基于ARM的手持红外热像仪的硬件电路设计

摘要

红外成像技术是将物体表面的温度辐射转换成可视的热场分布图像。其特点是被动地、全天候地将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。红外成像技术最早应用于军事方面，但近几年由于非制冷红外焦平面制造技术的发展、价格的下降等因素的影响，这种技术逐渐从军事领域扩展到了民用领域。尤其是在安防、森林防火、电力监测、化工制造、医疗监测等方面得到了极大的发展。由于应用场合的多样化，红外热像仪的便携性就显得意义重大了。
　　论文介绍了红外成像技术的原理、应用以及发展现状。根据红外图像的处理能力分析与系统组成方案的比较,选定了手持红外热像仪采用了ARM+FPGA的硬件方案。论文简单介绍了系统采用的320×240非制冷红外探测器，并针对其工作特点设计了非制冷红外探测器的驱动电路、FPGA信号处理电路以及ARM主控电路。驱动电路包括了精准偏置电压源、模数转换电路、温度控制电路及时序驱动电路保证探测器的正常工作。ADC输出的14bit红外图像数据经过Altera公司Cyclone III系列FPGA EP3C40U484C7N进行整形与预处理，由SRAM进行缓存并上传到ARM11控制器S3C6410完成红外图像的显示与温度测量。S3C6410作为系统核心处理器，不仅完成了红外图像的增强与测温，还提供了丰富的接口，使红外热像仪操作界面更加人性化。系统构成方案的两大模块FPGA与ARM11间的握手通信是系统的难点之一。红外图像数据由FPGA上传到ARM的速率是红外图像显示流畅的关键，论文详细讲述了FPGA与ARM的通信协议。随后论文介绍了红外热像仪的系统的仿真与测试，对系统硬件的抗干扰、噪声、传输速率、功耗等做了相应的处理以确保系统的稳定性。论文最后对系统整体结构以及红外热像仪的工作状况进行了展示。

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第一章 绪论

1.1 红外成像技术

1.2 红外成像技术的发展与现状

1.3 红外热像仪的应用

1.4 论文的主要工作及内容安排

第二章 红外热像仪的系统原理

2.1 红外成像系统原理

2.2 红外图像的处理技术

2.3 手持式红外热像仪的方案分析

2.4 本章小结

第三章 手持红外热像仪硬件平台设计

3.1 非制冷红外驱动电路

3.2 FPGA采集电路

3.3 ARM主控电路

3.4 本章小结

第四章 FPGA信号处理模块设计

4.1 红外图像采集设计

4.2 系统交互通信协议设计

4.3 总线交互时序设计

4.4 本章小结

第五章 红外热像仪的系统调试与分析

5.1 硬件系统信号完整性分析

5.2 系统性能指标测试

5.3 最终系统成果

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果