本文關(guān)鍵詞：木材孔洞缺陷聲振檢測系統(tǒng)的研究開發(fā)

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【摘要】：我國森林資源總量不足,分布不均,而且由于天然林保護工程的實施,使得木材資源短缺的問題日益嚴(yán)峻,國內(nèi)的需求量卻與日俱增,供求矛盾日益顯現(xiàn),加上我國對于木材的綜合利用率較低,極大地制約了國民經(jīng)濟的發(fā)展。因此合理利用森林木材資源,提高其利用率十分重要,而木材缺陷無損檢測正是提高木材利用率的重要舉措之一。聲振法以操作簡單、低成本、對木材無損傷的特點在木材缺陷無損檢測中逐漸受到重視。隨著FPGA技術(shù)的不斷發(fā)展,FPGA以其高性能、低功耗的特點逐漸應(yīng)用到聲振系統(tǒng)的開發(fā)中。因此本文基于FPGA對木材缺陷聲振檢測系統(tǒng)進行了研究和開發(fā)。本文首先研究分析了現(xiàn)有的木材缺陷聲振檢測系統(tǒng)的優(yōu)點與不足,根據(jù)聲波信號采集理論、FPGA設(shè)計方法及低功耗系統(tǒng)設(shè)計理論及方式、信號傳輸方式以及上位機處理算法等內(nèi)容,分析系統(tǒng)需求,提出木材缺陷聲振檢測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)與工作流程。其次以萊迪思FPGA芯片iCE40HX1K為核心,同時選用低功耗的音頻編解碼芯片WM8731、USB轉(zhuǎn)換芯片F(xiàn)T2232H等器件,在Altium Designer中完成了系統(tǒng)各個模塊電路原理圖設(shè)計和PCB制板,包括電源模塊、程序下載模塊、聲波信號采集模塊以及USB通信模塊等。然后根據(jù)萊迪思FPGA的開發(fā)流程,在iCE40 cube2開發(fā)環(huán)境中完成系統(tǒng)各個模塊的接口設(shè)計和Verilog HDL硬件描述,其中包括全局復(fù)位設(shè)計、WM8731驅(qū)動控制器設(shè)計及一些數(shù)據(jù)處理如串并轉(zhuǎn)換、閾值判斷、數(shù)據(jù)截取等,以及對系統(tǒng)進行了升級改進,提高了采樣頻率和增加了采樣點。還包括數(shù)據(jù)緩存器FIFO的建立以及FPGA與FTDI芯片的接口設(shè)計,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、處理、上傳。最后在上位機處理模塊中完成數(shù)據(jù)的讀取和缺陷的識別。通過對系統(tǒng)的實驗測試驗證,系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對木材孔洞缺陷的檢測,包括位置和大小的識別；減少了芯片邏輯資源的消耗,大大地降低了系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)功耗,延長了電池的使用時間,實現(xiàn)了低功耗的設(shè)計要求。
【關(guān)鍵詞】：木材缺陷檢測 低功耗 聲振 萊迪思FPGA
【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP274;S781.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-15
• 1.1 研究背景及意義8-9
• 1.2 木材缺陷無損檢測技術(shù)概述9-13
• 1.3 木材缺陷聲振檢測系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容14-15
• 2 木材缺陷聲振檢測系統(tǒng)概述15-21
• 2.1 木材缺陷聲振檢測系統(tǒng)的需求分析15
• 2.2 聲波信號采集原理15-16
• 2.3 FPGA相關(guān)介紹16-19
• 2.3.1 FPGA特點及基本結(jié)構(gòu)16-18
• 2.3.2 FPGA功耗組成18
• 2.3.3 降低功耗的方法18-19
• 2.4 木材缺陷聲振檢測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及工作流程19-20
• 2.5 本章小結(jié)20-21
• 3 檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計21-29
• 3.1 FPGA最小系統(tǒng)電路設(shè)計21-24
• 3.1.1 FPGA器件選型21
• 3.1.2 電源模塊設(shè)計21-22
• 3.1.3 下載模塊設(shè)計22-24
• 3.2 聲波信號采集模塊電路設(shè)計24-25
• 3.3 USB通信模塊電路設(shè)計25-27
• 3.4 本章小結(jié)27-29
• 4 檢測系統(tǒng)軟件開發(fā)29-41
• 4.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境及硬件描述語言29-30
• 4.1.1 開發(fā)環(huán)境29
• 4.1.2 硬件描述語言29-30
• 4.2 全局復(fù)位設(shè)計30
• 4.3 WM8731驅(qū)動控制設(shè)計及數(shù)據(jù)處理30-36
• 4.3.1 控制接口單元31-33
• 4.3.2 數(shù)字音頻接口單元33-34
• 4.3.3 閾值判斷34-35
• 4.3.4 邊沿D觸發(fā)器的設(shè)計35-36
• 4.3.5 數(shù)據(jù)截取模塊設(shè)計36
• 4.4 數(shù)據(jù)緩存FIFO模塊設(shè)計36-37
• 4.5 FIFO模塊與通信模塊接口設(shè)計37-38
• 4.6 上位機處理模塊38-40
• 4.6.1 數(shù)據(jù)接收部分38-40
• 4.6.2 數(shù)據(jù)處理部分40
• 4.7 本章小結(jié)40-41
• 5 系統(tǒng)測試41-46
• 5.1 孔洞缺陷位置檢測41-43
• 5.2 孔洞缺陷大小檢測43
• 5.3 功耗測試43-44
• 5.4 邏輯資源消耗44-45
• 5.5 本章小結(jié)45-46
• 6 結(jié)論與展望46-47
• 參考文獻47-52
• 附錄52-67
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文67-68
• 致謝68-69

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本文編號：919007