化工制造、医疗监测等方面得到了极大的发展。由于应用场合的多样化，红外热像仪的便携性就显得意义重大了。 论文介绍了红外成像技术的原理、应用以及发展现状。根据红外图像的处理能力分析与系统组成方案的比较,选定了手持红外热像仪采用了ARM+FPGA的硬件方案。论文简单介绍了系统采用的320×240非制冷红外探测器，并针对其工作特点设计了非制冷红外探测器的驱动电路、FPGA信号处理电路以及ARM主控电路。驱动电路包括了精准偏置电压源、模数转换电路、温度控制电路及时序驱动电路保证探测器的正常工作。ADC输出的14bit红外图像数据经过Altera公司Cyclone III系列FPGA EP3C40U484C7N进行整形与预处理，由SRAM进行缓存并上传到ARM11控制器S3C6410完成红外图像的显示与温度测量。S3C6410作为系统核心处理器，不仅完成了红外图像的增强与测温，还提供了丰富的接口，使红外热像仪操作界面更加人性化。系统构成方案的两大模块FPGA与ARM11间的握手通信是系统的难点之一。红外图像数据由FPGA上传到ARM的速率是红外图像显示流畅的关键，论文详细讲述了FPGA与ARM的通信协议。随后论文介绍了红外热像仪的系统的仿真与测试，对系统硬件的抗干扰、噪声、传输速率、功耗等做了相应的处理以确保系统的稳定性。论文最后对系统整体结构以及红外热像仪的工作状况进行了展示。

关键词： 水下穿越管道   电磁法   交流梯度衰减法  

摘要： 作为我国五大运输产业之一的石油天然气管道运输，在近年来的国民经济发展中，起着越来越重要的作用。管道的检测、保护方法也在日益进步。然而目前国内的这些测量手段均只适用于陆地上的埋地管道，对于水下穿越的管段，则缺乏有效的手段。因此对管道水下穿越部分的防腐层检测技术的研究，是极具意义和价值的。 本文在参考国内外技术的基础上，完成了水下穿越管道防腐层检测仪系统的硬件设计。系统硬件总共包含两部分，大功率发射机硬件，高精度接收机硬件。本文完成的工作主要有以下几点： 1．介绍了管道防腐方面的相关知识和我国管道防腐的现状，以及国内外对于管道腐蚀的检测方法和产品。对比了几种技术在检测埋地管道的优势和不足，并根据水下穿越管道的特点，采用电磁法和交流梯度衰减法作为水下穿越管道的检测方法。 2．根据功能需求和技术指标，提出设计方案，并对发射机和接收机部分的各个模块进行设计，包括数字电路，模拟电路，功率电路等。并设计数字控制芯片对数据的采集，滤波，通信部分的代码。 3．完成对仪器各部分功能的调试，在硬件和软件上作相应的完善使其达到相应的技术指标，在实验室和现场测量以后，根据测量结果提出改进措施，对水下穿越管道防腐层检测仪的发展趋势作规划和预测。

关键词： 机载数据采集系统   EtherCAT   FPGA   协处理  

摘要： 随着大型飞机的高速发展,飞行测试参数的速率、实时性、种类、数据量等要求越来越高,而传统的PCM系统存在组帧不灵活、数据传输速率低以及成本高等问题,已不能满足日益增长的机载测试需求。EtherCAT是一种实时以太网技术,通过在物理层使用总线拓扑结构,采用“接收即转发”而不是存储转发的通信方式,打破了以太网应用于控制系统实时性差、时延抖动大的不足,能够满足机载测试系统对实时性、高速率、同步性和可靠性等多方面的要求,具有良好的发展前景。本文结合实验室承担的科研项目——“基于实时以太网的数据采集系统关键技术研究、实现与验证”,重点研究基于EtherCAT的机载数据采集系统嵌入式主站硬件协处理部分的设计与实现。本文首先介绍机载数据采集的现状及网络化测试的发展趋势,分析引入EtherCAT实时以太网协议的优势和必要性。其次,在介绍EtherCAT协议的基础上,结合EtherCAT对系统功能和结构的要求,确定了机载数据采集系统的组成,完成了采集系统嵌入式主站的功能框图设计。然后,详细描述了嵌入式主站硬件协处理部分的FPGA设计,利用仿真工具Modelsim对各主要模块进行了仿真和时序分析。论文最后,对硬件协处理器进行了板级测试,进一步改进完善了协处理器功能,验证了实现方案的正确性,达到了预期目的,为后续的主站应用软件开发提供了稳定的硬件平台。

关键词： 车体定位系统   磁传感器   射频模块   硬件设计   软件设计  

摘要： 现代工业控制过程中,普遍采用了自动化技术和智能控制。但是有些特殊领域尚未完全实现比较完善的自动化过程,如炼焦厂重粉尘环境下机车给多个炉口的定位送煤和出料。采用磁传感检测技术能够克服了重粉尘的影响,设计并实现的移动车体定位系统具有很好的应用价值。 本文基于霍尔效应原理,利用磁传感器对磁信号进行检测和单片机技术设计了移动车体定位系统。 本文利用半导体材料的霍尔元件将位移和磁场强度等转换成电压或电流信号,并应用射频识别系统,根据装置的位移判断出机车所在位置并适时给出控制信号。系统由磁场信号产生及磁传感器检测模块、信号调理与模数转换模块、系统的硬件平台(微处理器模块)、射频识别(RFID)模块和微处理器输出控制模块等五部分组成。首先应用磁场信号产生及磁传感器检测模块完成对磁感应强度的仿真、磁传感器检测磁场的模型设计;信号调理与模数转换模块负责对磁传感器输出信号进行滤波、放大和模数转换处理,减小噪声信号对整个系统的影响;系统的硬件平台基于51系列单片机的实验开发板,可对AD转换器的输出结果进行处理并适时给出控制信号,利用开发板的一些外围器件完成调试功能;射频识别模块负责识别和判断功能;微处理器输出控制模块主要把微处理器模块输出的数据转换成工业应用中标准的电流信号,以便于实现自动控制。 在软件设计上,采用美国Keil Software公司的兼容单片机C语言的软件开发系统Keil,通过对微处理器的C语言编程实现采样数据的处理、与RFID模块进行通信和控制输出。系统经过实验和测试,结果表明,系统达到了设计目的,定位误差小于5厘米,抗重度粉尘,自动巡检和卸货记录功能可靠。

关键词： 导航着陆系统   内场激励器   硬件设计   FPGA  

摘要： 以导航着陆系统内场激励器的总体设计为主要内容,对内场激励器的硬件和软件设计进行了研究。首先,介绍了某导航系统的发展历史和国内外研究现状并提出了设计思路;其次,基于某导航系统的测角原理,对该系统的信号格式进行了分析;再次,结合工程实际对内场激励器进行了总体设计,基于FPGA技术和PC104总线技术提出了内场激励器硬件电路和软件设计的详细方案和实现方法;最后文章给出所研制的内场激励器在工程中的实际应用。

关键词： 目标跟踪   硬件设计   SI   PI   时序分析  

摘要： 近年来,随着视频处理技术以及模式识别的飞速发展,目标跟踪技术已经在军事、安全、交通运输等行业取得了广泛的运用。与此同时,大量的视频流处理以及日益庞大的算法运算量也对视频处理的硬件平台提出更高的要求。传统的目标跟踪系统通常基于PC机来实现,这种系统虽然具有很高的处理速度,但高成本、高功耗、大体积等因素往往限制了其应用范围,使用价值并不太高。 本文以TI公司的达芬奇芯片TMS320DM6446为核心处理器构建一个高性能、低功耗、便携性良好的目标跟踪系统。本系统将获取的模拟视频信号经视频解码器解码之后送给核心处理器进行处理,处理器根据目标跟踪算法提取运动目标的位置矢量信息,并利用这些信息控制云台的转动以达到实时跟踪的目的;另一方面,将处理之后的视频信号压缩打包利用以太网传输到远端的监控中心。 本文的主要工作内容为：根据目标跟踪系统的特点,提出整体的系统解决方案。依据解决方案将系统原理图划分为视频输入、外围存储器、视频传输、云台控制等八大功能模块。之后便进行系统的PCB设计,但伴随着信号边沿速率越来越高,随之带来了诸如信号反射、振铃、串扰等一系列信号完整性问题。因此本文对信号的反射、串扰、电源完整性以及后面的时序分析进行详细的论述和探讨,通过仿真得出的约束条件来指导后面的布局布线,最后通过后仿真验证之前进行的PCB设计是否满足系统要求。