本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的探測器接口及近紅外數(shù)據(jù)分析研究

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【摘要】：我國急需具有小型專用化、智能化、在線檢測化功能的近紅外光譜儀,應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測。前期自研的CA-NIR-WN03型小麥營養(yǎng)成分近紅外光譜測定儀,探測波長范圍較窄,因此,主要研究了近紅外數(shù)據(jù)獲取技術(shù)與方法,研制了能探測0.9-1.7μmm近紅外光譜數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng),分析了不同數(shù)據(jù)預(yù)處理方法對模型預(yù)測小麥蛋白成分效果的影響。本文的主要研究內(nèi)容如下：(1)模塊化設(shè)計了近紅外光譜數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)。采用模塊化的方法將硬件電路分為FPGA模塊、G9214-512S驅(qū)動模塊、A/D7961數(shù)據(jù)采集模塊、RS422接口模塊和電源模塊。將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能模塊化設(shè)計,硬件方面按模塊布局,方便系統(tǒng)的調(diào)試,同時模擬功能區(qū)和數(shù)字功能區(qū)分開提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。(2)采用VHDL硬件描述語言完成FPGA控制和時序驅(qū)動的功能。采用模塊化、從底層到頂層逐級設(shè)計的方法,在各個功能模塊的實現(xiàn)及各模塊之間的通信采用了狀態(tài)機設(shè)計思想,狀態(tài)機的引入簡化了問題,提高了設(shè)計效率。(3)實驗分析了所設(shè)計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能：分別進(jìn)行了無光照條件下和飽和光照條件下G9214-512S輸出Video數(shù)據(jù)采集試驗,試驗結(jié)果表明：無光照條件下上位機采集到的Video電壓為0.02V,波動范圍0.14V,飽和光照下上位機采集到的Video電壓為3.2V,波動范圍0.2V,同步觸發(fā)信號周期為8us,電壓值3.3V,與技術(shù)文檔給出的值相符,表明探測器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已經(jīng)能夠準(zhǔn)確采集數(shù)據(jù)。(4)初步試驗了小麥蛋白近紅外檢測方法：對小麥蛋白成分通過交叉驗證法建立化學(xué)計量學(xué)模型,對比分析了四種數(shù)據(jù)預(yù)處理方法,結(jié)果表明：采用一階倒數(shù)法和一階導(dǎo)數(shù)+一條直線法預(yù)處理數(shù)據(jù)得到的模型最優(yōu)。
【關(guān)鍵詞】：FPGA 探測器 數(shù)據(jù)采集 近紅外 化學(xué)計量學(xué)模型 數(shù)據(jù)分析
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH744.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• abstract5-12
• 第1章 緒論12-17
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 課題研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 技術(shù)路線圖15-16
• 1.3.1 本文的研究內(nèi)容15
• 1.3.2 本文的技術(shù)路線15-16
• 1.4 本章小結(jié)16-17
• 第2章 近紅外光譜測定儀與光譜分析方法17-27
• 2.1 近紅外光譜測定儀17-22
• 2.1.1 光源系統(tǒng)17-18
• 2.1.2 旋轉(zhuǎn)樣品臺設(shè)計18
• 2.1.3 光路系統(tǒng)18-19
• 2.1.4 溫控系統(tǒng)19-20
• 2.1.5 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)20
• 2.1.6 軟件系統(tǒng)20-21
• 2.1.7 測定儀性能特點21-22
• 2.2 近紅外光譜分析方法22-26
• 2.2.1 近紅外光譜分析法分析步驟22-23
• 2.2.2 光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理23
• 2.2.3 校正模型23-25
• 2.2.4 模型檢驗和評價標(biāo)準(zhǔn)25-26
• 2.3 本章小結(jié)26-27
• 第3章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計27-47
• 3.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體方案設(shè)計27-31
• 3.1.1 G9214-512S探測器27-29
• 3.1.2 驅(qū)動方案選擇29-30
• 3.1.3 系統(tǒng)開發(fā)平臺30-31
• 3.2 FPGA配置電路設(shè)計31-35
• 3.2.1 Spartan-3A系列芯片31-33
• 3.2.2 Spartan3 XC3S-200A配置電路設(shè)計33-35
• 3.3 驅(qū)動電路設(shè)計35-36
• 3.4 信號預(yù)處理36-37
• 3.5 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計37-40
• 3.5.1 AD芯片的特性37-38
• 3.5.2 AD7961工作原理38-40
• 3.5.3 AD7961控制電路設(shè)計40
• 3.6 接口電路設(shè)計40-42
• 3.6.1 RS422介紹40-41
• 3.6.2 RS422接口電路設(shè)計41-42
• 3.7 電源模塊設(shè)計42-45
• 3.7.1 FPGA BOARD電源設(shè)計42-44
• 3.7.2 SENSOR BOARD電源設(shè)計44-45
• 3.8 本章小結(jié)45-47
• 第4章 系統(tǒng)控制軟件設(shè)計47-58
• 4.1 總體方案設(shè)計47-48
• 4.1.1 VHDL語言47
• 4.1.2 方案設(shè)計47-48
• 4.2 G9214-512S驅(qū)動模塊設(shè)計48-50
• 4.3 系統(tǒng)A/D采集軟件50-51
• 4.4 數(shù)據(jù)存儲模塊設(shè)計51-55
• 4.5 RS422接口模塊設(shè)計55-57
• 4.5.1 ADFIFO數(shù)據(jù)讀取55-56
• 4.5.2 RS422發(fā)送模塊設(shè)計56-57
• 4.6 本章小結(jié)57-58
• 第5章 系統(tǒng)實驗分析58-66
• 5.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實驗58-61
• 5.2 近紅外數(shù)據(jù)分析實驗61-65
• 5.2.1 小麥樣品的采集和保存61
• 5.2.2 化學(xué)檢測方法61-63
• 5.2.3 模型建立和評價63-65
• 5.3 本章小結(jié)65-66
• 第6章 結(jié)論與展望66-67
• 6.1 結(jié)論66
• 6.2 展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-70
• 致謝70-71
• 作者簡介71

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：636027