在LED显示控制系统更新FPGA程序和显示参数过程中, 可能会遇到掉电或误擦除等突发情况, 导致程序出错后无法正常工作。为了提高系统的可靠性, 本文对FPGA程序备份、系统功能自我恢 复进行了研究。首先介绍了Xilinx Spartan-6 FPGA多重配置原理, 然后针对FPGA程序和显示参数设置功能的需求, 通过硬件设计研究了采用Flash多区域程序、显示参数备份存储方法。接着, 通过 FPGA多重配置模块的详细程序设计, 实现了程序备份自动调用、自动判断和热重启的功能。最后, 介绍了FPGA主备程序固化文件生成方式。通过模拟FPGA程序更新错误实验, 验证了系统调用ICAP设 置寄存器并触发IPROG命令和FPGA热启动并调用备份程序重新配置, 实现了FPGA多重配置在LED显示控制系统上的实际应用, 满足了系统更新和显示参数设置过程的稳定性、可靠性要求。

针对TFT液晶屏使用中存在驱动较为复杂以及对处理器要求较高的问题, 设计了一种通过串口控制驱动MUC接口TFT液晶屏的显示系统。该系统的硬件由STM32F4处理器和TFT液晶屏组成, STM32F4用于驱动TFT液晶屏, 并通过其串口向使用TFT液晶屏显示系统的外部处理器提供控制通道; 软件利用μC/OS-Ⅲ操作系统编写底层驱动程序和驱动控制接口程序, 采用DMA方式读取串口数据 。该系统硬件接口简单, 只需要两根I/O线就能对TFT液晶屏进行控制, 最大可同时支持4个外部处理器通过串口对TFT液晶屏进行控制, 串口传输速率为2.4 KB/s～2 MB/s。实验结果表明, 该系统运 行稳定可靠, 显示效果清晰流畅, 简化了TFT液晶屏的驱动和使用, 拓展了TFT液晶屏的适应性和使用范围。

边缘检测是分离图像目标主体和背景的主要依据。通过检测图像上灰度显著变化的像素点集合来确定图像的边缘。目前边缘检测的方法大多综合应用两个算法来提高边缘检测质量。本文在FPGA上综合应用GAUSS-filter、SOBEL、NMS、OTSU等多种算法进行图像边缘检测。将原始采集到的彩色图像转换成灰度图像, 先对图像进行高斯平滑处理, 消除干扰性噪声; 应用SOBEL算法计算图像梯度值, 再应用NMS算法处理灰度, 挑出轮廓边缘梯度值最大的灰度像素集合; 最后应用OTSU算法自适应地确定图像门限阈值进行边缘检测。该方法不仅能刻画出图像的边缘, 而且还能对边缘进行细化, 实验结果显示对不同的图像都有很好的检测效果。本文所提出的在FPGA上实现的图像边缘检测方法具有准确、实时、高速等特点, 能够应用到许多领域中。

电压驱动的电润湿棱镜往往需要连接体积较大的附加电源装置进行手动调节, 不利于电控系统与棱镜器件的集成, 且不符合电润湿液体棱镜装置实际应用中体积小、便携化的要求。针对上述问题, 本文设计了一种基于STM32单片机的电控系统, 通过单相移相调压技术将直流电源输出的较低电压经脉宽调制升高到所需的电压, 根据需求调整4路输出电压, 驱动双液体棱镜实现二维液面偏转, 使单元器件使用方便快捷且易于控制。采用COMSOL软件对模型进行仿真分析, 验证了器件模型的正确性。

为解决压电集成电路(Integral Electronic Piezoelectric, IEPE) 传感器数据采集系统中采集的输出信号波动较大、不适合直接采集的问题, 设计了一种应用于IEPE传感器数据采集系统的调理电路。在调理电路的设计中运用了微功耗电源电路、低功耗可程控前端信号调理电路以及高精度模数转换电路, 并将FPGA(Field-Programmable Gate Array)运用到整个IEPE传感器数据采集系统设计当中, 增进了其操作的便利性以及工作的稳定性。实验结果显示, IEPE传感器数据采集系统具有更高的数据采集精度以及更低的电功率耗损值, 该数据采集系统具有较强的实践可行性。

为了解决家庭内部多点数据采集与智能监控问题, 本文设计并实现了一种基于物联网的室内数据采集监控系统。整个系统以ARM Cortex-M3为核心处理器, 以LORA模块和WIFI模块为无线通信设备, 以LCD显示屏为数据显示端, 接入多路无线传感器节点, 每个节点接入多路传感器和控制器件, 用于数据采集、控制、显示和上传。为了增加系统的实用性, 加入万年历功能, 通过获取网络时间或者本地时间为万年历提供时间数据。将系统部署于室内并进行测试,实验结果表明, 整个系统的响应时间较短, 在小于0.35 s的时间可以完成对数据的采集和上传; 增加网络节点数量, 系统可以准确识别并自动完成数据的采集、上传和设备控制, 无丢失数据包情况。整个系统具有较高的实时性、稳定性和安全性, 能够较好地满足室内数据采集与智能控制的需求。