基于FPGA的非制冷型紅外熱像儀系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).pdf

1、非制冷型紅外焦平面具有體積小，功耗低，價(jià)格低，不需要制冷機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)，非制冷型的小型化紅外熱成像儀已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍事，工業(yè)和民用的各個(gè)領(lǐng)域，迅速成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。
　　本課題以法國(guó)ULIS公司17um工藝的UL04472非制冷型紅外焦平面探測(cè)器作為核心器件，以altera公司的帶硬核處理器的Cyclone V SoC作為主芯片，設(shè)計(jì)了整機(jī)功耗<2.5W，電路板面積僅為28x28(單位mm)，接口和功能模塊可擴(kuò)展的硬件平臺(tái)。通過(guò)

2、大量方案的比較，確定了FPGA+HPS+MCP的核心架構(gòu)。首次將帶有硬核處理器（HPS）的SOC方案應(yīng)用于設(shè)計(jì)，有效提升了整機(jī)性能，使得本平臺(tái)可以運(yùn)行 linux系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)TF卡存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)傳輸、智能分析等高級(jí)功能。以前這些功能需要很復(fù)雜的后續(xù)處理系統(tǒng)才能完成，而本設(shè)計(jì)在機(jī)芯中就能實(shí)現(xiàn)。MCP結(jié)構(gòu)作為手機(jī)中常用的存儲(chǔ)方案被應(yīng)用于本設(shè)計(jì)，極大的節(jié)省了電路板面積和降低了系統(tǒng)功耗。針對(duì)探測(cè)器偏置電源小電流，低 Rms紋波噪聲的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了全新的

3、偏置電路，具有極低的紋波噪聲，有力的保證了探測(cè)器輸出的信噪比。探測(cè)器輸出的模擬視頻，經(jīng)過(guò)阻抗轉(zhuǎn)換、信號(hào)調(diào)理、單端轉(zhuǎn)差分、有源濾波等電路送到ADC中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再送給FPGA采集邏輯，F(xiàn)PGA內(nèi)部再進(jìn)行一序列的非均勻性校正，圖像增強(qiáng)等處理，最終通過(guò)視頻編碼器以模擬（CVBS）和數(shù)字（HDMI）兩種方式輸出。PCB設(shè)計(jì)將整個(gè)系統(tǒng)分成3個(gè)單板，按功能依次劃分為探測(cè)器驅(qū)動(dòng)板，核心處理板，電源和接口板。硬件層次結(jié)構(gòu)合理劃分，針對(duì)不同探測(cè)器和后續(xù)

4、接口變更，只需要單獨(dú)修改探測(cè)器驅(qū)動(dòng)板或者接口板，而最復(fù)雜的核心處理板可以繼續(xù)利用。根據(jù)探測(cè)器的時(shí)序要求，設(shè)計(jì)了探測(cè)器驅(qū)動(dòng)邏輯，串行控制器邏輯，視頻采集邏輯，模塊內(nèi)部的控制邏輯時(shí)鐘獨(dú)立于總線時(shí)鐘，減小了整個(gè)邏輯設(shè)計(jì)資源開(kāi)銷，降低了系統(tǒng)功耗，參數(shù)化的設(shè)計(jì)，保證了邏輯模塊的可移植性。
　　最終通過(guò)評(píng)估，本課題開(kāi)發(fā)的紅外熱像儀硬件平臺(tái)具有體積小、功耗低、質(zhì)量輕、性能強(qiáng)、易于功能拓展、軟硬件可升級(jí)的特點(diǎn)，在整體方案、性能和功能上上優(yōu)于業(yè)內(nèi)同