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机载投弃式海面油膜厚度测量采集与处理系统研究

作　者: 吴昊
导　师: 吕且妮
学　校: 天津大学
专　业: 光学工程
关键词: 油膜厚度测量 DSP FPGA 离线实验
分类号: X834
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


油膜厚度是计算溢油量必须的参数之一,为溢油治理(如分散剂的正确合理使用和现场焚烧等)提供有效合理的指导,为理解油层扩展动力学的基本理论提供重要的科学依据,对天气、气候和海洋环境处理具有重要的意义。本文在实验室已研制的基于DSP的海上油膜厚度测量数据采集系统基础之上,针对该采集处理系统中由于被测物体厚度变化采集到的光斑图像产生失真以及DSP数据量过大的问题,设计了基于DSP+FPGA的数据采集与处理电路,所做的主要工作如下:1.设计了以DSP芯片TMS320C5502为主处理器,以FPGA芯片E2C5T144为预处理电路的双光路数据采集系统,绘制了PCB版图并完成了系统的制作。2.开发了基于DSP的光斑图像阈值分割,平滑滤波以及质心提取算法。3.完成了机载投弃式海面溢油油膜厚度测量传感器整机的调试,在实验室条件下以及在离线条件下,对标准块规进行了实验。测量结果验证了所研制的采集处理系统的可行性。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-13
  1.1 课题研究意义  8-9
  1.2 油膜厚度测量国内外研究现状  9-10
  1.3 机载投弃式海上溢油油膜测量系统  10-11
    1.3.1 差分激光三角法测量基本原理  10-11
    1.3.2 系统构成  11
  1.4 课题成果及存在问题  11-12
  1.5 本文的主要内容  12-13
第二章 数据采集处理系统的设计  13-23
  2.1 系统硬件框图  13-14
  2.2 系统设计思想以及主要器件  14-16
    2.2.1 实时图像采集处理的实现方式  14-15
    2.2.2 主要芯片的介绍及选择。  15-16
  2.3 电路设计  16-20
    2.3.1 电源设计  16-18
    2.3.2 系统上电加载  18-20
    2.3.3 DSP 的存储空间扩展  20
    2.3.4 LVDS 电平转换接口  20
  2.4 电路实物图  20
  2.5 本章小结  20-23
第三章 基于FPGA 的信号预处理电路设计  23-40
  3.1 可编程逻辑器件  23-24
  3.2 相机增益的自动调节电路逻辑设计  24-30
    3.2.1 相机的积分时间  24-25
    3.2.2 基于反馈模式的增益自动调节设计  25-27
    3.2.3 增益自动调节电路的逻辑实现  27-29
    3.2.4 实验结果  29-30
  3.3 光斑提取模块设计  30-35
    3.3.1 光斑提取思路  31
    3.3.2 光斑提取流程与仿真实现  31-35
  3.4 数据缓存模块  35-39
    3.4.1 数据缓存结构  35-36
    3.4.2 乒乓缓冲模块  36
    3.4.3 缓冲模块与DSP 的配合  36-38
    3.4.4 控制模块逻辑仿真  38-39
  3.5 本章小结  39-40
第四章 基于DSP 的数据采集系统程序设计  40-47
  4.1 DSP 的工作流程  40-41
  4.2 数据处理算法  41-45
    4.2.1 质心算法  41
    4.2.2 阈值分割  41-43
    4.2.3 平滑滤波  43-44
    4.2.4 数据处理流程  44-45
  4.3 串口数据发送  45-46
  4.4 本章小结  46-47
第五章 系统调试与实验  47-63
  5.1 系统调试  47-50
    5.1.1 电源模块的调试  47
    5.1.2 相机接口电路的调试  47-48
    5.1.3 FPGA 的调试  48
    5.1.4 DSP 的调试  48-50
    5.1.5 串口通讯调试  50
  5.2 系统集成及其调试  50-51
  5.3 实验室环境下的厚度测量实验  51-54
    5.3.1 块规测量实验  52
    5.3.2 重复性实验  52-54
  5.4 数据通讯实验  54-56
  5.5 离线测试  56-62
    5.5.1 通讯软件  56-57
    5.5.2 空气环境中的实验  57-59
    5.5.3 水环境中的实验  59-62
  5.6 本章小结  62-63
第六章 总结与展望  63-65
  6.1 总结  63
  6.2 展望  63-65
参考文献  65-68
发表论文和参加科研情况说明  68-69
致谢  69

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境质量评价与环境监测 > 环境监测 > 海洋监测
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