新型生物声纳探测装置的设计与优化

发布时间：2017-05-31 10:09

  本文关键词：新型生物声纳探测装置的设计与优化，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：从仿生学角度出发,利用现代电子科学技术研究设计了一套新型生物声纳探测装置,该设计主要应用于盲人,第一章绪论中主要展开了对国内外助盲探测装置的调研,但是其也可以应用于其他领域。基于国家自然科学基金(编号：60772004),提出了种仿蝙蝠的新型生物声纳探测装置,通过发射仿蝙蝠生物声纳信号,可以探测到前方不明物体的距离信息、方位信息、形状信息等。 首先研究和分析了生物声纳的原理,蝙蝠通过发射声纳信号获取对物体比较精准的的位置信息和形状信息等,经过对此类信息的分析处理后成功躲避障碍物和捕获猎物。正是基于这种原理,设计的探测装置主要包括两大部分,第一部分是声纳头部分,由驱动电路和三个超声波换能器组成,主要是实现仿生声纳信号的前端发射和前端采集功能。第二部分是所设计的核心,该部分主要分为三大模块,基于FPGA的主控模块、基于DSP6000的数据处理模块和电源模块。基于FPGA主控模块外接数模转换器,与声纳头部分中的一个超声波换能器相连实现仿生声纳信号的发射,外接模数转换器与另外两个超声波换能器相连完成对回波信号的采集,经过预处理后通过在其内部构造的FIFO实现与DSP6000处理模块的高速数据交换。DSP6000处理模块对数据加以提取、重构和降频的算法处理,最终以音频的形式输出给使用者,警示使用者对前方不明物体信息的把握。同时DSP6000处理模块引入了对视频信息采集的功能,因此该系统可以通过对软件的升级来实现对一维音频信号和二维图形信息的处理,可以通过对音频和图形信息的比对最大程度上帮助使用者获取周边信息。 设计制作的新型生物声纳探测装置经过实验测试,信噪比较高,探测距离、探测角度较理想,经过对控制器和处理器的分离,提升了系统的整体性能,不仅拥有对内部各器件强大的控制协调能力,还拥有强大的数据传输和处理能力。与市场上现有助盲探测装置相比,其性能得到提升。 研究结果对生物声纳探测技术研究具有一定的参考意义。
【关键词】：FPGA DSP 生物声纳 探测
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH789
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 蝙蝠声纳系统的概述10-12
• 1.2.1 蝙蝠生物声纳10-11
• 1.2.2 回声定位11-12
• 1.3 国内外助盲探测装置研究现状12-18
• 1.4 课题来源及主要研究内容18
• 1.5 本章小结18-19
• 2 课题相关理论综述19-25
• 2.1 新型生物声纳声纳探测系统方案设计指导19-21
• 2.1.1 系统的设计思想19-20
• 2.1.2 系统的需求分析20-21
• 2.1.3 系统的性能指标21
• 2.2 系统的方案21-24
• 2.2.1 系统信号处理方案21-23
• 2.2.2 系统总体结构框图23-24
• 2.2.3 系统安装方式24
• 2.3 本章小结24-25
• 3 仿生声纳头硬件设计和结构布局设计25-30
• 3.1 仿生声纳头硬件部分设计25-28
• 3.1.1 超声波换能器简介25-26
• 3.1.2 仿生声纳头调理电路硬件设计26-28
• 3.2 仿生声纳头结构布局设计28-29
• 3.3 本章小结29-30
• 4 基于FPGA的主控模块和电源模块的设计30-48
• 4.1 FPGA简介30-36
• 4.1.1 FPGA的发展30-32
• 4.1.2 FPGA的设计流程32-34
• 4.1.3 新型生物声纳探测装置系统主控模块芯片选型34-36
• 4.2 基于FPGA主控模块的硬件结构设计36
• 4.3 按键的设计36-38
• 4.4 基于DAC波源的设计38-42
• 4.4.1 系统波源硬件设计39-40
• 4.4.2 系统波源软件设计40-42
• 4.5 基于ADC双路回波信号采集设计42-45
• 4.5.1 ADC简介42-44
• 4.5.2 双路ADC回波信号采集硬件设计44
• 4.5.3 双路ADC回波信号采集软件设计44-45
• 4.6 系统电源模块的设计45-47
• 4.7 本章小结47-48
• 5 数据处理模块和音频输出模块的设计48-69
• 5.1 DSP的简介48-52
• 5.1.1 DSP概述48-49
• 5.1.2 系统DSP芯片的选型49-52
• 5.2 基于DM642的硬件设计52-62
• 5.2.1 DM642电源电路设计53-54
• 5.2.2 DM642外部时钟电路设计54-55
• 5.2.3 DM642复位电路设计55
• 5.2.4 JTAG接口电路55
• 5.2.5 DM642外部FLASH电路设计55-56
• 5.2.6 DM642外部SDRAM电路设计56-57
• 5.2.7 DM642视频采集电路设计——拓展部分57-58
• 5.2.8 DM642视频输出电路设计——拓展部分58-59
• 5.2.9 DM642音频输出电路设计59-60
• 5.2.10 仿生声纳信号在主控模块与处理模块之间传输的电路设计60-62
• 5.3 基于DM642的软件设计62-68
• 5.3.1 DM642特征信号提取63-64
• 5.3.2 DM642特征信号重构64-65
• 5.3.3 DM642特征信号提取、重构、降频软件设计65-68
• 5.4 本章小结68-69
• 6 新型生物声纳探测系统装置测试与实验69-75
• 6.1 功耗测试69
• 6.2 信噪比测试69-70
• 6.3 基于固定反射平面距离测试70-71
• 6.4 基于可移动圆柱距离、角度测试71-72
• 6.5 基于不同物体的探测实验72-74
• 6.6 本章总结74-75
• 7 总结与展望75-77
• 7.1 总结75-76
• 7.2 展望76-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-83
• 附录83-84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 曲天书;曹松潍;吴玺宏;;双耳时间差和强度差与声源距离线索关系的研究(英文)[J];北京大学学报(自然科学版);2010年06期

2 万天才;频率合成器技术及发展[J];电子产品世界;1999年09期

3 林三睦;动物的“回声定位”[J];生物学教学;1994年12期

4 何山;;模数混合采集系统设计中的噪声抑制[J];微型机与应用;2010年06期

5 刘国传;陆琳;侯明;王天星;;智能化盲人超声拐杖的研制[J];医疗装备;2007年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 李蔚;基于DSP的继电保护程控测试源的研究[D];西南交通大学;2004年

2 张可新;基于DSP的CCD测量系统研究[D];天津大学;2007年

3 洪菲;基于RFID射频识别的室内导盲系统的研究[D];厦门大学;2009年

  本文关键词：新型生物声纳探测装置的设计与优化，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：409147