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用于转炉终点预测的光谱采集系统设计

作　者: 郭宝辉
导　师: 陈延如
学　校: 南京理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 终点预测转炉火焰光谱采集 FPGA Verilog-HDL Altium Designer
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

目前,国内外转炉炼钢终点预测的主要方法仍然主要依靠人工经验。为了提高转炉炼钢终点预测的自动化及精确度,本论文对用光学系统取代人眼来控制转炉炼钢终点的问题进行了研究。首先对国内外炼钢终点预测的发展现状进行了综述,比较了转炉炼钢终点预测的方法。基于钢水辐射光信息探测法,针对转炉内火焰的光谱特性,选择550-900nm波段作为采集系统的探测波段,设计了一套用于转炉终点预测的光谱采集系统。经过对分光系统的基本组成和基本特性的理论分析,选择平场凹面光栅作为光谱采集系统的分光器件。针对光谱测量的需要,线阵CCD传感器采用了TCD1304AP。CCD传感器传出的模拟信号经过放大后由ADS804E转换为数字信号,数字信号存储在CY7C68013的FIFO中,并由CY7C68013实现数据的实时传输。FPGA驱动芯片采用了EP3C10E144C8,并采用Altium Designer10实现了包括电源系统在内的整体的电路设计。最后,采用Verilog-HDL语言针对光谱采集系统的各部分器件所需时序和控制信号进行编程,并用QUARTUSⅡ软件实现仿真。仿真结束后,对比各部分器件的数据手册进行了分析验证,完全符合设计要求。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-13
  1.1 炼钢的国内外发展现状  7-10
    1.1.1 炼钢的发展简介  7-8
    1.1.2 转炉炼钢终点预测方法  8-9
    1.1.3 转炉炼钢终点预测系统国内外发展现状  9
    1.1.4 光谱采集系统国内外发展现状  9-10
  1.2 本课题的研究背景及意义  10-11
  1.3 论文的主要内容和结构  11-13
2 光谱采集系统的方案设计  13-38
  2.1 整体方案设计  13-14
  2.2 光学系统设计  14-27
    2.2.1 准直系统  14
    2.2.2 光纤及接口的选择  14-15
    2.2.3 分光系统  15-27
  2.3 信号采集系统设计  27-37
    2.3.1 CCD采集模块设计  28-29
    2.3.2 A/D转换模块设计  29-31
    2.3.3 USB传输模块设计  31-37
    2.3.4 FPGA驱动模块设计  37
  2.4 本章小结  37-38
3 信号采集系统硬件电路设计  38-48
  3.1 CCD驱动电路的设计  38-39
  3.2 A/D转换器驱动电路设计  39-41
  3.3 USB传输电路设计  41-42
  3.4 信号采集系统的电源模块设计  42-45
  3.5 FPGA的电路设计  45-47
    3.5.1 FPGA的配置电路设计  45-46
    3.5.2 FPGA的晶振设计  46-47
  3.6 本章小结  47-48
4 信号采集系统软件设计及仿真结果分析  48-60
  4.1 TCD1304AP的驱动时序设计  48-50
  4.2 ADS804E的驱动时序设计  50
  4.3 CY7C68013固件编程  50-55
    4.3.1 CY7C68013寄存器配置  52-54
    4.3.2 Slave FIFO模式传输  54-55
  4.4 FPGA的程序设计及仿真结果分析  55-57
    4.4.1 FPGA的程序设计  55
    4.4.2 QuartusⅡ仿真结果及仿真结果分析  55-57
  4.5 系统测试  57-59
    4.5.1 USB速度测试  57-58
    4.5.2 光谱采集波形图  58-59
  4.6 本章小结  59-60
5 全文总结及展望  60-62
  5.1 全文总结  60
  5.2 展望  60-62
致谢  62-63
参考文献  63-66
附录A  66-68
附录B  68-71
附录C  71-73

用于转炉终点预测的光谱采集系统设计

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