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基于FPGA和NiosⅡ的火焰检测系统研究

作　者: 周之涵
导　师: 谭克俊
学　校: 大连海事大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: FPGA Nios Ⅱ 视频监控火焰检测
分类号: TP368.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 55次
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内容摘要

随着现代社会的发展,人们的生活环境日益复杂化,导致各类火灾的控制越来越困难,消防系统对火焰检测的要求不断提高,单纯依靠人力的方法已经无法满足需要。以计算机技术、应用电子技术和数字图像处理技术为基础的智能火焰检测应运而生本设计以基于FPGA和Nios Ⅱ的火焰检测系统为主题进行研究,将视频的采集、火焰检测和视频显示集合到一个体积较小的嵌入式系统中,具有小型化、易使用的特点。视频监控系统以Altera公司Cyclone Ⅱ系列的EP2C70F896C6芯片为核心,采用TRDB-D5M作为视频采集元件,视频的采集控制等部分用硬件实现,火焰检测部分由嵌入的Nios Ⅱ软核处理器通过软件方式完成,在FPGA开发板上实现从视频采集到火焰检测的完整设计,火焰检测结果通过VGA显示器观察。论文在简单介绍了消防系统火灾控制现状、基于FPGA的嵌入式系统组成及特点之后,重点论述了火焰检测系统的详细设计过程,主要包括方案设计、器件选择、硬件设计和软件代码编写几个方面。论文对硬件设计的各个模块核心功能进行了说明,并介绍了在Nios IDE平台下使用软件设计进行火焰检测的过程。在软件设计过程中,论文还提到了一种在Nios Ⅱ IDE平台下观察视频中一帧图像的方法,可将摄像头采集到的视频数据或图像处理中间过程的一帧图片以BMP文件的形式写入到PC机中。本设计软件与硬件相结合,软件方法便于算法的实现和升级优化,硬件方法减少了软核系统的处理压力,增强系统了实时性。整个系统即能完成火焰检测的基本功能,又能满足视频监控的实时性要求。本设计完成了火焰检测系统的软硬件设计与调试工作,实现了实验室环境下火焰的检测识别、标记定位及跟踪,并在论文的末尾展示了实验中火焰检测的效果图。本系统预留了充足的存储空间和FPGA逻辑资源,可满足后续复杂图像处理算法实现及系统优化升级的要求。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-10
第1章绪论  10-14
  1.1 课题背景及意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-12
  1.3 研究目标  12
  1.4 论文所做工作  12-14
第2章 FPGA及SOPC简介  14-18
  2.1 现场可编程门阵列(FPGA)  14-15
  2.2 可编程片上系统  15-18
    2.2.1 SOPC技术简介  15-16
    2.2.2 软核处理器Nios Ⅱ  16-18
第3章系统的整体结构  18-34
  3.1 系统结构及工作流程  18-21
    3.1.1 系统结构框图  18-19
    3.1.2 系统的工作流程  19-21
  3.2 系统硬件组成  21-24
    3.2.1 存储器  21-22
    3.2.2 开发板  22-23
    3.2.3 图像传感器  23-24
  3.3 开发板(DE2-70)  24-30
    3.3.1 Cyclone Ⅱ 2C70 FPGA  25-27
    3.3.2 USB Blaster电路  27-28
    3.3.3 存储器电路  28-29
    3.3.4 VGA接口电路  29-30
  3.4 摄像头套件(TRDB_D5M)  30-34
第4章系统各模块设计  34-56
  4.1 摄像头配置模块  34-36
  4.2 RGB色彩合成模块  36-39
  4.3 SDRAM控制模块  39-47
    4.3.1 FIFO简介  39-41
    4.3.2 SDRAM工作原理  41-42
    4.3.3 多通路SDRAM设计  42-47
  4.4 Nios Ⅱ软核处理系统模块  47-52
    4.4.1 软核处理系统功能分析  47-48
    4.4.2 定制CMOS控制器  48-50
    4.4.3 构建软核处理系统  50-52
  4.5 VGA模块  52-56
    4.5.1 显示控制  52-53
    4.5.2 目标定位  53-56
第5章软件开发环境Nios Ⅱ IDE及火焰检测算法  56-67
  5.1 Nios Ⅱ IDE  56-58
    5.1.1 Nios Ⅱ IDE简介  56-57
    5.1.2 HAL及软件工程构成  57-58
  5.2 帧图片的提取与观察  58-61
  5.3 火焰检测  61-67
    5.3.1 火焰特征  61-62
    5.3.2 火焰检测算法  62-67
第6章系统调试与总结  67-73
  6.1 软硬件调试  67-69
  6.2 系统资源利用概况  69-70
  6.3 下载配置  70-71
  6.4 火焰视频图像检测试验结果  71-73
结论  73-75
参考文献  75-78
致谢  78-79
作者简介  79

基于FPGA和NiosⅡ的火焰检测系统研究

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