基于FPGA的探测器接口及近红外数据分析研究

发布时间：2017-08-07 18:13

  本文关键词：基于FPGA的探测器接口及近红外数据分析研究

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【摘要】：我国急需具有小型专用化、智能化、在线检测化功能的近红外光谱仪,应用于农产品品质检测。前期自研的CA-NIR-WN03型小麦营养成分近红外光谱测定仪,探测波长范围较窄,因此,主要研究了近红外数据获取技术与方法,研制了能探测0.9-1.7μmm近红外光谱数据的采集系统,分析了不同数据预处理方法对模型预测小麦蛋白成分效果的影响。本文的主要研究内容如下：(1)模块化设计了近红外光谱数据采集硬件系统。采用模块化的方法将硬件电路分为FPGA模块、G9214-512S驱动模块、A/D7961数据采集模块、RS422接口模块和电源模块。将数据采集系统功能模块化设计,硬件方面按模块布局,方便系统的调试,同时模拟功能区和数字功能区分开提高了系统的抗干扰能力。(2)采用VHDL硬件描述语言完成FPGA控制和时序驱动的功能。采用模块化、从底层到顶层逐级设计的方法,在各个功能模块的实现及各模块之间的通信采用了状态机设计思想,状态机的引入简化了问题,提高了设计效率。(3)实验分析了所设计数据采集系统的性能：分别进行了无光照条件下和饱和光照条件下G9214-512S输出Video数据采集试验,试验结果表明：无光照条件下上位机采集到的Video电压为0.02V,波动范围0.14V,饱和光照下上位机采集到的Video电压为3.2V,波动范围0.2V,同步触发信号周期为8us,电压值3.3V,与技术文档给出的值相符,表明探测器数据采集系统已经能够准确采集数据。(4)初步试验了小麦蛋白近红外检测方法：对小麦蛋白成分通过交叉验证法建立化学计量学模型,对比分析了四种数据预处理方法,结果表明：采用一阶倒数法和一阶导数+一条直线法预处理数据得到的模型最优。
【关键词】：FPGA 探测器 数据采集 近红外 化学计量学模型 数据分析
【学位授予单位】：中国农业机械化科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH744.1
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-12
• 第1章 绪论12-17
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 课题研究现状13-15
• 1.2.1 国外研究现状13-14
• 1.2.2 国内研究现状14-15
• 1.3 技术路线图15-16
• 1.3.1 本文的研究内容15
• 1.3.2 本文的技术路线15-16
• 1.4 本章小结16-17
• 第2章 近红外光谱测定仪与光谱分析方法17-27
• 2.1 近红外光谱测定仪17-22
• 2.1.1 光源系统17-18
• 2.1.2 旋转样品台设计18
• 2.1.3 光路系统18-19
• 2.1.4 温控系统19-20
• 2.1.5 数据采集系统20
• 2.1.6 软件系统20-21
• 2.1.7 测定仪性能特点21-22
• 2.2 近红外光谱分析方法22-26
• 2.2.1 近红外光谱分析法分析步骤22-23
• 2.2.2 光谱数据预处理23
• 2.2.3 校正模型23-25
• 2.2.4 模型检验和评价标准25-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第3章 数据采集系统硬件设计27-47
• 3.1 数据采集系统总体方案设计27-31
• 3.1.1 G9214-512S探测器27-29
• 3.1.2 驱动方案选择29-30
• 3.1.3 系统开发平台30-31
• 3.2 FPGA配置电路设计31-35
• 3.2.1 Spartan-3A系列芯片31-33
• 3.2.2 Spartan3 XC3S-200A配置电路设计33-35
• 3.3 驱动电路设计35-36
• 3.4 信号预处理36-37
• 3.5 模数转换电路设计37-40
• 3.5.1 AD芯片的特性37-38
• 3.5.2 AD7961工作原理38-40
• 3.5.3 AD7961控制电路设计40
• 3.6 接口电路设计40-42
• 3.6.1 RS422介绍40-41
• 3.6.2 RS422接口电路设计41-42
• 3.7 电源模块设计42-45
• 3.7.1 FPGA BOARD电源设计42-44
• 3.7.2 SENSOR BOARD电源设计44-45
• 3.8 本章小结45-47
• 第4章 系统控制软件设计47-58
• 4.1 总体方案设计47-48
• 4.1.1 VHDL语言47
• 4.1.2 方案设计47-48
• 4.2 G9214-512S驱动模块设计48-50
• 4.3 系统A/D采集软件50-51
• 4.4 数据存储模块设计51-55
• 4.5 RS422接口模块设计55-57
• 4.5.1 ADFIFO数据读取55-56
• 4.5.2 RS422发送模块设计56-57
• 4.6 本章小结57-58
• 第5章 系统实验分析58-66
• 5.1 数据采集系统实验58-61
• 5.2 近红外数据分析实验61-65
• 5.2.1 小麦样品的采集和保存61
• 5.2.2 化学检测方法61-63
• 5.2.3 模型建立和评价63-65
• 5.3 本章小结65-66
• 第6章 结论与展望66-67
• 6.1 结论66
• 6.2 展望66-67
• 参考文献67-70
• 致谢70-71
• 作者简介71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 宋慧;王智檀;;基于单片机的温度控制系统研究[J];电子制作;2014年04期

2 燕希;景占荣;;全彩色LED显示屏散热技术的研究[J];电子设计工程;2013年15期

3 刘玲玲;赵博;张银桥;张小超;;小麦品质近红外检测系统的设计与试验研究[J];光谱学与光谱分析;2013年01期

4 肖积涛;马幼鸣;周鸣争;周明龙;;基于FPGA的高速数据采集系统的设计与实现[J];计算机技术与发展;2012年06期

5 卢万鸿;何仕广;曹加光;罗建中;;近红外光谱技术的分析与应用[J];桉树科技;2012年01期

6 王建洪;;我国农业现代化发展质量评价及对策研究[J];内江师范学院学报;2011年06期

7 黄红霞;;基于VHDL提升数字电路教学效果的研究[J];黄石理工学院学报;2010年03期

8 张银桥;赵博;王辉;毛文华;张小超;;基于固定光栅和CCD技术的近红外光谱分析系统设计[J];农业工程学报;2009年09期

9 董秀洁;杨艳;周游;;FPGA/CPLD选型与设计优化[J];化工自动化及仪表;2009年03期

10 林家永;范维燕;邢郸;;近红外光谱技术在稻米品质分析中的应用[J];粮食与食品工业;2008年06期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 陈兰珍;蜂蜜品质近红外光谱评价技术研究[D];中国农业科学院;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 张耘浩;基于自动温控系统的高稳定掺铒光纤宽带光源的研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

2 任广鑫;基于近红外分析技术的红茶成分分析与产地识别的研究[D];安徽农业大学;2012年

3 李根群;我国农产品国际竞争力分析研究[D];山东财经大学;2012年

4 柳星;食用植物油近红外光谱快速检测技术与仪器研究[D];南昌大学;2011年

5 杜欢;基于CPLD的数据采集系统设计与研究[D];武汉科技大学;2010年

6 翟晶晶;基于电子快门自动增益的CCD驱动电路研究[D];华中科技大学;2009年

7 戴笠;基于FPGA的微型光谱仪探测系统的研制[D];湖南大学;2009年

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本文编号：636027