一种基于fpga的二维光谱数据处理系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于FPGA的二维光谱数据处理系统，属于一种基于FPGA的数据处理系统。数据传输模块、图像存储模块、FPGA模块以及VGA显示模块顺序电连接，SDRAM控制器控制读写。有益效果是：选用USB来进行数据传输，极大的提高了采集到的光谱图像信息的传输速度，而且采用运算速率快，处理能力强的FPGA作为系统核心，加大了二维光谱图像的处理速度，可以达到整个项目的处理速度要求，进而使钢水检测系统能够更加快速、实时、流畅的进行。
【专利说明】
一种基于FPGA的二维光谱数据处理系统
技术领域
[0001]本发明属于一种基于FPGA的数据处理系统，具体涉及一种基于FPGA的二维光谱数据处理系统。
【背景技术】
[0002]国家科学技术的进步依赖于材料技术的发展，冶金技术直接影响到国家的国防、石化、能源、交通等多个方面的发展。合金的成分决定了合金的组织结构和加工工艺，是合金性能的基础。合金成分优化设计后，能否通过冶炼等加工工艺得到期望的合金就成为材料制造的关键。因此在影响冶金水平的诸多因素中，合金成分的精确控制是主要因素之一，所以冶金分析对于金属冶炼非常重要。
[0003]冶金分析在二十一世纪面临三大问题分别是复杂体系痕量分析、原位状态定量分析以及在线分析。在这三大问题中的重点是在线实时分析。目前国内外的钢铁冶炼主要是采用炉前分析，采用直读光谱仪等进行临线监测，并没有完全实现钢铁冶炼的实时在线监测，在检测过程中需要取出钢水、倒模、冷却、抛磨等繁琐的步骤，这些繁琐的步骤不仅不能有效监测钢水的成分变化，随时对钢液成分进行调整，也因为耗时而不符合节能降耗的宗匕曰ο
[0004]激光诱导等离子体光谱技术(LaserInduCed Plasma SpeCtrosCopy，LIPS)也称作激光诱导击穿光谱技术(Laser InduCed Breakdoffn SpeCtrosCopy，LIBS)，是基于激光和材料相互作用产生的发射光谱的一种定量分析技术，该方法在测量过程中只需几微克即可，故可实现非破坏测量;无需样品预处理即可实现对任何物理状态物质的元素分析，使LIPS技术应用范围非常广泛;LIPS技术是光学技术应用，可测量分析远达几十米处的样品，其远程分析能力对危险、高温环境或敌对环境中有非常大的吸引力；使用LIPS技术进行成分分析，整个过程只需十秒左右，实时性和快速性非常良好;LIPS技术可通过定标对物质中痕量进行定量分析，且检测限和精度完全满足应用需求。这些LIPS技术本身所固有的优势已被越来越多的研究者所感知，使其在近十年来倍受关注，被应用到工业控制、化学分析、环境检测、生物医学、太空应用和文物鉴定等众多领域。
[0005]激光诱导等离子体光谱技术(LIPS技术)应用于金属冶炼在线成分检测因无需采样离线测量，能有效缩短检测时间，不仅可大大降低成本，节约能源，改善品质，还可以提高生产速度，增加冶金产量，同时为冶炼工艺改进提供契机，因此LIPS在线检测设备在冶炼行业生产中应用研究，不仅具有经济效益，还同样具有重要的战略意义。
[0006]项目研制主要分为两大部分:超高分辨率高信噪比光学分光系统研制和光谱信息预处理系统研制。在光谱信息预处理研制中，如果使用纯软件进行光谱信息处理，而没有相应的硬件部分，运行速度慢，对光谱图像的处理速度达不到预期的效果，从而影响钢水的实时在线检测，使项目的研发失去了该有的意义。而且如果使用的硬件部分，运算速度不够快，也同样达不到预期的目的。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种基于FPGA的二维光谱数据处理系统，以解决目前光谱信息预处理研制中存在的问题。
[0008]本发明采取的技术方案是，数据传输模块、图像存储模块、FPGA模块以及VGA显示模块顺序电连接，SDRAM控制器控制读写；
所述数据传输模块通过USB接口接受通过光谱探测系统得到数字光谱信息；
所述图像存储模块用于光谱图像数据的存储，用SDRAM存储，SDRAM控制器控制读写；所述FPGA模块是整个系统的核心部分，它对接受到的二维光谱图像数据先进行降噪与去阈值处理，然后再进行算法处理，进行光谱识别与波长标定；
所述VGA显示模块把接受到的处理过后的数字信号与量值进行曲线表示。
[0009]本发明的有益效果是:选用USB来进行数据传输，极大的提高了采集到的光谱图像信息的传输速度，而且采用运算速率快，处理能力强的FPGA作为系统核心，加大了二维光谱图像的处理速度，可以达到整个项目的处理速度要求，进而使钢水检测系统能够更加快速、实时、流畅的进行。
【附图说明】
[0010]图1是本发明的电路原理框图。
【具体实施方式】
[0011]数据传输模块、图像存储模块、FPGA模块以及VGA显示模块顺序电连接，SDRAM控制器控制读写；
所述数据传输模块通过USB接口接受通过光谱探测系统得到数字光谱信息；
所述图像存储模块用于光谱图像数据的存储，用SDRAM存储，SDRAM控制器控制读写；所述FPGA模块是整个系统的核心部分，它对接受到的二维光谱图像数据先进行降噪与去阈值处理，然后再进行算法处理，进行光谱识别与波长标定；
所述VGA显示模块把接受到的处理过后的数字信号与量值进行曲线表示。
[0012]如图1所示，该系统中包含数据传输模块，图像存储模块、FPGA模块以及VGA显示模块，该系统使用USB接口使FPGA与光谱探测系统进行数据传输以便于获取探测系统得到的光谱信息，在使用USB进行数据传输时，先对USB进行固件程序与驱动程序的编写，确保USB接口能够正常通信。接受到的二维光谱图像信息存储在图像存储模块中，图像存储模块中主要使用SDRAM芯片进行图像数据存储，因为SDRAM具有价格低、体积小、速度快、容量大等优势，所以选用其作为图像数据存储的芯片，但SDRAM的控制逻辑比较复杂，对时序要求也十分严格，不能和众多器件进行透明连接，使用很不方便。这就要求在FPGA中设计一个专门的控制器模块，使系统中其它功能模块能够通过控制模块的接口方便地对SDRAM进行操作，而不必考虑SDRAM内部复杂的结构和时序关系，所以在图像存储模块中还要设计一个SDRAM控制器，来控制存储器的数据读写，SDRAM控制器具有上电初始化、自动刷新、读写逻辑控制和仲裁机制功能，可以使SDRAM更加快捷方便被使用。然后所述FPGA模块从SDRAM中读取图像数据进行算法处理，FPGA模块主要通过谱还原算法来使二维光谱图像信息转化为一维连续的无重叠光谱信息，也就是钢水检测项目中二维光谱数据处理系统的目的，而在进行此算法之前，可以先对二维光谱图像进行降噪与去阈值处理，通过FPGA模块处理后光谱图像的数字信号，进过数模转换，转换成模拟信号，通过VGA接口连接进行VGA显不O
[0013]本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0014]以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
【主权项】
1.一种基于FPGA的二维光谱数据处理系统，其特征在于:数据传输模块、图像存储模块、FPGA模块以及VGA显示模块顺序电连接，SDRAM控制器控制读写。2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的二维光谱数据处理系统，其特征在于:所述数据传输模块通过USB接口接受通过光谱探测系统得到数字光谱信息。3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的二维光谱数据处理系统，其特征在于:所述图像存储模块用于光谱图像数据的存储，用SDRAM存储。4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的二维光谱数据处理系统，其特征在于:所述FPGA模块是整个系统的核心部分，它对接受到的二维光谱图像数据先进行降噪与去阈值处理，然后再进行算法处理，进行光谱识别与波长标定。5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的二维光谱数据处理系统，其特征在于:所述VGA显示模块把接受到的处理过后的数字信号与量值进行曲线表示。
【文档编号】G01N21/71GK105844652SQ201610232450
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月14日
【发明人】邱中中, 马海涛, 刘忠禹
【申请人】吉林大学