全钒液流电池充放电测试系统设计

针对以太网技术在高速图像传输中常见的带宽利用率低,传输协议受限的问题,设计了一种基于可编程逻辑器件FPGA实现千兆以太网传输系统的方案,分析了基于IEEE802.3标准的以太网帧格式和循环冗余校验(CRC),实现了MAC数据包的封装和PHY芯片88E1111的配置,完成了千兆网络系统的设计和高速数据的传输。结果表明,该方案具有成本低,传输速率快且传输协议不受限制的优势,并最终成功应用于某水下高速图像传输系统中。     

基于FPGA的无创伤血液成分光谱采集系统设计

血液成分检测是健康诊断的重要手段,常规的血液成分检测采用抽血的方法,不仅给病人带来痛苦,还存在交叉感染的风险。近红外光谱技术是无创伤血液成分检测中的研究热点。为满足近红外无创伤血液成分检测仪器对其光谱数据采集系统提出的高速、多通道和高信噪比的要求,设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的高速、多通道光谱数据采集系统。该系统采用Altera公司Cyclone IV系列的FPGA芯片作为其微控制器,控制两片8通道的A/D芯片并行采集16通道的人体血液脉搏波光谱信号,采集到的数据在FPGA的控制下首先缓存在FPGA内部建立的乒乓RAM中,然后转存至外部SRAM芯片中,最后经USB总线传输至计算机。实验结果表明,在19 531 Hz的采样频率下,该系统能够高速并行采集16个通道的信号,重复性信噪比可达40 000∶1。此外,在该采样率下,系统可以采集到高信噪比的人体血液脉搏波信号,采集速度能够达到每秒305幅光谱图。该系统满足近红外无创伤血液成分检测仪器对于光谱数据采集系统的基本要求。该研究的主要创新点为将FPGA应用于近红外无创伤血液成分检测仪器的数据采集系统中,FPGA能够同时控制两片AD芯片进行16路人体血液脉搏波数据的高速并行采集,解决了单片机作为微控制器时无法实现多通道大量数据高速采集和储存的问题,使仪器的采集速度大大加快;同时使用FPGA内部资源建立乒乓RAM进行数据的缓冲,实现了不同位数数据从AD芯片到SRAM芯片的无缝连续传输。     

光码分多址并行图像传输系统的最佳光正交签名图形构造

图像传输和接入要求系统的吞吐量超过Gb/s,若采用常规光码分多址系统来实现图像传输,对光电器件的要求高、实现难度大,解决方案是采用光码分多址并行图像传输系统.针对并行图像传输的签名序列是一种二维光正交签名图形,是一种全新形式的签名码,构造最大容量的光正交签名图形(最佳光正交签名图形)的方法很少这一问题,提出一种区组设计构造算法.算法的思想是根据差集合和光正交码的关系,将差集合和区组设计的概念推广到二维空间,根据二维差集合和光正交签名图形的关系从而构造出最佳光正交签名图形.详细阐述了构造最佳光正交签名图形的步骤,对算法进行了仿真.仿真结果说明该算法可以有效地构造出最佳光正交签名图形.     

考虑通孔横向热传输效应的三维集成电路热分析

考虑横向热传输效应,构造一种包含通孔结构的叠层芯片三维热传输模型.在具体的工艺参数下验证叠层芯片层数、通孔密度、通孔直径和后端线互连层厚度对三维集成电路热传输的影响.结果显示,采用该模型仿真得到的各层芯片温升要低于不考虑横向热传输时所得到的温升,差异最大可达10%以上,并且集成度要求越高,其横向热传输效应的影响越明显.该模型更符合实际情况,能够更准确地分析三维集成电路的各层芯片温度.     

基于73K222AU芯片实现单片机远程通信

远距离数据采集与传输主要依赖于公共有线或无线网络,数据交换和远程控制容易泄露信息,不利于重要数据有效保护。为了实现专用线路远程通信,有效解决长距离数据传输困难,提出基于调制解调器73K222AU芯片与单片机AT89S52 、变压器HR219307的硬件电路和接口电路设计方法,达到数据和信号远程交换;通信校验采用CRC循环冗余码校验算法与奇偶校验算法,不仅简化了运算,同时有效解决传输误码影响;程序设计采用结构清晰的C51语言,还具有汇编语言的硬件操作能力。实验结果显示,采用73K222AU芯片设计的电路,能够实现单片机远程通信,数据传输距离远、可靠性高、通信组网方便、环境适应能力强,满足野外专用数据通信组网。     

基于FPGA的FSO准同步数字复接器的实现

为了实现多路信号在同一大气信道中的传输,提出一种适用于自由空间光通信(FSO)系统的准同步数字复接方案.该方案利用数字复接扩大传输容量,通过加入滤波模块和采用择多判决的方法,提高系统的抗干扰能力.整个系统采用自顶向下模块化的方法进行设计,所有功能模块均用VHDL语言进行描述,并用现场可编程门阵列(FPGA)芯片EP1C3T100C6对整个系统进行硬件实现.以三路准同步数字信号的复接分接为例,给出了软件仿真和硬件实验结果.结果表明系统可以准确、可靠地实现三路准同步信号的复接分接.     

GPON体系结构研究

千兆比特无源光网络(GPON)是一种面向下一代网络(NGN)的接入技术,它具有速率高、传输距离长、效率高和可伸缩性强等关键优势.同时,GPON支持引入更高带宽的以太网新业务,并能低成本提供传统的语音服务.介绍了GPON的标准化进展,分析了GPON的系统结构和协议参考模型,并给出了传输汇聚层的分层结构.     

千兆无源光网络上行光信号特性研究与检测方案

由于千兆无源光网络系统中的上行光信号采用高速突发模式,故对其特性的检测是实现实时光层监测的难点.详细分析了上行光信号的传输特性、帧开销及噪声模型.并在此基础上,设计了一种检测方案,该方案通过高阻抗的前置放大器将信号引出,不影响原系统的正常工作,从而满足了实时检测的需要;通过峰值检波电路将高频突发信号降为低频进行处理,大...     

基于熔融拉锥光纤的液体折射率传感器

从理论和实验上研究了一种价格低廉、操作简单、可用于多点并行测量的液体折射率光纤传感器.该传感器采用分路器进行预分光,利用高稳定放大自发辐射光源作为光源、普通光功率计作为光电探测器,以熔融拉锥光纤作为传感单元.建立了一个简单模型,分析了芯层所携带的光功率占总的光功率的比值随外部介质折射率变化的关系.实验上对不同折射率样品的传输损耗进行了测量,采用对比方法作出了传输损耗随折射率变化的定标曲线.实验结果表明:外部介质折射率越高,传输损耗越大.并验证了反射器(光纤布拉格光栅)的引入能够有效的提高系统的灵敏度.     

基于MAX9259/MAX9260的CameraLink图像数据光纤传输技术

为了提高光电经纬仪上图像传输系统的性能,建立了光纤传输系统,本文针对传统Camera Link光纤传输系统方案中FPGA开发繁琐的问题,结合Camera Link接口协议和串行/解串行技术,设计了一种新的base型Camera Link的光纤传输系统,该系统采用Ser Des芯片组MAX9259/MAX9260代替编解码芯片,实现数据在Cameralink并行接口与光电转换模块串行接口之间的相互转化,并通过两种实验方案验证了系统的可行性。该方案省去传统方案中时分复用及异步FIFO缓存,降低了光纤传输系统的开发难度,并缩短了研发周期。实验结果表明:系统传输速率达到2. 5 Gb/s,具有传输稳定可靠,传输图像质量好,带宽高,抗电磁干扰能力强等特点,可满足多种像素时钟相机的需求。     

基于FPGA的红外焦平面信息获取系统设计

基于红外焦平面探测器的红外遥感技术是实现多通道和高空间分辨率的重要手段,而随着焦平面探测器中探测单元的增加探测数据也急剧增加,研究基于FPGA的高速并行处理技术对解决红外探测领域多通道高速信息获取有重要意义。以FPGA作为控制器件,设计了16通道,数字分辨率为16bit的ADC采集方案,实现对32×32元的红外焦平面探测器数据并行获取,并设计了数据宽度为16bit的数据输出接口,用来完成采样数据的上传功能。实验结果表明该方案设计简洁,数据上传速度控制灵活,可以满足焦平面探测器的信号获取与传输。     

用于电视跟踪系统的并行体系结构研究

本文从计算机并行体系结构的角度研究了适用于电视跟踪器系统的结构,针对其大数据流量与极高处理速度的特点,提出了多指令流多数据流(MIMD)和双总线的布局,达到了电视信号实时处理的目的,实际使用结果证明分析和设计正确、合理,技术先进.     

基于CAN总线接口的光栅信号处理系统研究

针对通用的光栅传感器数据采集系统存在的问题,介绍了一种新型的基于CAN总线的光栅传感器数据采集系统的设计方法。详细介绍了整个系统的硬件电路设计,包括差动放大,整形,用高速A/D转换器进行数据采样,数字信号处理器,CAN总线接口电路设计。同时对系统的特性也作了分析,整个系统具有高速、高准确度、传送距离远等特点。     

基于USB2.0接口传输的多通道图像采集系统设计

在多通道图像采集系统中,采用USB2.0接口完成"海量"数据的传输,其高传输速度,简便的连接及高通用性,比采用图像采集卡更加适合大数据量采集系统与计算机的通信。讨论了基于USB传输的多路图像采集系统的设计,包括USB接口的硬件设计、固件开发以及和应用程序设计。应用程序中采用多线程技术实现图像数据的实时显示和存储。     

基于FPGA的超高速线阵CCD信号采集系统的设计与实现

线阵CCD已广泛应用于在线检测、图像识别等系统,目前高帧率采集系统多在200~500Hz之间。高速线阵CCD采集系统,如1K甚至10KHz以上的采集要求,设计难度大,电路实现复杂,需要专用处理器,产品成本高,提出了一种采用并行高速FPGA驱动线阵CCD,通过常规分立元件完成模拟信号处理,实现数字信号实时传输的方案。该方案不仅简化了硬件设计上的难度,在同等性能情况下,可实现每秒万帧的高速采样,大幅度降低了成本。方案选用Altera FPGA作为控制核心,实现高速信号采集的同时,在片上实现一定的图像算法,不仅加速了图像处理速度,同时降低了计算机的处理压力。最后,本电路通过USB2.0接口,完成数据的实时传输。设计具有高帧率、高灵敏度、性能稳定,便携使用等特点,同时还有一定的通用性,已应用于一些光学系统中。     

便携式多波段多光轴平行性检测仪设计

针对多波段多光轴观瞄仪对光轴平行性检测需求,提出便携式高精度光轴平行性检测仪设计方案。为了减小系统的体积,光学结构采用卡塞格林式准直系统,运用Zemax光学设计软件设计并优化了其光学及结构参数。采用ZnS玻璃作为分划板基底材料设计了多波段共光轴的综合靶标,并利用CCD的感光面作为激光光斑采集靶面,提高了便携性,检测仪器检校光轴一致性偏差在15以内。实验分析结果表明:设计方案满足观瞄仪的高精度校轴和野外快速测试的需求。     

CAN总线技术在光电编码器中的应用

介绍了采用CAN总线数据传输方式的系统中,光电编码器CAN总线接口的设计与应用。首先,设计了由单片机、独立CAN总线控制器SJA1000、CAN总线收发器TJA1050及高速光耦TLP113等构成的光电编码器CAN总线接口硬件电路;然后,介绍了光电编码器CAN总线接口的软件设计,包括初始化的设计、CAN总线报文接收及发送的设计;最后,通过周立功公司的“USBCAN1”型号CAN总线接口卡验证了该光电编码器CAN总线接口设计的可行性。实验中采用1米长的屏蔽双绞线作为传输介质,通信速率为800kbps;结果表明：带有CAN接口的光电编码器克服了传统的通信线路的缺点,具有更高的实时性、可靠性且通信速率高、传输距离长、抗干扰能力强,更加适用于自动化测量和控制系统。     

一种高速CCD视频实时存储方案的速度分析

为了满足高帧频、大面阵CCD数字视频实时存储要求,在分析数字视频的信号特点和SCSI系统数据传输过程的基础上,建立了缓冲并行预处理和SCSI直接存储阵列数据传输的理论模型。从理论和实验两个方面分析了SC SI总线速度和SCSI硬盘持续存储速率两个决定存储速率的主要因素,并且分析了数据分块大小,LBA(逻辑块地址)范围以及系统调度策略对SCSI硬盘阵列数据存储速度的影响。实验表明,通过选择合适的应用背景来减少总线冲突,可以满足100MB/s视频数据的存储要求。     

Study of cross-talk of parallel Fabry–Perot sensors in path-matching differential interferometry

Cross-talk in multiplexing parallel Fabry–Perot sensors in a path-matching differential interferometry (PMDI) can be limited by corresponding path-matching read-out systems. Nevertheless, improper design in cavity lengths of Fabry–Perots can result in serious cross-talk. This paper presents a spectrum analysis to design the parallel Fabry–Perot sensors quantitatively without cross-talk. The spectrum analysis used to solve the cross-talks in a multiple parallel Fabry–Perot system is proved to be an efficient tool. To the author's knowledge, cross-talk problems were first investigated in a multiple parallel Fabry–Perot system quantitatively and experimentally. In a spectrum analysis, the spectrum transfer function in a broadband light source and a Fabry–Perot cavity are simulated by a Gaussian distribution spectrum and a low-finesse reflectivity, respectively. After integrating the whole spectrum system with respect to the wave number, the cross-talk terms can be removed by assuming zero. It is concluded that the cavity length differences between two Fabry–Perots should be longer than the coherence length of a broadband light source to diminish cross-talk effects. Experimental results for two parallel Fabry–Perots in PMDI are presented and compared with theoretical predictions. This study shows good agreement between experimental results and theoretical predictions, indicating that spectrum analysis can be applied properly to the design of two- or multiple-parameter sensors.