基于DSP的锅炉火焰温度场测量及燃烧诊断系统

论文摘要

大型工业锅炉对燃烧状态进行状态监控和燃烧量化评价,一直是燃烧领域关注的问题。由于燃烧本身的复杂性和测量手段的限制,使用常规的测量方法和诊断手段,到目前为止还没有形成一套完整意义上的燃烧过程状态监控和量化评价的方法。基于火焰图像处理为燃烧过程的状态监控开辟了一条新思路。本论文利用图像处理技术得到丰富的火焰信息,根据火焰特性提出了能反映火焰燃烧状况的火焰特征量,并提出了一种基于彩色CCD三基色比色方法来测量火焰温度场,构建了小波神经网络模型进行燃烧诊断,据此判断炉膛火焰燃烧情况并预测火焰燃烧趋势。利用DSP完成对图像的实时处理分析,使系统具有较高的实时性和可靠性。本文构架了基于TI公司的TMS320C6205 DSP芯片的实时图像采集处理系统。该系统能够克服传统基于PC机模式的图像处理系统的缺点,提高系统的实时性能。采用SAA7111和CPLD实现系统前端的图像采集以及图像的输出控制,用DSP实现图象处理算法,并通过PCI接口将运算结果传输给上位机,对锅炉火焰燃烧状况进行量化评价。文章详细介绍了系统的各个功能模块的具体设计方法以及系统软件的设计。最后,本文对本系统进行了总结,对算法的研究提出几点改进意见,并对系统的进一步研发提出了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题研究的意义
• 1.3 传统温度场测量及燃烧诊断技术及其局限性
• 1.4 锅炉火焰温度场测量及燃烧诊断的研究动态及水平
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第二章 锅炉温度场测量及燃烧诊断系统
• 2.1 系统组成框图
• 2.2 火焰图像传感器系统组成
• 2.2.1 传像光纤
• 2.2.2 CCD 摄像机
• 2.2.3 光学图像传感器
• 2.3 辅助系统
• 2.3.1 冷却系统
• 2.3.2 吹扫系统
• 2.4 计算机图像处理系统
• 2.4.1 火焰图像处理系统
• 2.4.2 火焰图像录放系统
• 第三章 锅炉火焰图像特征量提取及温度场测量
• 3.1 火焰特性
• 3.2 全炉膛火焰的特征参量
• 3.3 火焰图像处理方法
• 3.3.1 图像滤波
• 3.3.2 直方图表示
• 3.3.3 图像增强
• 3.3.4 图像分割和边缘提取
• 3.4 温度场测量原理
• 3.5 温度场的显示
• 3.5.1 彩色显示
• 3.5.2 等温线显示
• 第四章 温度场测量及燃烧诊断算法的仿真
• 4.1 火焰特征量提取算法仿真
• 4.2 温度场测量算法仿真
• 4.3 基于小波神经网络的燃烧诊断算法及仿真
• 4.3.1 小波变换理论
• 4.3.2 小波神经网络模型
• 4.3.3 网络训练
• 4.3.4 仿真结果及分析
• 第五章 火焰图像采集与处理系统的硬件设计
• 5.1 火焰图像采集与处理系统电路结构
• 5.2 图像采集模块主要器件
• 5.2.1 SAA7111 采集芯片
• 5.2.2 可编程逻辑器件
• 5.3 图像采集模块硬件设计与实现
• 2C 总线接口部分设计'>5.3.1 SAA7111 的I²C 总线接口部分设计
• 5.3.2 图像采集模块逻辑控制部分的设计
• 5.4 图像处理模块核心器件（TMS320C6205）
• 5.4.1 存储器映射
• 5.4.2 直接存储器访问（DMA）
• 5.4.3 多通道缓冲串口（McBSP）
• 5.4.4 中断控制
• 5.4.5 自举方式
• 5.4.6 PCI 总线接口
• 5.5 图像处理模块硬件设计与实现
• 5.5.1 DSP 与FIFO 接口部分硬件设计
• 5.5.2 DSP 与SDRAM 接口部分硬件设计
• 5.5.3 DSP 与FLASH 接口部分硬件设计
• 5.5.4 DSP 与PCI 接口部分硬件设计
• 5.5.5 时钟设计
• 5.5.6 电源模块
• 第六章 火焰图像采集与处理系统的软件设计
• 6.1 基于DSP 的编程设计
• 6.1.1 CCS 集成开发环境
• 6.1.2 DSP 软件开发流程
• 6.2 系统主程序流程
• 6.3 系统各模块程序设计
• 6.3.1 系统初始化设计
• 6.3.2 系统引导程序设计
• 6.3.3 CPLD 程序设计
• 6.3.4 FLASH 在系统编程
• 6.3.5 DMA 传输图像
• 6.4 图像处理的部分程序
• 第七章 总结与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 改进建议
• 参考文献