基于现场可编程门阵列的水果识别系统设计

针对目前大多数水果识别系统实时性差和成本较高的问题,本文提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的水果识别系统。整体硬件设计包含图像采集、检测识别和显示模块。软件部分通过图像采集平台将水果图像存储至双倍数据率同步动态随机存储器(DDR3)控制模块,进行图像灰度化处理,并创造性地提出背景帧差法对水果图像进行分割。通过融合水果颜色和几何特征,实现对水果数量、颜色和种类的识别。整个水果识别系统在不同光照下对常见水果进行了测试。实验结果表明,水果平均识别准确率达到93.25%,识别速度约为16.67 ms,FPGA硬件资源消耗率仅占28.02%,可以满足实时性需求。

基于现场可编程门阵列的加速器同步控制器设计

针对加速器驱动次临界系统(ADS)注入器Ⅱ的控制中对于同步触发信号的要求,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的高精度同步控制器,它能为加速器设备提供同步工作所需的脉冲信号。控制器采用粗延时结合精延时的方式,FPGA实现粗延时,专用延时芯片实现精延时,提高了延时精度,同时增大了延时、脉宽及周期的调节范围。测试结果表明,该控制器输出脉冲的最小延时步距为0.25ns,延时、脉宽及周期调节范围为1μs^2s,周期抖动的标准偏差为70ps。该控制器输出信号满足要求,程序界面操作简便,通过串口RS-422远程控制稳定可靠。

基于现场可编程门阵列的高压脉冲电场设备控制器研制

为更加快速稳定有效地控制高压脉冲电场设备,提高设备的稳定性、可调性和易用性,研制了1套基于现场可编程门阵列（FPGA）的高压脉冲电场（PEF）设备控制器.控制器包括用于人机交互操作的工控计算机触摸屏终端、执行控制任务的FPGA控制器及其附属外围电路3部分.FPGA控制器采用Cyclone系列的高速处理芯片,附属电路包括触发信号电平转换、光电隔离部分以及电压电流反馈部分.控制器能够连续调节脉冲波形的频率、占空比,以及实现对于高压IGBT的触发和过流监控,控制脉冲电场的电压电流等功能.通过实验室测试证实,系统较好地实现了设计目标,研制出频率（10～104 Hz）、占空比（2～10μs）、电压（0～35kV）均可连续实时调节的高压脉冲电场发生器,同时其具有很强的扩展能力,能够配合新型脉冲发生器使用.

基于现场可编程门阵列的可重构手势交互教学机器人设计

针对传统教学机器人可重构性差、系统综合应用性不足、人机交互功能简单等缺点,本文设计开发一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的可重构动静态手势交互教学机器人。该机器人以Xilinx的Spartan6为控制器,通过OV5640摄像头对手势图像信息进行识别传输,利用I2C总线与FPGA控制芯片进行通信,利用WiFi模块进行数据传输,从而对机器人进行相应的手势指令控制,实现人机手势交互、机械臂抓物、自动循迹、超声避障、运动除障、语音播报等多种功能。同时,该手势控制机器人对测试者的数字手势和动作手势识别正确率达95.1%,实时识别响应时间小于0.5s。本文设计的基于FPGA的可重构动静态手势交互教学机器人可应用于FPGA系统设计等研究类课程教学中,具有推广价值。

基于现场可编程门阵列的网络化步进电机控制器设计

针对步进电机控制及驱动技术的发展现状,设计出基于现场可编程门阵列(FPGA)的网络化步进电机控制器,给出了硬件结构、工作原理、实现方法和验证结果。该控制器突破了传统的体系结构和控制方式,由FPGA代替微控制器完成各项控制任务,提高了控制精度和系统稳定性,同时引入以太网通信功能,可实现分布式控制。

基于现场可编程门阵列的数字模糊控制器在开关磁阻电机调速系统中的应用

设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的模糊控制器,用于对开关磁阻电机(SRM)进行调速控制。该数字模糊控制器将复杂的模糊控制算法用一块简单的逻辑芯片实现,不仅能满足SRM对实时性、可靠性的要求,同时还可以提高整个调速系统的综合性能。

基于现场可编程门阵列的质谱信号滤波器的设计与应用

低通滤波法是四极杆质谱仪信号去噪的常见方法,为了提高滤波器性能,引入一维离散平稳小波进行阈值法滤波,其不仅能够几乎完全抑制噪声,而且可以很好地保留原始信号的特征尖峰点,缩短与成熟商业化产品差距。同时针对四极杆质谱控制系统运算能力不足的问题,本研究提出了基于Zynq芯片的应用方案,大大降低了仪器得到高信噪比(Signal-To-Noise,SNR)和低均方误差(Mean-Square-Error,MSE)质谱数据的时间。基于本团队研制的四极杆质谱仪,测试使用赛默飞世尔科技(Thermo Fisher Scientific)公司的调谐液样品。结果显示,小波变换法噪声衰减25 dB以上,对比240阶低通滤波法MSE整体降低20%以上,有效部分降低8%以上,并且通过可配置现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)处理,使有效信号相较低通滤波法下降15%以上,同时处理延迟小于1μs。为优化质谱数据降噪和控制系统集成化提供了设计参考。

基于现场可编程门阵列战术数据链中自适应轮询接入控制协议的设计与实现

在战术数据链系统中,战术单元随时都有可能被摧毁而引起网络拓扑结构动态变化,导致系统服务效率降低。为了解决这一问题,基于动态调整轮询顺序的思想,提出一种自适应轮询接入控制协议(APACP)。采用概率母函数的方法和嵌入式马尔可夫链理论对系统进行建模,得到系统平均排队队长和平均轮询周期的解析解;利用数学软件MATLAB和现场可编程门阵列仿真验证协议的正确性。仿真结果表明,APACP能够根据战术数据链网络拓扑结构的动态变化自动调整轮询顺序,明显降低系统平均排队队长和平均轮询周期,克服传统轮询接入控制协议中空轮询的问题,节约了服务时间,提高了服务效率,改善了系统性能。

基于现场可编程门阵列的束流快引出控制系统设计

为实现兰州重离子冷却储存环主环束流的快引出,采用一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的引出控制系统。在FPGA单元设计中,采用数字倍频技术来实现对Kicker磁铁在1个高频周期内充放电时间的精度控制。经测试,该控制系统对存储环中运行束流位置的跟踪可调节时间步长为5 ns。当高频频率为1.4 MHz时,在0～360°范围内可实现约2.5°相位精度的Kicker触发。

基于现场可编程门阵列单探测器复合轴控制技术

为了解决空间激光通信系统中单探测器复合轴结构的粗精解耦难题,通过分析二维关联控制矩阵,得出粗精跟踪解耦的必要条件,提出了一种单探测器复合轴结构的工作方式.在跟踪过程中,相机直接配合子轴执行器完成精跟踪工作,而主轴的跟踪信息由子轴的角度偏转器来提供,同时所有的图像处理算法、位置检测算法、以及粗精伺服控制算法都在现场可编程门阵列中实现,完成了系统的轻小型化设计.实验搭建了测试系统,并对现场可编程门阵列硬件和系统跟踪性能进行测试,结果表明单探测器复合控制系统可以实现跟踪准确度优于3μrad,为工程化奠定了良好的基础.

现场可编程门阵列实现液晶显示控制的新方法

提出了一种用现场可编程门阵列实现阵列式液晶显示控制的方案.采用总线窃取的存储器操作方法,使外部对存储器的操作请求与显示页扫描完全独立,避免了数据读写对屏幕显示的干扰.为提高控制器对色彩的操控性能及屏幕显示效果,提出了一种多层多分块的存储器组织构架,允许在小容量存储时采用单页伪彩显示,而当存储容量扩大时自动支持多页真彩显示.在屏幕写入操作功能上,可以实现与任意指定块对应位置值的逻辑操作,为写屏操作提供了更为方便灵活的方法.

基于现场可编程门阵列的步进电机运动控制系统设计研究

提出一种在多用途步进电机运动控制系统中应用现场可编程门阵列(FPGA)实现多台步进电机可变细分脉冲分配器的方法.按照运动控制系统的多用途特性要求和可逆循环计数寻址EPROM的思想设计可变细分控制策略,将控制步进电机运转的矩形脉冲波通过细分代码转换成阶梯近似、幅值恒定的正弦、余弦波.利用Verilog HDL硬件描述语言,并运用MAX+plus II开发软件,在单片FPGA上实现了多台步进电机的脉冲分配器,负责细分代码的生成与输出,并在FPGA片内集成了大部分的MCU外围接口电路,包括MCU的译码电路、键盘和中断接口电路,使MCU软件结构和外围电路大为简化.结果表明,系统扩展方便,可移植性高,具有广泛的适应性.

基于现场可编程门阵列的新型可编程逻辑控制器在线调试技术

针对基于现场可编程门阵列(FPGA)的新型可编程逻辑控制器(FPGA based PLC)的在线监控问题,提出了泛化的基于FPGA技术对嵌入式片上系统(SoC)进行在线监控的方法。该方法设计了一个FPGA片上通信系统,系统内部固化基于UART的ModBus通信协议栈,通过串口与计算机上位机进行通信;采用双口RAM(DRAM)作为与监控对象间共享的数据缓存区,通过中断机制实现缓存数据的同步交换。性能分析结果表明,该方法将SoC处理监控通信的时间百分比降低至0.002%,确保了监控数据传送的实时性,且使SoC能够获得更佳控制性能。在Altera的cycloneⅡ系列芯片开发板上验证了方案的可行性。

基于现场可编程门阵列的超声电磁复合电机驱动控制系统设计

设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的超声电磁复合电机驱动控制系统。采用FPGA产生两路相位、频率可调的正弦波,经滤波和功率放大后驱动超声波电机;同时,采用FPGA产生频率、相序可调的方波,经功率放大后直接驱动步进电机。该系统充分利用单片机技术与EDA技术各自的优点,将超声波电机与步进电机驱动信号源均集成于FPGA,并配合单片机实现了对超声电磁复合电机的驱动控制。试验证明该控制器可控精度高、可靠稳定、可维护性强,有助于超声电磁复合电机系统小型化、集成化设计,具有很好的应用前景。

基于现场可编程门阵列的稳定控制装置交流采样算法

根据基于离散傅立叶变换的修正算法,结合最新的现场可编程门阵列技术将该算法应用于稳定控制装置的交流采样计算,可以同时提高交流采样算法的速度和精度。FPGA并行计算的特性使得计算电气量的速度提高了数十倍,从而为稳定控制装置快速判断元件故障提供了充足时间。DFT修正算法的应用提高了电气量计算的精度和稳定控制装置的整体性能。实际系统的应用效果验证了该算法的有效性和可靠性。

采用现场可编程门阵列的多电平D类功率放大器控制策略

介绍了一种新颖的基于级联型多电平拓扑结构的开关式的功率放大器,采用多电平技术来改善D类功率放大器输出品质,采用先进的现场可编程门阵列来实现相移PWM技术,其开关频率是单个单元开关频率的2N倍,该触发信号发生器通过数据采集单元接收A/D转换的调制波信号,通过多路载波移相控制单元产生多路相移的三角载波及其反向信号,经比较控制单元产生PWM触发信号波形,并通过死区控制单元进行死区保护控制处理。通过闭环控制保证输出信号的跟随品质,着重研究了闭环控制的控制策略,试验结果表明,采用该控制策略实现的D类功率放大器,系统带宽较宽,具有较好的瞬时响应和输出品质。

基于现场可编程门阵列与Labview的脉冲电源控制系统设计

介绍了基于现场可编程门阵列(FPGA)的等离子体磁约束脉冲电源控制系统的设计与实现。该控制系统采用了虚拟仪器技术、嵌入式控制技术、串行通信技术、光电隔离技术等,提高了系统抗干扰性能以及可编程性,实现了多个脉冲电源模块开关器件间的逻辑互锁、参数设置以及远程监控等功能。控制系统具体由实验室虚拟仪器集成环境(Labview)编写的上位机界面、由硬件语言Verilog HDL 编写的下位机以及专用的光电隔离转换电路组成,用于实现多个脉冲电源充放电的时序控制。实验证明了系统在复杂电磁环境下,运行稳定,性能良好。

基于现场可编程门阵列的多路PWM波形发生器

研制了基于现场可编程门阵列(FPGA)实现的多路PWM脉冲发生器。该脉冲发生器通过接口单元接收DSP写入的PWM脉冲宽度数据,然后产生PWM波形,其工作不受DSP影响。同时介绍了脉冲发生器的基本原理、硬件构成和实现方法。该PWM发生器既简化了电路的设计,提高了系统的可靠性,又可保证逆变器功率元件触发的同步。

一种基于数字信号处理器和现场可编程门阵列的磁悬浮控制器

为增强控制系统对磁悬浮列车系统参数变化的适应性、抑制车轨共振,磁悬浮控制器通常采用双环控制的方法。随着高速数字信号处理器(DSP)的出现,磁悬浮控制器实现了数字化。在详细分析各种数字化磁悬浮控制器的基础上,提出了一种新型的适用于双环控制的基于DSP和现场可编程门阵列(FPGA)的磁悬浮控制器,并进行了软、硬件设计和试验验证。理论分析和试验结果表明:该控制器结构简单合理、高速有效,能够完成先进的悬浮控制算法。

基于现场可编程门阵列的高速光纤通信的实现

介绍了一种在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)平台上实现光纤通讯的方法.利用Xil-inx的EDK(Embedded Development Kit)开发包和Virtex-II Pro内部包含的Power PC硬核搭建起内部系统,然后利用Aurora IP核、高速串行收发器Rocket IO和SFP光模块实现高速串行光纤通信,并通过OPB-PCI桥实现系统和主机之间的数据传送.结果表明,这种实现方法简单、快捷、可靠,并且可以方便地实现数据的片上处理,具有很强的灵活性和可扩展能力,作为高速通信和数据处理的片上系统平台有良好的应用前景.