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基于FPGA的16通道超聲相控陣控制系統(tǒng)的研究

發(fā)布時間:2018-03-09 14:32

  本文選題:超聲相控陣 切入點:稀疏矩陣 出處:《西南交通大學(xué)》2014年碩士論文 論文類型:學(xué)位論文


【摘要】:超聲相控陣檢測技術(shù)是被廣泛應(yīng)用到海洋、鐵路、醫(yī)療、工業(yè)等無損檢測領(lǐng)域中的技術(shù)。超聲相控陣系統(tǒng)具有檢測對象范圍廣、靈敏度高、缺陷定位精確等特點。同時他與普通相控陣相比,還具有快速靈活、良好的聲束可達(dá)性、動態(tài)聚焦、動態(tài)變跡等優(yōu)勢。因此,超聲相控陣系統(tǒng)的研究也成為近些年國內(nèi)外研究和開發(fā)的熱點課題。 本論文主要對超聲相控陣系統(tǒng)中的數(shù)字控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。論文首先介紹了超聲相控陣的組成、基本檢測原理、控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。然后介紹了控制系統(tǒng)中的算法和主要功能模塊的設(shè)計。 論文詳細(xì)介紹了超聲相控陣控制系統(tǒng)的設(shè)計方案,以FPGA為主控制芯片,重點對超聲相控陣中的發(fā)射波束控制、聚焦控制、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸?shù)冗M(jìn)行了基于FPGA的開發(fā),完成了FPGA中SDRAM,異步FIFO等關(guān)鍵模塊的開發(fā)。對相控陣中的稀疏矩陣設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了matlab仿真、M2M實驗驗證、FPGA開發(fā)。同時,為了便于對系統(tǒng)的控制,開發(fā)了基于MFC的上位機(jī)控制平臺,實現(xiàn)收發(fā)控制、數(shù)據(jù)傳輸和圖像顯示。使用USB2.0進(jìn)行PC機(jī)和FPGA數(shù)字硬件控制端的連接,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)和命令的高速傳輸。同時整個控制系統(tǒng)為其他的開發(fā)者預(yù)留了發(fā)射參數(shù)接口,也為需要做后期DSP處理的開發(fā)者提供了數(shù)據(jù)和接口。 整個系統(tǒng)的開發(fā)完成了建模、仿真和測試。最后,將控制系統(tǒng)進(jìn)行M2M實驗驗證,并將其與超聲相控陣前端系統(tǒng)連接進(jìn)行了試驗測試,利用上位機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)了16通道相控陣的收發(fā)控制、A掃顯示和數(shù)據(jù)存儲,達(dá)到了預(yù)期要求。
[Abstract]:Ultrasonic phased array detection technology is widely used in the ocean, railway, medical, industrial and other fields of nondestructive testing technology. Ultrasonic phased array system has a wide range of detection objects, high sensitivity, At the same time, compared with ordinary phased array, it also has the advantages of fast and flexible, good acoustic beam reachability, dynamic focusing, dynamic apodization and so on. The research of ultrasonic phased array system has also become a hot topic in domestic and foreign research and development in recent years. In this paper, the digital control system of ultrasonic phased array system is studied. Firstly, the composition of ultrasonic phased array and the basic detection principle are introduced. Then the algorithm of the control system and the design of the main function module are introduced. This paper introduces the design scheme of ultrasonic phased array control system in detail, with FPGA as the main control chip, focusing on transmitting beam control, focusing control, data receiving, data storage in ultrasonic phased array. Data transmission is developed based on FPGA, and the key modules such as SDRAM and asynchronous FIFO in FPGA are developed. The key technology of sparse matrix design in phased array is verified by matlab simulation. In order to control the system easily, a control platform based on MFC is developed, which can realize transceiver control, data transmission and image display. The PC and FPGA digital hardware control terminal are connected with USB2.0. At the same time, the whole control system has reserved the transmitting parameter interface for other developers, and also provided the data and interface for the developers who need to do the late DSP processing. The whole system has completed the modeling, simulation and testing. Finally, the control system is verified by M2m experiment, and connected with the ultrasonic phased array front-end system. The 16 channel phased array transceiver control scan display and data storage are realized by using the upper computer program, which meets the expected requirements.
【學(xué)位授予單位】:西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2014
【分類號】:TB553

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號:1588935

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