色选数据采集及传输实验平台研究

论文摘要

中国是个产粮大国,但由于农业机械化程度较低,大部分地区主要以人工作业为主,优质谷物产量低,造成粮食出口的困难。同时,随着国民经济的发展,人民对食品的精度要求也有所提高。若想生产高质量的精米,色选机是必不可少的设备。研制高精度、高速度的CCD(电荷藕合器件)色选机是各大色选机生产企业当前最关注的问题。本文对色选数据采集与传输实验平台的建立进行了深入的研究。介绍了基于FPGA技术、LVDS技术、USB2.0技术和VB6.0软件的色选数据采集与传输实验平台的实现方法,详细描述了高速CCD图像信号的采集、传输、处理及显示等关键部分的原理要点、设计难点、参考电路及相关程序设计,并对该系统进行了软硬件侧试。在硬件设计过程中,充分利用了现有芯片资源、控制逻辑来有效合理地控制FPGA及USB模块的工作时序,成功解决了高速并串转换、高速串并转换、系统同步、高速上传数据至主机等高速CCD图像信号采集与传输过程中的核心问题。同时,本文给出了配合硬件装置使用的软件平台的设计方法。实现了色选数据在电脑中的接收、显示与保存。为下一步色选算法的研究提供了动态数据,为色选算法的验证提供了软件基础。通过对软硬件平台的多次实验验证,证明了本平台设计方案的实用可行。为下一步色选机样机的制造提供了参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 本课题的目的及意义
• 1.3 主要研究内容和篇章结构
• 第2章 总体设计
• 2.1 系统设计方案
• 2.2 采集与传输实验平台整体框架
• 2.3 高速CCD相机的设计
• 2.3.1 CCD传感器简介
• 2.3.2 IL-P1-4096简介
• 2.4 基于FPGA的硬件设计基础
• 2.4.1 硬件描述语言简介
• 2.4.2 硬件描述语言的特征
• 2.4.3 硬件描述语言的设计流程
• 2.4.4 FPGA简介
• 2.4.5 Lattice公司ECP2系列FPGA芯片简介
• 2.4.6 Lattice公司FPGA开发软件ispLEVER简介
• 2.5 软件平台开发工具的选择
• 2.6 本章小结
• 第3章 高速数据通信设计
• 3.1 串行通信基本概念
• 3.2 板间通信协议的设计
• 3.2.1 并串和串并转换的实现
• 3.2.2 同步的实现
• 3.3 基于LVDS的高速串行接口实现
• 3.3.1 LVDS信号简介
• 3.3.2 LVDS接口的应用
• 3.4 基于USB2.0的接收板与PC间的通信
• 3.4.1 计算机外设接口比较
• 3.4.2 USB模块简介
• 3.4.3 FPGA对USB模块的读写控制
• 3.4.4 FPGA与USB模块的硬件连接
• 3.5 高速PCB设计
• 3.5.1 元器件布局
• 3.5.2 电路板布线
• 3.5.3 去耦电容的配置
• 3.5.4 LVDS部分注意事项
• 3.6 本章小结
• 第4章 采集系统软件平台设计
• 4.1 软件平台功能要求
• 4.2 系统界面设计
• 4.3 软件功能及操作说明
• 4.3.1 坐标系
• 4.3.2 控制面板区
• 4.3.3 实时数据显示区
• 4.3.4 扩展功能区
• 4.4 灰度图像的动态显示
• 4.5 VB对USB模块的调用
• 4.6 软件平台的主要特点
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研情况
• 致谢
• 附录A PCB布局图
• 附录B 硬件实物图