基于fpga的电磁辐射测量系统

基于FPGA的测控系统设计与实现一、引言随着科技的发展，现代工程领域对于高精度、高速度、高可靠性的测控设备的需求也越来越大。

其中，基于FPGA的测控系统具有极高的灵活性和可扩展性，能够满足不同领域的测控需求。

本文将介绍基于FPGA的测控系统设计与实现，主要包括系统架构、硬件设计、软件编程等方面。

二、系统架构设计基于FPGA的测控系统一般由FPGA芯片、外设模块、存储设备和通信接口等部分组成。

其中，FPGA芯片作为核心部分，负责控制整个系统的运行。

外设模块提供不同功能的接口，如模拟采集、数字转换、时钟输入、GPIO等。

存储设备用于存储测量数据和程序代码。

在系统架构设计时，需要根据实际需求选择适合的外设模块和通信接口，以及合适的存储设备。

此外，还需要考虑不同模块之间的数据传输和控制信号，确定系统的总体布局和数据流图。

三、硬件设计基于FPGA的测控系统的硬件设计主要包括电路原理图设计、PCB设计和硬件调试等部分。

在电路原理图设计时，需要根据系统架构设计绘制不同模块的电路图，并考虑电路参数的选择和优化。

在PCB设计时，需要将电路原理图转化为布局图和线路图，并按照标准的PCB设计流程进行布线、加强电路抗干扰性、防止电磁辐射等操作。

在硬件调试过程中，需要用示波器、万用表等工具对电路进行调试和测试，确保电路稳定运行。

四、软件编程基于FPGA的测控系统的软件编程主要包括FPGA芯片的Verilog/VHDL编程、上位机程序的编写等内容。

在FPGA芯片的Verilog/VHDL编程中，需要根据不同外设模块的接口来编写对应的硬件描述语言代码，如时钟控制、数据输入输出、状态控制等。

在上位机程序编写中，需要使用不同编程语言（如C/C++、Python等）来编写程序，实现与FPGA芯片的通信、测控算法的实现、数据可视化等功能。

五、系统应用与实现基于FPGA的测控系统应用广泛，如测量、控制、自动化、通信等领域。

在实际应用中，需要根据具体的应用场景和需求来设计相应的测控系统，并进行相关智能算法的设计和调试。

基于FPGA的电磁无损检测系统的设计与实现的开题报告标题：基于FPGA的电磁无损检测系统的设计与实现一、选题背景电磁无损检测技术是一种应用广泛的非破坏性检测方法，主要用于检测各种材料内部的缺陷和损伤，如裂纹、孔洞等。

随着科技的不断发展，电磁无损检测技术已经成为了各个领域中不可或缺的检测手段之一。

现阶段，电磁无损检测技术主要采用计算机数字化处理技术进行信号处理，但存在复杂度高、响应速度慢、计算耗时长的不足。

因此，为了满足电磁无损检测系统对响应速度和计算能力的要求，可以采用FPGA进行信号处理。

FPGA具有高效性、可重构性、低功耗等优点，能够有效地提高系统的处理速度和响应能力。

二、研究目的本课题旨在设计一种基于FPGA的电磁无损检测系统，利用FPGA的高效性和可编程性对电磁信号进行实时处理，快速地检测材料内部的缺陷和损伤，提高信号处理速度和检测准确度。

三、论文结构本论文首先介绍电磁无损检测技术的基本原理和应用领域，分析传统无损检测方法的不足之处，然后介绍FPGA的基本原理和特点，分析其在电磁无损检测中的应用优势。

接着，设计基于FPGA的电磁无损检测系统的硬件架构和信号处理流程，并详细阐述各个模块的功能和作用。

最后，进行实验验证，比较实验结果和传统无损检测方法的差异性和优劣性，证明该系统的可行性和有效性。

四、研究内容和技术路线本课题的研究内容主要包括：1. 基于FPGA的电磁无损检测系统硬件设计和实现。

2. 电磁无损检测信号的采集和预处理。

3. 电磁信号的数字化处理和特征提取算法的设计。

4. 实验验证和性能测试。

技术路线如下：1. 确定电磁无损检测系统的硬件架构和信号处理流程。

2. 设计并实现数据采集模块、信号预处理模块和信号处理模块等。

3. 开发并优化电磁信号的数字化处理和特征提取算法。

4. 利用实验平台进行实验验证和性能测试。

五、可行性分析本课题采用的技术路线和方法已经有前人经验和相关研究支持，因此具有较高的可行性。

中国测试CHINA MEASUREMENT &TESTVol.42No.1January ，2016第42卷第1期2016年1月基于ARM 和FPGA 的双核电磁无损检测系统刘丽辉,谢瑞芳,陈棣湘,田武刚,周卫红,翁飞兵（国防科学技术大学机电工程与自动化学院，湖南长沙410073）摘要:针对飞机发动机涡轮叶片缺陷检测难度大、效率低、严重制约航空装备保障的问题,设计一套基于ARM 和FPGA 的双核电磁无损检测系统。

该系统采用FPGA 结合A/D 采样芯片完成64通道数据采集,并以基于android 系统的ARM 实现对各功能单元的控制。

FPGA 控制A/D 采样芯片完成传感器阵列的高速数据采集并对其进行预处理,经UART 接口送给ARM 后,再由ARM 完成信号特征提取和缺陷检测,并实现三维实时成像。

测试结果表明:该系统对微裂纹的长度检测误差<0.2mm,成像速率达10帧/s,满足工业应用需求。

关键词:无损检测；双核；多路数据采集；数据融合文献标志码:A文章编号:1674-5124(2016)01-0065-04Double-core electromagnetic nondestructive testing system based onARM and FPGALIU Lihui ，XIE Ruifang ，CHEN Dixiang ，TIAN Wugang ，ZHOU Weihong ，WENG Feibing （College of Mechatronics and Automation ，National University of Defense Technology ，Changsha 410073，China ）Abstract:A double-core electromagnetic nondestructive testing system was designed to check theturbine blades of aircraft engines in an easier and more efficient way.Specifically ，FPGA with an A/D sampling chip was used to complete 64-channel data acquisition and ARM with an android operating system was chosen to control each function unit.First ，the chip was driven by the FPGA to acquire data at a high speed and then have them pre-treated.Second ，after the data was further sent to the ARM through an UART interface ，signal features were extracted and defects inspected with the ARM.Eventually ，a 3D real-time image was formed.The Test results have shown that ，the system ，with an error rate less than 0.2mm and an imaging rate as fast as 10frames/s when used to measure the length of micro cracks ，can meet the application requirements in some industries.Keywords:nondestructive testing ；double core ；multi-channel data acquisition ；data fusion收稿日期:2015-06-10;收到修改稿日期:2015-08-08基金项目:国家自然科学基金(61171134)作者简介:刘丽辉(1987-),男,江西吉安市人,硕士研究生,专业方向为电磁无损检测。

TECHNOLOGY AND INFORMATION信息化技术应用科学与信息化2019年8月下 41基于FPGA的微波辐射计监控系统设计概述王学仁安徽四创电子股份有限公司 安徽 合肥 230088摘 要 微波辐射计监控系统的特点是集成度高，所监控的外设对象较多，且监控事件具有并发性，同时还负责测量数据的采集和上传。

针对以上特点，本文设计的一种基于FPGA的监控系统，不仅能同时监视多个外设，并行地处理多个外设信息，而且实时性好，可靠性高，能很好地满足系统的要求。

关键词 微波辐射计；监控系统；FPGA1 前言微波辐射计是一种被动式无源微波遥感探测设备，能实时且连续的探测大气边界层和对流层的温度、湿度及液态水的廓线和总量等信息，适用于多地域、全天候、全天时的观测。

微波辐射计主要由天馈子系统、接收子系统、伺服子系统、定标子系统和监控子系统组成，另外其外部还集成了GPS 、气象站、云底仪和除霜风机等设备。

微波辐射计对各种探测数据的获得都是通过监控系统从各个子系统和外部设备采集得到的，监控系统采集各个子系统和外设的数据后，通过网络发送给终端计算机处理，而终端计算机发来的控制命令等信息也是由监控系统接收后再分配到各个子系统及外设执行。

可见，监控系统在终端计算机与现场设备之间起着非常关键的作用。

2 电路设计该监控系统采用FPGA 作为核心器件设计，其硬件电路设计共包括4个部分，分别为FPGA 配置及外围相关电路、电平转换电路、串口通信电路和网络通信电路。

FPGA 配置及外围相关电路模块中，FPGA 采用ALTERA 公司的EP1C12系列，其包含12K 的LE ，36864字节的RAM 和2个PLL ，内核电压为1.5V ，IO 口电压为3.3V 。

配置电路中包括JTAG 接口和AS 接口，主要用于FPGA 软件程序的调试和程序的加载。

外围相关电路包括电源转换电路、FPGA 的复位电路、时钟电路和温度监视电路。

基于FPGA的微波辐射计数控系统设计与实现
微波辐射计是一种被动式的微波遥感器，用于全天时、全天候地观测全球大气温度和湿度、降雨量等空间气象资料，在全球性水文循环探测、地质与资源调查、海洋环境与海况检测、灾害性天气预报与检测等研究中发挥了重要作用。

由于微波辐射计是一种被动式的遥感器，其灵敏度要求很高，同时，由于当今遥感仪器的设计越来越趋于高功能密度及小型化，因此，要求多通道微波辐射计的数据处理与控制系统具有高可靠性、高分辨率、实时性好、体积小、重量轻、功耗低以及可移植性强等特点。

以往多数微波辐射计数控系统中采用的以80C31 为核心的设计，由于受微处理器芯片和外围电路的限制，扩展性差，所占体积较大，且需要多块电路板协调工作，功耗较大。

鉴于FPGA 功能强大、逻辑速度快、功耗低及可移植性强等优点，本文采用FPGA 为核心进行微波辐射计数控系统设计，实现了设备的低功耗和轻小型化。

1 系统结构
5 频段双极化微波辐射计共10 个通道，其中每个频段结构框图如图1 所示，由天线单元、接收机单元、定标单元、数据处理与控制系统、测温电路等功能模块组成。

接收机单元包括内检波、低频放大、积分等部分[1]。

接收机的输入端通过电子开关周期地在天线单元和定标单元之间切换，同时噪声源在加电和不加电两种状态下与匹配负载耦合，从而使定标源产生高、低不同的亮温，5 个频段共用一套数据处理与控制系统。

数据管理与控制系统接收远程计算机注入指令包，控制系统开关机和噪声源上下电，系统上电后，由接收机单元接收的模拟信号送入数据处理与控制系统，由数据处理与控制系统进行数据采集与存储，AGC 自动增益控制、工作。

基于FPGA的微波辐射数字谱分析系统封天;张升伟;王新彪【期刊名称】《太赫兹科学与电子信息学报》【年(卷),期】2016(014)002【摘要】微波辐射谱分析仪是具有精细频谱分析能力的微波辐射计,是近年来被动微波遥感器的技术发展方向之一.本文提出的微波辐射数字谱分析系统基于快速傅里叶变换(FFT)算法,硬件平台基于Xilinx公司7系列下带有4 DPS高速模拟子卡的Kintex7-FPGA评估开发套件,实现一个输入带宽250 MHz,探测通道数16 384,频谱分辨力15 kHz,可实时观测的微波辐射数字谱分析系统.给出了系统的电路原理设计、关键模块的设计框图及软件流程图.最后将设计的Modelsim仿真结果和MATLAB仿真结果作对比,验证了整个设计的正确性.【总页数】6页(P323-328)【作者】封天;张升伟;王新彪【作者单位】中国科学院大学计算机与控制学院,北京 100049;中国科学院微波遥感技术重点实验室,北京 100190;中国科学院微波遥感技术重点实验室,北京100190;中国科学院微波遥感技术重点实验室,北京 100190【正文语种】中文【中图分类】TN492;TP274【相关文献】1.基于FPGA的微波辐射计数控系统设计与实现 [J], 张瑜;张升伟2.基于FPGA的微波辐射数字谱分析系统 [J], 封天;张升伟;王新彪;3.基于FPGA的数字化简易频谱分析仪的设计与实现 [J], 钟强;刘鹏飞;刘宝军;胡宗进;秦绪栋4.基于FPGA的数字频谱分析仪设计 [J], 高森;马令坤;郑恩让5.基于ARM与FPGA的气象微波辐射计测控系统设计 [J], 陈俞娴; 郭伟; 桂良启; 任利明; 周自成; 占美娟; 杨杰波; 郎量; 陈柯; 田加胜因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。