用于太阳电池缺陷检测的图像采集系统

摘要

在全球化石油、煤矿能源越来越接近枯竭的严峻形势和污染日趋严重的压力下,使得太阳能作为新型能源在市场上占据了重要的地位。而太阳能电池是光伏发电的核心器件,它的质量直接会影响着光伏组件的效率。因此,太阳能电池缺陷的检测技术则被广泛的应用于该行业中,而在太阳能电池缺陷检测系统中,最重要的就是成像图像的采集与处理过程。本论文主要的目的是介绍了太阳能电池片的缺陷检测相关背景,对基于可编程逻辑阵列 FPGA的设计方法做了简介,并结合 FPGA与专用集成电路ASIC技术的优缺点和系统功能要求,设计了整个图像采集系统方案。
　　这里将整个系统分为硬件逻辑设计和软件设计两个部分,硬件逻辑设计中通过控制视频解码芯片将摄像头输出的模拟视频信号进行解码,在SDRAM Buffer模块中进行解交织,然后对数据进行色彩格式转换,将一路数据送入VGA显示器接口上,另外一路数据通过设计的帧缓冲IP核,经过Avalon总线与软核NiosⅡ系统进行通信,实现软硬件的协同工作。软件部分主要是采集卡通过以太网接口接收服务器端的命令,根据接收的命令来进行图像传输和对单片机外挂设备的控制。
　　考虑到系统中对传输速率的要求、各种基于 FPGA的网络通信方案的特点,本论文创新点在于采用了自定义以太网通信的数据包,并在服务器端采用开源的WinPCap库来实现数据包的捕获与发送。结果表明,该系统能实现图像数据采集与通信的基本功能。

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1 绪论

1.1 全球光伏行业背景及现状

1.2 太阳能电池缺陷检测国内外研究状况

1.3 图像采集系统现状

1.4 本论文研究的主要内容

2 图像采集系统总体设计

2.1 FPGA设计

2.2 系统平台介绍

2.3 设计方案

2.4 本章小结

3 系统模块逻辑设计

3.1 视频信号基础

3.2 解码芯片配置模块

3.3 ITU_656_Decoder模块

3.4 SDRAM buffer模块

3.5 YCbCr4:2:2到YCbCr4:4:4转换模块

3.6 YUV到RGB的变换模块

3.7 VGA Controller模块

3.8 帧缓冲模块

3.9 本章小结

4 系统软件设计

4.1 SOPC技术

4.2 NiosⅡ处理系统

4.3 图像采集系统的SOPC设计

4.4 以太网通信模块

4.5 GW_controller模块

4.6 本章小结

5 调试与分析

5.1 调试方法

5.2 结果分析

6 总结与展望

致谢

参考文献