基于FPGA與色敏傳感器的顏色識別系統(tǒng)
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電壓信號經(jīng)過濾波處理，被傳送到A／D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號，為數(shù)字部分對信號的識別處理作準備。根據(jù)所選用的色敏傳感器的工作原理，用 SOPC系統(tǒng)進行控制，對3路模擬電路信號進行同步的A／D轉(zhuǎn)換以增強系統(tǒng)準確性。在保證可靠性和精度的前提下，為降低系統(tǒng)成本，滿足對輸入數(shù)字信號倍數(shù)的要求，A／D轉(zhuǎn)換器選用8位串行輸出的ADC0809轉(zhuǎn)換器。采用NiosII軟核搭建的FPGA系統(tǒng)處理數(shù)字信號，主要經(jīng)過以下操作：
①中值濾波，進一步去除干擾信號；
②查對數(shù)表，查數(shù)據(jù)所對應的對數(shù)值；
③求對數(shù)比，對分別采集到的2個數(shù)據(jù)求對數(shù)比，為判斷是哪種顏色提供依據(jù)；
④顯示顏色識別結(jié)果，亮不同的燈來表明所識別出來的不同顏色。
4．1 硬件設(shè)計
在FPGA芯片上搭建一個NiosII處理器系統(tǒng)，包括可配置的NiosII CPU軟核、與CPU相連接的片內(nèi)設(shè)備和存儲器，以及與片外設(shè)備和存儲器相連的接口等。
NiosII處理器是Altera公司的第二代用戶可配置的通用32位RISC軟核微處理器，是Altera公司特有的基于通用FPGA架構(gòu)的CPU軟核。NiosII系統(tǒng)是在。NiosII處理器基礎(chǔ)上添加片上(FPGA)設(shè)備、存儲器以及片外設(shè)備和存儲器接口所組成的系統(tǒng)。Ni-osII具有明顯的優(yōu)勢：
①NiosII處理器具有靈活的外設(shè)配置和地址映射。由于NiosII處理器和片上設(shè)備及接口具有軟核特性，設(shè)計者可以為設(shè)計目標量身定做合適的 NiosII處理器系統(tǒng)，既可以增加CPU的功能，提高處理器的系統(tǒng)性能，也可以對不必要的處理器性能和外設(shè)進行剪裁，以滿足低成本的小型系統(tǒng)設(shè)計。另外，訪問存儲器和外設(shè)的軟件一般與地址分配無關(guān)。
②NiosII系統(tǒng)可以自動創(chuàng)建，Altera的SOPC Biulder設(shè)計工具使處理器的配置全自動完成，能自動產(chǎn)生并編程FPGA的硬件設(shè)計。系統(tǒng)的創(chuàng)建不需要設(shè)計者進行任何的底層原理圖和硬件描述語言(HDL)設(shè)計。
③NiosII處理器系統(tǒng)可以定制指令，從而增強系統(tǒng)的性能。
正是基于這些優(yōu)點，本設(shè)計最終選用NiosII處理器系統(tǒng)來完成顏色信號的處理和識別。如圖4所示，NiosII處理器系統(tǒng)的片上系統(tǒng)包括NiosII CPU、片上RAM、定時器、ADC接口、Avalon總線、Avalon三態(tài)橋、PIO、JTAGUART等部分。另外，在片外擴展了Flash(用來存放程序和相應的數(shù)據(jù))和SSRAM(相當于內(nèi)存)。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/202647.htm
具體器件的選擇如表2所列。
⑤比較計算值與預存顏色值，即可實現(xiàn)對各種顏色的識別；比較計算值與不同時間值，即可實現(xiàn)對顏色變化的識別。
在使用過程中，總有某些時刻系統(tǒng)處于非探測工作期。但此時系統(tǒng)還處于工作狀態(tài)，SOPC還會控制A／D轉(zhuǎn)換器進行采樣，而SOPC本身也會對轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進行處理，并產(chǎn)生有色差的警報。為了消除這種誤報警，需控制放大器的放大倍數(shù)。相差幾十nm的入射光經(jīng)過放大后，其電信號的差值很大，經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后的數(shù)值會溢出或接近溢出。利用這一特性，設(shè)定一個上限值，如果數(shù)值比這個上限值大，則系統(tǒng)做出非探測工作期的判斷，程序重新開始執(zhí)行。
結(jié) 語
隨著新技術(shù)、新材料的不斷涌現(xiàn)，在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，顏色識別系統(tǒng)的應用越來越多，也越來越復雜。以色敏傳感器為探測器，使用內(nèi)嵌NiosII軟核處理器的FPGA作為運算、控制核心的顏色識別系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、使用方便、擴展性強等優(yōu)點。利用FPGA快速強大的處理功能，能夠快速、準確地實現(xiàn)顏色的識別。利用現(xiàn)代信息融合技術(shù)，采用新型、高靈敏、響應快的色敏傳感器，一定能使顏色識別更加精確、更加可靠。
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