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基于ARM的手持红外热像仪的硬件电路设计

作　者: 劳常委
导　师: 蒋宁
学　校: 电子科技大学
专　业: 光学工程
关键词: 红外成像 非制冷红外探测器 FPGA S3C6410
分类号: TN216
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


红外成像技术是将物体表面的温度辐射转换成可视的热场分布图像。其特点是被动地、全天候地将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。红外成像技术最早应用于军事方面，但近几年由于非制冷红外焦平面制造技术的发展、价格的下降等因素的影响，这种技术逐渐从军事领域扩展到了民用领域。尤其是在安防、森林防火、电力监测、化工制造、医疗监测等方面得到了极大的发展。由于应用场合的多样化，红外热像仪的便携性就显得意义重大了。论文介绍了红外成像技术的原理、应用以及发展现状。根据红外图像的处理能力分析与系统组成方案的比较,选定了手持红外热像仪采用了ARM+FPGA的硬件方案。论文简单介绍了系统采用的320×240非制冷红外探测器，并针对其工作特点设计了非制冷红外探测器的驱动电路、FPGA信号处理电路以及ARM主控电路。驱动电路包括了精准偏置电压源、模数转换电路、温度控制电路及时序驱动电路保证探测器的正常工作。ADC输出的14bit红外图像数据经过Altera公司Cyclone III系列FPGA EP3C40U484C7N进行整形与预处理，由SRAM进行缓存并上传到ARM11控制器S3C6410完成红外图像的显示与温度测量。S3C6410作为系统核心处理器，不仅完成了红外图像的增强与测温，还提供了丰富的接口，使红外热像仪操作界面更加人性化。系统构成方案的两大模块FPGA与ARM11间的握手通信是系统的难点之一。红外图像数据由FPGA上传到ARM的速率是红外图像显示流畅的关键，论文详细讲述了FPGA与ARM的通信协议。随后论文介绍了红外热像仪的系统的仿真与测试，对系统硬件的抗干扰、噪声、传输速率、功耗等做了相应的处理以确保系统的稳定性。论文最后对系统整体结构以及红外热像仪的工作状况进行了展示。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-15
  1.1 红外成像技术  10-11
  1.2 红外成像技术的发展与现状  11-13
  1.3 红外热像仪的应用  13-14
  1.4 论文的主要工作及内容安排  14-15
第二章 红外热像仪的系统原理  15-20
  2.1 红外成像系统原理  15-16
  2.2 红外图像的处理技术  16-17
  2.3 手持式红外热像仪的方案分析  17-19
  2.4 本章小结  19-20
第三章 手持红外热像仪硬件平台设计  20-52
  3.1 非制冷红外驱动电路  20-33
    3.1.1 精准偏置模块设计  21-26
    3.1.2 时序驱动模块  26-29
    3.1.3 模数转换模块设计  29-30
    3.1.4 温度控制模块设计  30-33
  3.2 FPGA 采集电路  33-38
    3.2.1 FPGA 芯片选择  34
    3.2.2 FPGA 配置电路  34-36
    3.2.3 SRAM 模块设计  36-37
    3.2.4 调焦电机与挡板  37-38
  3.3 ARM 主控电路  38-51
    3.3.1 ARM 核心处理电路  39-42
    3.3.2 系统电源管理设计  42-46
    3.3.3 存储模块设计  46-48
    3.3.4 显示模块设计  48-49
    3.3.5 接口控制电路  49-51
  3.4 本章小结  51-52
第四章 FPGA 信号处理模块设计  52-59
  4.1 红外图像采集设计  52-55
    4.1.1 数据接收模块  52-53
    4.1.2 数据处理模块  53-54
    4.1.3 数据传递模块  54-55
  4.2 系统交互通信协议设计  55-57
  4.3 总线交互时序设计  57-58
  4.4 本章小结  58-59
第五章 红外热像仪的系统调试与分析  59-75
  5.1 硬件系统信号完整性分析  59-63
    5.1.1 提高抗电磁干扰措施  59-61
    5.1.2 PCB 板级仿真  61-63
  5.2 系统性能指标测试  63-72
    5.2.1 系统功耗估计与测试  63-66
    5.2.2 FPGA 读写速度测试  66-67
    5.2.3 红外偏置噪声  67-69
    5.2.4 系统系统参数测试  69-72
  5.3 最终系统成果  72-73
  5.4 本章小结  73-75
第六章 结论与展望  75-76
致谢  76-77
参考文献  77-80
攻硕期间取得的研究成果  80-81

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 红外技术及仪器 > 红外系统装置
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