基于FPGA的远程视频监测系统设计

发布时间：2017-09-08 04:51

  本文关键词：基于FPGA的远程视频监测系统设计

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【摘要】：为避免制造业注塑产品加工时模具由于产品残留或滑块错位等原因损坏,设计了一种基于FPGA的远程视频监测系统,用于注塑产品加工的过程中模具工作情况的远程监测。本文在设计整个系统时,利用FPGA作为主控制器,控制核心系统板外的各个接口模块,将图像数据信号的采集、处理以及传输过程整合在一起,从而实现远程上位机监测端对模具状态的监测。当加工过程中模具出现异常情况时,操作人员可以在远程上位机监测端及时获得异常报警,到达加工现场人工处理,避免模具损坏。论文对几种常用的视频监测系统设计方案的优缺点进行了论述和比对,最终采用FPGA芯片作为整个远程视频监测系统的核心控制器,通过Verilog HDL语言在Quartus Ⅱ软件开发平台上完成FPGA内部逻辑模块设计,在FPGA内部处理比对图像传感器采集到的模具图像,在模具发生异常时产生报警信号,通过无线局域网通信传输,在远程上位机监测端显示模具工作情况,使得操作人员在远距离外实现对注塑过程模具的实时监测。整个基于FPGA的远程视频监测系统是由系统硬件电路设计和系统软件部分设计构成。硬件电路主要是由Altera公司的Cyclone IV系列的EP4CE6E22C8型号的FPGA芯片核心系统、OmniVision公司的CMOS图像传感器OV7670以及海凌科公司的HLK-RM04远程通信模块组成。软件部分包括FPGA内部逻辑模块设计以及上位机软件设计。设计采用Quartus Ⅱ软件做为开发平台,使用硬件逻辑编程语言Verilog设计图像数据采集、SDRAM图像缓存、图像处理比对以及串口发送等FPGA内部逻辑模块。图像传感器OV7670采集到完整的图像数据信号经过FPGA内部各个逻辑模块完成缓存、比对处理工作。当模具工作异常时产生报警信号通过HLK-RM04通信模块发送到远程上位机监测端,操作人员可以通过监测端软件程序查看模具工作情况。调试结果表明,基于FPGA的远程视频监测系统能够实现对模具的远程视频监测,该系统能够长期稳定的运行,有效消除模具加工的各种潜在隐患,减少模具维护成本,提高产品加工、生产效率。
【关键词】：图像传感器 FPGA 图像采集 图像处理
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN948.6
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 远程视频监测系统概述9-10
• 1.2 研究背景意义与主要内容10-12
• 1.2.1 该课题国内和国际的研究现状10-11
• 1.2.2 论文的研究背景11-12
• 1.2.3 设计的主要内容12
• 1.3 论文整体框架12-13
• 2 系统设计规划13-24
• 2.1 系统设计框架13
• 2.2 系统硬件设计规划13-18
• 2.2.1 微控制器选型13-15
• 2.2.2 图像传感器15-16
• 2.2.3 高速SDRAM存储器16-17
• 2.2.4 通信模块17-18
• 2.2.5 PCB设计方案18
• 2.3 系统软件设计规划18-23
• 2.3.1 FPGA开发平台及仿真工具18-20
• 2.3.2 FPGA内部逻辑设计方案20-22
• 2.3.3 上位机软件设计方案22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 3 系统硬件电路设计24-36
• 3.1 FPGA核心系统设计24-29
• 3.1.1 FPGA芯片25-26
• 3.1.2 电源电路26-27
• 3.1.3 时钟电路设计27-28
• 3.1.4 下载配置和调试接口电路设计28
• 3.1.5 复位电路设计28-29
• 3.2 图像采集电路设计29-30
• 3.3 图像缓存电路设计30-31
• 3.4 串口发送电路设计31-32
• 3.5 硬件PCB电路板设计32-35
• 3.5.1 硬件PCB电路板的设计步骤32
• 3.5.2 硬件PCB电路板的设计重点考虑因素32-33
• 3.5.3 远程视频监测系统PCB功能板33-35
• 3.6 本章小结35-36
• 4 系统软件部分设计36-53
• 4.1 系统内部逻辑设计框架36
• 4.2 图像数据采集模块设计36-39
• 4.3 SDRAM图像缓存模块设计39-42
• 4.4 图像处理比对模块设计42-46
• 4.5 串口发送模块设计46-48
• 4.6 系统顶层模块设计48-49
• 4.7 上位机软件设计49-52
• 4.8 本章小结52-53
• 5 系统调试及问题分析53-61
• 5.1 系统搭建与调试53-60
• 5.1.1 硬件系统的搭建53-54
• 5.1.2 系统调试54-60
• 5.2 问题分析60-61
• 6 结论61-63
• 6.1 系统总结61-62
• 6.2 设计的不足以及展望62-63
• 参考文献63-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文66-67
• 致谢67-69

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本文编号：811995