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《基于fpga的嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、基于FPGA的嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)源：無(wú)線測(cè)溫http://www.testeck.com目前，圖像監(jiān)控系統(tǒng)大多采用PC和視頻采集卡作為系統(tǒng)主要部分，基于嵌入式技術(shù)的圖像監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備在我國(guó)還只是起步階段，沒(méi)有成熟的產(chǎn)品應(yīng)用。這一現(xiàn)狀的根本原因就是我國(guó)在開(kāi)發(fā)這類(lèi)產(chǎn)品時(shí)，沒(méi)有統(tǒng)一的開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)和共用的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，而且沒(méi)有可靠的功能和性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)企業(yè)的開(kāi)發(fā)技術(shù)力量分散，極大的影響了該類(lèi)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的效率和可靠性。而制造出來(lái)的產(chǎn)品同國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相比，功能相差太大，沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力，市場(chǎng)基本上被國(guó)外公司所占領(lǐng)。因此，開(kāi)發(fā)一個(gè)該類(lèi)嵌入式系統(tǒng)勢(shì)在必行。系統(tǒng)總體方
2、案為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)圖像報(bào)警和圖像采集，本文設(shè)計(jì)了動(dòng)體檢測(cè)算法，這是因?yàn)榻^大多數(shù)情況下我們只對(duì)監(jiān)控區(qū)域中運(yùn)動(dòng)的物體感興趣，這樣可以過(guò)濾掉只包含靜態(tài)背景的圖像，從而降低了對(duì)有限的嵌入式硬件資源的消耗。由于活動(dòng)物體大多是人，而且這也是圖像監(jiān)控的目標(biāo)，為此加入了人體信號(hào)探測(cè)器，用以輔助動(dòng)體檢測(cè)，以達(dá)到降低圖像報(bào)警誤報(bào)率的目的。本系統(tǒng)主要集成了圖像采集、控制和存儲(chǔ)等器件或芯片，組成了以FPGA為控制核心的實(shí)時(shí)圖像監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)的總體方案如圖1所示?！ D1圖像監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)工作流程為：系統(tǒng)上電后，F(xiàn)PGA從外部EEPROM自動(dòng)加載程序，I2C模塊對(duì)
3、CIS進(jìn)行初始化工作參數(shù)配置。CIS向FPGA輸入圖像數(shù)據(jù)信號(hào)，F(xiàn)PGA將采集的原始數(shù)據(jù)(RAW)轉(zhuǎn)換成RGB格式，幀緩沖模塊(FrameBuffer)每次將相鄰兩幀圖像數(shù)據(jù)寫(xiě)入SDRAM，然后比較這兩幀圖像的差值，如果差值大于設(shè)定的閾值，并且人體探測(cè)器輸出高電平，就認(rèn)為檢測(cè)到了外界場(chǎng)景的運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將捕獲的圖像輸出到SD卡進(jìn)行存儲(chǔ)。圖2給出了系統(tǒng)的工作流程?！ D2系統(tǒng)工作流程圖 圖3電源電路原理圖系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)圖像監(jiān)控系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)量較大，同時(shí)還要滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求，因此板載電路需要選用容量較大，速度較快的器件。本系統(tǒng)采集的一幀
4、圖像分辨率大小為640×480，色深是24位，檢測(cè)時(shí)需要在SDRAM緩存兩幀，因此SDRAM的容量必須大于1.8M字節(jié)(640×480×3×2=1843200字節(jié))，由于每個(gè)像素位寬為24位，同時(shí)NIOS是32位的處理器，所以SDRAM的位寬最好是32位。外部提供給FPGA的晶振頻率必須大于CIS的像素時(shí)鐘25MHz。考慮到檢測(cè)算法需要較多的邏輯資源，因此FPGA的片內(nèi)LE要很豐富，另外FPGA的管腳必須要滿(mǎn)足外部器件連接的要求，在本系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)所有器件的I/O口相連，F(xiàn)PGA的I/O管腳必須大于150個(gè)。由于電路原理圖較多，這里只給出其
5、中的一部分。主控制芯片電路本系統(tǒng)選用的Cyclone系列FPGA器件的具體型號(hào)是EPlCl2Q240C8。邏輯資源達(dá)12060個(gè)邏輯單元(LE，LogicElements)，片內(nèi)RAM的容量為239616bits。完全可以滿(mǎn)足圖像采集的設(shè)計(jì)要求。其內(nèi)核供電采用1.5V、0.13um工藝，功耗較低。Cyclone器件支持各種單端I/O接口標(biāo)準(zhǔn)，如3.3V、2.5V、1.8V、LVTTL、LVCMOS、SSTL。Cyclone器件具有兩個(gè)可編程鎖相環(huán)(PLL)和八個(gè)全局時(shí)鐘線，提供健全的時(shí)鐘管理和頻率合成功能，實(shí)現(xiàn)最大的系統(tǒng)性能。Cyclon
6、e器件具有高級(jí)外部存儲(chǔ)器接口，允許設(shè)計(jì)者將外部單數(shù)據(jù)率(SDR)SDRAM，雙數(shù)據(jù)率(DDR)、SDRAM和DDRFCRAM器件集成到復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，而不會(huì)降低數(shù)據(jù)訪問(wèn)的性能。Cyclone系列FPGA器件基于一種全新的低成本架構(gòu)，從設(shè)計(jì)之初就充分考慮了成本的節(jié)省，因此可以為價(jià)格敏感的應(yīng)用提供全新的可編程的解決方案。電源電路一般而言，F(xiàn)PGA器件出于芯片設(shè)計(jì)、多電平接口的需要，電源都分為兩組：VCCINT和VCCIO，即內(nèi)核電源和I/O電源，隨著芯片內(nèi)部連線尺度的逐漸減小，核心電源電壓和接口電壓也越來(lái)越低。本設(shè)計(jì)中EPlCl2器件的VCC
7、INT為1.5V，VCCIO為3.3V。目前總的來(lái)說(shuō)有三種電源解決方案，分別是線性穩(wěn)壓器電源(LDO)、開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電源和電源模塊。LDO線性穩(wěn)壓器適用于降壓變換，具體效果與輸入/輸出電壓比有關(guān)。從基本原理來(lái)說(shuō)，LDO根據(jù)負(fù)載電阻的變化情況來(lái)調(diào)節(jié)自身的內(nèi)電阻，從而保證穩(wěn)壓輸出端的電壓不變。其變換效率可以簡(jiǎn)單地看作輸出與輸入電壓之比。由于采用線性調(diào)節(jié)原理，LDO本質(zhì)上沒(méi)有輸出紋波。與LDO相比，DC/DC調(diào)整器輸出紋波電壓較大、瞬時(shí)恢復(fù)時(shí)間較慢、容易產(chǎn)生電磁干擾(EMI)。系統(tǒng)電源輸入電壓為5V，3.3V電壓供電部分采用了ASl084；此外，
8、對(duì)于FPGA的PLL工作需要的1.5V電源部分，采用AMS1117-1.5LDO來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于Altera的PLL是模擬電路實(shí)現(xiàn)的，其對(duì)電源噪聲比較敏感，所以在設(shè)計(jì)PCB的時(shí)候，對(duì)給PU的供電部
