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1、基于FPGA的红外热像仪硬件设计,contents,课题背景,红外热像仪行业是一个发展前景非常广阔的新兴高科技产业，红外热像仪广泛应用于军民两个领域。在现代战争条件下，红外热像仪已在卫星、导弹、飞机等军事武器上获得了广泛的应用；同时，随着非制冷红外热成像技术的发展，尤其是随着产业化过程中生产成本的大幅度降低，红外热像仪已在电力、消防、工业、医疗、安防等国民经济的各个部门得到了非常广泛的应用。,热成像技术概述 物体表面热辐射的强弱与该点的温度和表面状态有关，从而形成一幅反映物体温度分布和表面特征的热辐射图像（简称热图像或热像），但人眼无法感受到热辐射，不能直接看见热图像。这就需要某种对红外辐射敏
2、感的材料将其转换成一种可以测量的信号。为提高转换效率和方便使用，这种材料都被制成一种精密巧妙的装置红外探测器。,总体设计,下图为本设计方案的原理框图，系统由非制冷焦平面阵列（UFPA）、热制冷器（TEC）温控电路、A/D转换电路、FPGA、ARM等模块组成。,各模块设计,UPFA驱动电路设计焦平面正常工作需要外部脉冲时钟以及偏置电压驱动。,温度控制电路非制冷红外焦平面阵列内部集成了一个热电制冷器（TEC），通过TEC可以设置及控制红外焦平面的温度。ULIS公司的384288长波非制冷微测辐射热计UFPA正常工作的基准温度为3010mK，焦平面阵列必须稳定工作在此温度。,ADN8830通过UFP
3、A输出的温度电压作为参考，控制UPFA内部的TEC工作，使UPFA稳定工作在设定的温度。TEC控制芯片的基准电压用ADI公司的12位高精度 DAC芯片AD7390实现。,模数转换电路VSP2562是TI公司推出的高速12位单通道模拟前端（AFE）芯片，提供相关双采样、可编程增益放大器及A/D转换等功能，具有很高的转换速率和抗噪声能力，适用于CCD、CMOS等各种探测器模拟图像的信号采集。,视频信号匹配电路红外焦平面阵列输出的模拟信号幅值在1.0V4.2V之间，而A/D转换芯片VSP2562的信号输入范围在-0.33.3V之间。视频信号匹配电路的作用就是调整焦平面输出的模拟视频信号的幅度使其满足
4、A/D转换的要求。,PSpice仿真波形,电源模块设计 电源模块需要提供以下电源电压：驱动红外焦平面阵列UFPA需要的偏置电压：五个读出电路工作需要的偏置电压VDDA，VDDL，VSSA，VSSL，VBUS和微测辐射热计工作需要的偏置电压GSK，VSK，GFID。TEC温度控制芯片ADN8830所需的3.3V电压。信号匹配电路需要的-12V电压。A/D转换芯片VSP2562所需的3.3V电压FPGA需要的1.2V和3.3V电压。SDRAM和FLASH需要的3.3V电压。选用低压差线性稳压器（LDO）获得所需直流电源，可以很好地满足设计指标。红外焦平面的所有偏置电压都由LINRAR公司的LDO电
5、源芯片实现，其中可调偏置电压和某些特定置偏压用LDO结合电位器实现。,驱动时序的程序设计,本设计中要使非制冷红外焦平面阵列、TEC温控电路和A/D转换电路正常工作，一共需要产生的脉冲时序如下：主时钟MC、积分信号INT和复位信号RESET。A/D芯片的相关双采样控制时序SHP和SHD，转换时钟ADCCK。提供温控电路基准电压的DAC芯片AD7390的控制脉冲nLD、DACLK、SDI和nCLR。配置UFPA的串行接口SERDAT和配置A/D芯片的串行接口SDATA、SCLK、SLOAD。,驱动程序流程图,红外焦平面的驱动时序,ADC芯片VSP2562的控制时序,红外焦平面串行控制接口时序,时序仿真,串口初始化时序仿真,控制时序仿真,红外图像效果,Thank You!,
