[发明专利]一种基于FPGA的EMD运动检测系统

权利要求书

1.一种基于FPGA的EMD运动检测系统，其特征在于，包括FPGA系统信息处理平台、ADC同步信号采集系统子板和红外光电二极管电路子板；所述每相邻两个红外光电二极管组成一对，通过红外光电二极管电路连接至ADC同步信号采集系统子板，将红外光电二极管采集的模拟信号经过ADC模数转换成数据信号传输到FPGA系统信息处理平台，作为EMD运动检测模型的输入；通过EMD运动检测模型对输入信号进行分析，实现具有特定光源运动物体的方向和速度检测。

所述红外光电二极管电路子板包括16个红外光电二极管，所述16个红外光电二极管等角间距分布在圆形集成电路子板的圆周，每相邻两个通道作为一对信号输入；

所述ADC同步信号采集系统子板包括16个模拟信号采集通道，所述红外光电接收二极管输出端与模拟信号采集通道依次连接，每相邻两个光电二极管根部直线距离1cm；

所述FPGA系统信息处理平台包括基于FPGA设计的EMD运动检测模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的EMD运动检测系统，其特征在于，所述EMD运动检测模型设计原理如下：

步骤S1、采用MATLAB FDAtool生成并量化滤波器系数，设计FIR低通滤波器；

采用MATLAB设计滤波器系数，在Quartus软件中利用IP核直接调用滤波器系数来生成所需的低通滤波器；调用FDA tool工具箱来设计一个17阶、汉明窗函数低通FIR滤波器；对FIR滤波器选用全并行分布式算法结构，直接加载MATLAB中设计好的滤波器系数；

步骤S2、基于FPGA系统信息处理平台设计乘法器；

设计一个12*25位的二进制数据乘法器，调用Quartus中LPM_MULT乘法器IP核，并例化该乘法器模块到主程序中，所述乘法器包括两个相同的子乘法器；

步骤S3、基于FPGA系统信息处理平台设计减法器；

将同一采样时钟信号下采集的到两路乘法器输出进行减法运算，减法器通过Quartus中LPM_ADD_SUB减法器IP核设计生成，输出37位带符号二进制数据，作为整个EMD模型的方向检测结果；输出数据的正负值反应接收到两路输入数据的先后顺序，作为探测运动物体的一维方向的判断依据。

3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的EMD运动检测系统，其特征在于，所述ADC同步信号采集系统子板通过转接板转接至FPGA系统信息处理平台；各通道时钟信号连接到FPGA系统信息处理平台的时钟引脚上，由FPGA系统时钟分频提供时钟信号。

4.根据权利要求3所述的一种基于FPGA的EMD运动检测系统，其特征在于，所述ADC同步信号采集系统子板包括衰减电路、AD8065运算放大器及其电路、供电电路；采用单电源供电，并行同步采集数据频率为1Hz-50MHz；输入信号电压范围为-5V～+5V。

5.根据权利要求4所述的一种基于FPGA的EMD运动检测系统，其特征在于，所述ADC同步信号采集系统子板内置高性能采样保持放大器和基准电压源，采用舵机差分流水线架构，在工作温度范围内实现无失码。

6.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的EMD运动检测系统，其特征在于，所述红外光电二极管的入射角范围为-20°～+20°，对特定波长的光信号接收转换为0V～5V的电压信号；所述光电二极管的供电电压为+5V，响应波峰为950nm。