基于FPGA的CCD色选机数据采集与分选驱动系统设计

发布时间：2017-05-23 17:27

  本文关键词：基于FPGA的CCD色选机数据采集与分选驱动系统设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：CCD色选机通过CCD传感器采集图像,微处理器分析图像、并通过FPGA驱动高速电磁阀实现物料的自动分选。具有效率高、安全、不损伤物料、自动化程度高等特点。由于这些优点,色选机广泛用于农产品加工、工业检测等领域。本文重点研究色选机的图像采集与分选系统,设计了一种以FPGA为主控芯片的图像采集与电磁阀驱动系统。它的主要功能是FPGA采集Camera Link接口线阵相机图像数据,控制外部FIFO进行乒乓存储,实现与DSP之间的数据传输,分选系统通过电磁阀驱动板接收分选信号,控制电磁阀的开启,实现物料的分选。论文首先自主设计了FIFO存储电路、MOSFET驱动电路、FPGA最小系统电路、通讯接口电路、电源电路,并根据Camera Link接口协议设计了Camera Link接口电路,并对硬件电路进行了仿真实验、实物测试,满足了数据采集和分选系统的硬件要求。其次比较了常用的三种电磁阀驱动方式,选取了高压开启,低压PWM维持的驱动策略,以实现电磁阀的快速响应和精确控制。选取了合适的FPGA作为主控芯片,根据分选系统的实际工作需求,制定了基于RS-485接口的自定义通讯协议。软件设计采用Verilog HDL硬件语言编程,自顶向下的设计流程,对程序功能划分,模块化编程。系统图像采集部分设计实现了对相机控制、相机图像数据采集与存储、与DSP的数据传输;系统物料分选部分,对波特率模块、字节接收/发送、帧接收/帧发送、CRC校验模块、电磁阀驱动模块、测试模块进行设计。每个模块通过Modelsim SE 10.0c、SignalTap等工具进行软件调试与仿真。最后对系统整体进行了在线调试,针对数据采集和分选系统是否能满足系统要求做了验证。通过实验得出了如下结论:(1)实现了40M(相机输出时钟频率)图像数据的存储与传输和相机的控制功能。(2)采用RS-485接口的自定义的通讯协议,实现了与上位机的稳定通讯,采用高压开启,低压维持的策略,提高了电磁阀的开启速度和降低了能耗,通过修改电磁阀驱动参数,能够提高喷吹精度。
【关键词】：FPGA 电磁阀 数据采集 RS-485 PWM
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP274.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-14
• 1.1 课题来源与研究背景9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 课题研究背景9
• 1.1.3 课题研究意义9-10
• 1.2 色选机发展现状10-12
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11-12
• 1.3 课题研究主要内容12-14
• 1.3.1 课题研究目标12
• 1.3.2 课题研究内容12-14
• 第2章 CCD色选机控制系统14-18
• 2.1 色选机简介14-16
• 2.1.1 色选机工作原理14-15
• 2.1.2 色选机性能参数15
• 2.1.3 色选机结构15-16
• 2.2 色选机整体结构设计16-17
• 2.3 本章小结17-18
• 第3章 色选机图像采集系统设计18-31
• 3.1 图像采集系统整体设计18-19
• 3.2 Camera Link协议介绍19-21
• 3.2.1 相机数据信号19-20
• 3.2.2 相机控制信号20
• 3.2.3 相机通讯信号20-21
• 3.3 FPGA与VERILOG介绍21-24
• 3.3.1 FPGA介绍21-22
• 3.3.2 FPGA设计流程22-24
• 3.4 图像采集硬件设计24-27
• 3.4.1 FPGA最小系统24
• 3.4.2 采集卡底板电源设计24-25
• 3.4.3 Camera Link接口电路设计25
• 3.4.4 相机控制电路设计25-26
• 3.4.5 相机通讯电路设计26-27
• 3.4.6 外部FIFO存储电路设计27
• 3.5 图像采集逻辑设计27-30
• 3.5.1 串行通讯设计28
• 3.5.2 相机控制设计28-29
• 3.5.3 FIFO控制器设计29-30
• 3.6 本章小结30-31
• 第4章 电磁阀驱动系统设计31-50
• 4.1 系统整体设计31-32
• 4.2 电磁阀驱动策略选择32-33
• 4.3 电磁阀驱动系统硬件设计33-40
• 4.3.1 FPGA选型34-35
• 4.3.2 系统时钟电路35
• 4.3.3 FPGA复位电路35-36
• 4.3.4 系统电源模块36
• 4.3.5 MOSFET驱动电路设计36-39
• 4.3.6 通讯接口设计39-40
• 4.4 电磁阀驱动系统程序整体结构40-42
• 4.5 通讯协议分析42-43
• 4.6 电磁阀驱动系统程序开发43-49
• 4.6.1 波特率时钟可调模块43
• 4.6.2 单个字节接收、发送模块43-44
• 4.6.3 帧接收、帧发送模块44-45
• 4.6.4 CRC校验模块45-46
• 4.6.5 系统电磁阀驱动模块46-48
• 4.6.6 测试模块48-49
• 4.7 本章小结49-50
• 第5章 系统调试50-54
• 5.1 调试方法与步骤50-53
• 5.1.1 硬件电路调试50-51
• 5.1.2 软件调试51-53
• 5.2 系统整体调试53-54
• 第6章 总结与展望54-55
• 参考文献55-58
• 致谢58-59
• 附录59-60

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