基于SOPC的晶体生长信息采集与处理系统设计

【摘要】伴随着计算机、电子信息的快速发展,SOPC技术、FPGA技术和图像处理技术在工业设计和制造领域得到了广泛的应用。微电子技术在我国乃至世界信息技术产业的发展中起着无可替代的作用,而微电子技术的基础与核心是集成电路(IC)产业,在集成电路的设计和加工产业中,硅集成电路占到重要位置,单晶硅棒的生产和制造也成为IC产业快速发展的基础。本文正是在这样的背景下,基于SOPC来设计和实现晶体生长中信息采集与处理系统。设计的目的和重要性在于,在整个视频采集和显示、图像处理与信息检测领域,引入小型化和智能化的嵌入式机器视觉系统,从而为满足工农业、服务业相关产品的检测需求进行有益的探索。本系统在确定以FPGA为开发平台的基础上,通过编写VerilogHDL程序和C程序,并搭建整个SOPC系统,来实现对晶体生长信息的采集与处理。根据系统设计的需要,将其划分为两大部分,即视频采集与显示的设计和单晶硅图像的处理和直径测量算法的设计。第一部分主要设计了I2C总线配置模块、ITU-R656视频解码模块、视频帧缓存模块、色彩空间转换模块和VGA控制模块,并配置了NiosⅡ软核处理器和相关外围器件,同时通过Avalon,总线将各个模块、处理器、外围器件连接起来,实现了整个SOPC系统的集成开发。第二部分主要针对采集到的单晶硅图像设计了灰度化、直方图分析、阈值分割和边缘检测等处理算法,提取出“释热光环”的边缘特征信息；在进行直径检测时,利用导流筒的“反射光圈”来标定像素当量,并运用“最小二乘法”来完成“释热光环”的圆弧拟合,从而实现对“释热光环”的检测,同时计算出单晶硅棒的直径信息。针对系统可能存在的误差,对其产生的原因进行了分析,并有效的进行误差修正,使整个系统的测量精度更高。本文所设计的系统是在FPGA的开发平台上搭建SOPC系统来实现晶体生长中信息采集与处理,相比于传统的实现方法,本系统结合了FPGA的技术优势和先进设计方法,具有体积小、效率高、成本低等优点。系统的进一步改进和完善能够在视频采集与处理系统、安防监控系统和视频传输系统等得到更加广泛的应用。
【作者】李建乐；
【导师】程光伟；王斌林；
【作者基本信息】西安工业大学，电子与通信工程，2014，硕士
【关键词】晶体生长；视频采集；图像处理；SOPC；NiosⅡ；直径检测；

【参考文献】
[1]柳永春.基于P2P的计算机辅助教学系统的设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[2]黄卫勇,王莉,杜群阳,骆旭峰,方建春,李凯.义乌应率先建设“网上丝绸之路”[J].浙江经济,2015,02:48-49.
[3]许凯旋.中学生关于水溶液中离子平衡迷思概念的探查[D].东北师范大学,学科教学,2012,硕士.
[4]张志全.开关磁阻电机稳态特性研究和迭代学习控制[D].合肥工业大学,电机与电器,2004,硕士.
[5]王进,吴卫东,曹林洪,王雪敏,王瑜英.石墨烯电输运特性的研究进展[J].材料导报,2014,11:43-47.
[6]吕喆.可转债融资对企业绩效的影响研究[D].西北大学,企业管理,2013,硕士.
[7]陈勇.利率市场化对我国上市商业银行利率风险的影响研究[D].合肥工业大学,行政管理与电子政务,2013,硕士.
[8]张莉.磷离子液体抗起毛起球整理剂的合成及应用性能研究[D].北京服装学院,纺织化学与染整工程,2012,硕士.
[9]华洁,李庆生,尹侠,李永生.薄膜蒸发器过程参数的信息系统[J].氯碱工业,2005,07:39-43.
[10]孔明.基于FDA的青霉素发酵过程故障诊断研究[D].东北大学,控制理论与控制工程,2010,硕士.
[11]李航.甜菜夜蛾RNAi害虫控制的潜在靶标基因筛选和风险评估[D].南京农业大学,农业昆虫与害虫防治,2013,硕士.
[12]王锐.Nd:YAG激光诱导视网膜—脉络膜静脉吻合术治疗视网膜静脉阻塞的实验性研究[D].吉林大学,眼科学,2004,硕士.
[13]王娜.移动终端用户上网行为分析系统的设计与实现[D].北京交通大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[14]林全业.赤松次生林天然更新幼树数量通径分析[J].植物生态学报,1996,04:348-354.
[15]张明明.就地城镇化问题及对策研究[D].安徽大学,行政管理,2014,硕士.
[16]刘斌.美国节水灌溉思路、措施和管理[J].水利规划设计.2000(01)
[17]黄菊莹,余海龙,袁志友,李凌浩.氮、磷和水分供给对羊草枯叶分解质量的影响[J].植物生态学报,2011,08:808-815.
[18]何辉.张家口“拧鼓”乐舞研究[D].河北师范大学,音乐学,2012,硕士.
[19]李艳.我国环境税制的研究[D].吉林财经大学,财政学,2014,硕士.
[20]宁秋芬.儿童对立违抗性障碍与5-HTTLPR及MAOA多态性的关联研究[D].新乡医学院,精神病与精神卫生学,2012,硕士.
[21]邹嘉.基于StoNED方法的中韩日造船业效率比较研究[D].江苏科技大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[22]张丽敏.压缩感知框架下的快速磁共振弥散张量成像方法研究[D].哈尔滨工业大学,信息与通信工程,2013,硕士.
[23]王岩.退化连续系统的可靠度计算[J].自动化学报,1992,02:244-248.
[24].《浙江大学学报:医学版》征订和征稿启事[J].实用肿瘤杂志,2014,01:23.
[25]王丹丹.中美媒体英语新闻报道中文化身份的建构[D].湖北大学,英语语言文学,2012,硕士.
[26]朱丽杰.国外科学推理能力内涵与策略的发展研究[D].东北师范大学,课程与教学论,2012,硕士.
[27]夏益华.预处理对水葫芦和稻秸厌氧消化产沼气性能的影响研究[D].浙江大学,农业生物环境与能源工程,2014,博士.
[28]王磊.地区出口复杂度的演进及影响因素研究[D].浙江理工大学,产业经济学,2013,硕士.
[29]徐丽华.高炉炉热预报微型计算机系统[J].冶金自动化,1987,06:30-33.
[30]张岩磊.新《事业单位会计制度》资产核算研究[D].北京交通大学,2014.
[31]王凡.明清小说电视剧初次改编研究[D].陕西理工学院,中国古代文学,2014,硕士.
[32]蔡县英.语篇结构的功能分析[D].上海师范大学,英语语言文学,2004,硕士.
[33]杨启铎.马克思、韦伯现代性思想的基本内涵及其比较研究[D].沈阳师范大学,马克思主义哲学,2014,硕士.
[34]王泼.现代交换技术的发展[J].中兴新通讯.2000(01)
[35]路通.DQ-90型顶部驱动系统方案研究[D].兰州理工大学,机械制造及其自动化,2014,硕士.
[36]铉率.企业非财务信息披露与资本成本关系研究[D].厦门大学,西方经济学,2014,硕士.
[37]薛静锋,曹元大.贝叶斯分类在入侵检测中的应用研究[J].计算机科学,2005,08:60-63.
[38]董越姣.网络侵权诉讼地域管辖[D].太原科技大学,诉讼法学,2013,硕士.
[39]陈飞.基于钼基薄膜的铜互连扩散阻挡层及化学机械抛光研究[D].复旦大学,微电子学与固体电子学,2012,硕士.
[40]亓潇.基于K均值聚类的自动文摘系统研究[D].吉林大学,软件工程,2012,硕士.
[41]张立芳.公检法机关违法传播信息问题研究[D].中国政法大学,新闻与传播,2014,硕士.
[42]赵亚男.“动之以情”—日用陶瓷设计中情感元素的应用研究[D].青岛大学,设计艺术学,2013,硕士.
[43]沈忠诚.校园网络安全体系研究[D].南京理工大学,计算机应用技术,2011,硕士.
[44]任经天.药物警戒计划人用药品注册技术要求国际协调会议(ICH)三方协调指导原则(E2E)[J].中国药物警戒,2005,02:100-107.
[45]宁文双.基于无线通信的生理信号监护系统[D].西南交通大学,集成电路工程,2014,硕士.
[46]朱学伟.考试管理信息系统的设计与实现[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[47]王玉正.正念中接纳、注意品质对疼痛忍耐的影响[D].首都师范大学,应用心理学,2013,硕士.
[48]李俊浩.武术套路与武术散打运动员拳腿攻击时间比较分析[D].扬州大学,学科教学,2011,硕士.
[49]章铭.太湖五里湖生态修复示范区水质改善效果分析[D].华中农业大学,湿地资源与环境,2012,硕士.
[50]庞旭.公立中学办学自主权现状与保障机制研究[D].首都师范大学,教育经济与管理,2013,硕士.