專利名稱：一種基于fpga的微粒檢測統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明及一種微粒統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)及方法，尤其是涉及一種基于FPGA的微粒檢測統(tǒng)計(jì) 系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
電阻抗法(coulter法)和光阻法測電阻用于檢測及統(tǒng)計(jì)微粒已有50多年的歷 史。Coulter原理最早是由美國科學(xué)家Coulter在1947年發(fā)明，并且在血細(xì)胞分析應(yīng)用上 獲得了成功。目前，國內(nèi)外大部分血細(xì)胞分析儀都還在使用Coulter法。光阻法儀器最早 由美國HIAC公司生產(chǎn)，20世紀(jì)80年代引進(jìn)到我國，主要應(yīng)用于航天汽油、醫(yī)藥等領(lǐng)域，在微 粒檢測中有著重要的地位。無論是電阻抗法還是光阻法檢測微粒，都需要對這兩種方法產(chǎn)生的微粒信號脈沖 進(jìn)行檢測。電阻法和光阻法傳感器都會受到干擾，如電源波動和外界電磁干擾，會產(chǎn)生信號 的干擾脈沖(不是正常的微粒脈沖信號)；或者是由于兩個(gè)微粒信號幾乎同時(shí)通過傳感器 而產(chǎn)生疊加信號(我們可以稱之為M信號)，對信號的檢測及統(tǒng)計(jì)會帶來一定的誤差。傳統(tǒng)的模擬信號檢測微粒方法其中一個(gè)缺點(diǎn)是無法識別復(fù)雜信號(干擾信號和M 信號)。另一個(gè)缺點(diǎn)就是模擬方法檢測信號時(shí)其電路復(fù)雜，實(shí)際使用時(shí)調(diào)試?yán)щy，且容易受 到環(huán)境的影響產(chǎn)生電路參數(shù)的變化導(dǎo)致檢測統(tǒng)計(jì)不準(zhǔn)確。近些年來，視覺圖像法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法在微粒檢測方法進(jìn)程中涌現(xiàn)出來，在 實(shí)際的使用中也取得了一定的效果，但這些方法硬件資源開銷大，使得該類方法中很少能 實(shí)際移植到FPGA等可編程器件中，對這些方法的推廣起到了一定的阻礙作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、且統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確度高的基于FPGA 的微粒檢測統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)及方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種基于FPGA的微粒檢測統(tǒng)計(jì) 系統(tǒng)，包括多個(gè)微粒分析模塊和SPI接口電路，所述的多個(gè)微粒分析模塊通過所述的SPI接 口電路與主控制器連接，微粒信號通過A/D轉(zhuǎn)換器與微粒分析模塊連接，其特征在于所述 的微粒分析模塊包括濾波電路、微粒識別電路、譯碼電路和統(tǒng)計(jì)電路，所述的A/D轉(zhuǎn)換器與 所述的濾波電路連接，所述的濾波電路與所述的微粒識別電路連接，所述的微粒識別電路 與所述的譯碼電路連接，所述的微粒識別電路與所述的統(tǒng)計(jì)電路連接，所述的譯碼電路與 所述的統(tǒng)計(jì)電路連接，所述的統(tǒng)計(jì)電路通過所述的SPI接口電路與所述的主控制器連接， 所述的譯碼電路通過所述的SPI接口電路與所述的主控制器連接。所述的微粒識別電路包括微分器、幅度比較器、寬度比較器、狀態(tài)機(jī)和峰值保持模 塊；所述的統(tǒng)計(jì)電路包括模式控制模塊、地址發(fā)生器、SRAM操作控制器和SRAM存儲 器；
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濾波電路分別與所述的微分器、幅度比較器和寬度比較器連接，所述的微分器、所 述的幅度比較器和所述的寬度比較器分別與所述的狀態(tài)機(jī)連接，所述的狀態(tài)機(jī)與所述的峰 值保持模塊連接，所述的微分器、所述的幅度比較器和所述的寬度比較器分別與所述的峰 值保持模塊連接，所述的峰值保持模塊與所述的地址發(fā)生器連接，所述的狀態(tài)機(jī)與所述的 SPI接口電路連接；所述的譯碼電路與所述的模式控制模塊連接，所述的峰值保持模塊與地址發(fā)生器 連接，所述的地址發(fā)生器通過SRAM操作控制器與SRAM存儲器連接，所述的模式控制模塊與 地址發(fā)生器連接，所述的模式控制模塊與所述的SRAM操作控制器連接，所述的SRAM存儲器 與所述的SPI接口電路連接。一種基于FPGA的微粒檢測統(tǒng)計(jì)方法，具體包括如下步驟，步驟一被測微粒通過 Coulter傳感器或光阻傳感器得到微粒脈沖信號，微粒脈沖信號通過低噪聲放大器放大，并 通過帶通濾波器進(jìn)行濾波；步驟二 將通過帶通濾波器的微粒脈沖信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換變成微粒數(shù)字信號；步驟三定義正常信號峰值幅度范圍為SOOmV 5V，單個(gè)微粒信號寬度范圍為 15us 30us，AD采樣率為lMHz，AD參考電壓為5V，AD采樣數(shù)據(jù)為8位，微粒數(shù)字信號經(jīng)過 微粒識別模塊；具體步驟如下(1)、微粒數(shù)字信號經(jīng)過微分器，微分器能反映微粒數(shù)字信號的趨勢，如果微粒數(shù) 字信號的微分值大于0，則微粒數(shù)字信號處于上升過程中；如果微粒數(shù)字信號的微分值小 于0，則微粒數(shù)字信號處于下降過程中；(2)、微粒數(shù)字信號經(jīng)過幅度比較器，如果微粒數(shù)字信號處在上升過程中，則判斷 微粒數(shù)字信號峰值電壓是否大于800mV，如果微粒數(shù)字信號峰值電壓大于800mV，則滿足峰 值幅度條件，如果微粒數(shù)字信號峰值電壓小于等于800mV，則認(rèn)為該信號為干擾信號；如果 微粒數(shù)字信號處在下降過程中，則判斷微粒數(shù)字信號峰值電壓是否小于400mV，如果微粒數(shù) 字信號峰值電壓小于400mV，則認(rèn)為信號滿足結(jié)束條件，如果微粒數(shù)字信號峰值電壓大于或 等于400mV，則認(rèn)為是信號沒有滿足結(jié)束條件；(3)、微粒數(shù)字信號經(jīng)過寬度比較器，對于單峰信號，判斷微粒信號寬度是否在 15us 30us之內(nèi)；對于雙峰信號，則判斷微粒信號寬度是否在25 60us之內(nèi)；(4)、狀態(tài)機(jī)根據(jù)其當(dāng)前狀態(tài)及微分器、幅度比較器和寬度比較器來決定下一個(gè) 狀態(tài)，如果微粒數(shù)字信號的狀態(tài)以SO — Sl — S2 — S3 — S4 — SO進(jìn)行轉(zhuǎn)換且微粒信號 寬度在15 30us之內(nèi)，則認(rèn)為微粒數(shù)字信號為單峰信號；如果微粒數(shù)字信號的狀態(tài)以 SO — Sl — S2 — S3 — S4 — S5 — S6 — S7 — S8 — SO進(jìn)行轉(zhuǎn)換且微粒信號寬度在25 60us之間，則認(rèn)為微粒數(shù)字信號為雙峰信號，如微粒數(shù)字信號以SO — Sl — SO — Sl進(jìn)行轉(zhuǎn) 換，則認(rèn)為微粒數(shù)字信號為干擾信號，若微粒數(shù)字信號以SO — Sl — S2 — S3 — S4 — SO進(jìn) 行轉(zhuǎn)換，但微粒信號寬度大于30us或小于15us，則認(rèn)為微粒數(shù)字信號為干擾信號；步驟四當(dāng)判斷出信號為正常微粒數(shù)字信號，則將該微粒數(shù)字信號的峰值波形保 持并傳輸給統(tǒng)計(jì)電路，統(tǒng)計(jì)電路在SRAM存儲器中根據(jù)該峰值進(jìn)行個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是能夠區(qū)分干擾信號和正常信號，且能識別兩個(gè) 信號距離很近而產(chǎn)生的疊加信號(M信號)，并且由于采用可編程器件實(shí)現(xiàn)，不存在模擬信 號識別中存在的問題。本發(fā)明能大大降低實(shí)際電路的復(fù)雜程度及成本，且能提高微粒信號的識別率計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性。對信號進(jìn)行必要的數(shù)字信號預(yù)處理，提高了識別的精度可靠性，其采用狀態(tài)機(jī)的 實(shí)現(xiàn)方法對微粒信號進(jìn)行識別，合理的利用了信號形態(tài)變化這一顯性判據(jù)來識別信號，可 以達(dá)到較好的分類效果。本發(fā)明結(jié)合FPGA技術(shù)實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到實(shí)時(shí)，高效的識別。本發(fā)明 在Cyclone II EP2C5中構(gòu)建了五通道的微粒識別統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，結(jié)合電阻抗法測試微粒，效果 良好，各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于傳統(tǒng)模擬識別電路。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖；圖2為本發(fā)明的單通道微粒分析模塊的結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明的統(tǒng)計(jì)電路的結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明的微粒識別電路的結(jié)構(gòu)圖；圖5為本發(fā)明的微粒信號檢測時(shí)的狀態(tài)示意圖；圖6為本發(fā)明的微粒信號檢測時(shí)的狀態(tài)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。一種基于FPGA的微粒檢測統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，包括多個(gè)微粒分析模塊3和SPI接口電路4， 多個(gè)微粒分析模塊3通過SPI接口電路4與主控制器連接，微粒信號通過A/D轉(zhuǎn)換器2與 微粒分析模塊3連接，微粒分析模塊3包括濾波電路5、微粒識別電路6、譯碼電路7和統(tǒng)計(jì) 電路8，A/D轉(zhuǎn)換器2與濾波電路5連接，濾波電路5與微粒識別電路6連接，微粒識別電路 6與譯碼電路7連接，微粒識別電路6與統(tǒng)計(jì)電路8連接，譯碼電路7與統(tǒng)計(jì)電路8連接，統(tǒng) 計(jì)電路8通過SPI接口電路4與主控制器連接，譯碼電路7通過SPI接口電路4與主控制 器連接。主控制器采用常規(guī)市售的。微粒識別電路6包括微分器13、幅度比較器14、寬度比較器15、狀態(tài)機(jī)16和峰值 保持模塊17 ；統(tǒng)計(jì)電路8包括模式控制模塊9、地址發(fā)生器10、SRAM操作控制器11和SRAM存 儲器12 ；濾波電路5分別與微分器13、幅度比較器14和寬度比較器15連接，微分器13、幅 度比較器14和寬度比較器15分別與狀態(tài)機(jī)16連接，狀態(tài)機(jī)16與峰值保持模塊17連接， 微分器13、幅度比較器14和寬度比較器15分別與峰值保持模塊17連接，峰值保持模塊17 與地址發(fā)生器10連接，狀態(tài)機(jī)16與SPI接口電路4連接；譯碼電路7與模式控制模塊17連接，峰值保持模塊17與地址發(fā)生器10連接，地 址發(fā)生器10通過SRAM操作控制器11與SRAM存儲器12連接，模式控制模塊17與地址發(fā) 生器10連接，模式控制模塊17與SRAM操作控制器11連接，SRAM存儲器12與SPI接口電 路4連接。一種基于FPGA的微粒檢測統(tǒng)計(jì)方法，具體包括如下步驟，步驟一被測微粒通過 Coulter傳感器或光阻傳感器得到微粒脈沖信號，微粒脈沖信號通過低噪聲放大器放大，并 通過帶通濾波器進(jìn)行濾波；
步驟二 將通過帶通濾波器的微粒脈沖信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換變成微粒數(shù)字信號；步驟三定義正常信號峰值幅度范圍為SOOmV 5V，單個(gè)微粒信號寬度范圍為 15us 30us，AD采樣率為lMHz，AD參考電壓為5V，AD采樣數(shù)據(jù)為8位，微粒數(shù)字信號經(jīng)過 微粒識別模塊；具體步驟如下(1)、微粒數(shù)字信號經(jīng)過微分器13，微分器13能反映微粒數(shù)字信號的趨勢，如果微 粒數(shù)字信號的微分值大于0，則微粒數(shù)字信號處于上升過程中；如果微粒數(shù)字信號的微分 值小于0，則微粒數(shù)字信號處于下降過程中；(2)、微粒數(shù)字信號經(jīng)過幅度比較器14，如果微粒數(shù)字信號處在上升過程中，則判 斷微粒數(shù)字信號峰值電壓是否大于800mV，如果微粒數(shù)字信號峰值電壓大于800mV，則滿足 峰值幅度條件，如果微粒數(shù)字信號峰值電壓小于等于800mV，則認(rèn)為該信號為干擾信號；如 果微粒數(shù)字信號處在下降過程中，則判斷微粒數(shù)字信號峰值電壓是否小于400mV，如果微粒 數(shù)字信號峰值電壓小于400mV，則認(rèn)為信號滿足結(jié)束條件，如果微粒數(shù)字信號峰值電壓大于 或等于400mV，則認(rèn)為是信號沒有滿足結(jié)束條件；(3)、微粒數(shù)字信號經(jīng)過寬度比較器15，對于單峰信號，判斷微粒信號寬度是否在 15us 30us之內(nèi)；對于雙峰信號，則判斷微粒信號寬度是否在25 60us之內(nèi)；(4)、狀態(tài)機(jī)16根據(jù)其當(dāng)前狀態(tài)及微分器13、幅度比較器14和寬度比較器15來決 定下一個(gè)狀態(tài)，如果微粒數(shù)字信號的狀態(tài)以SO — Sl — S2 — S3 — S4 — SO進(jìn)行轉(zhuǎn)換且微 粒信號寬度在15 30us之內(nèi)，則認(rèn)為微粒數(shù)字信號為單峰信號；如果微粒數(shù)字信號的狀態(tài) 以SO — Sl — S2 — S3 — S4 — S5 — S6 — S7 — S8 — SO進(jìn)行轉(zhuǎn)換且微粒信號寬度在25 60us之間，則認(rèn)為微粒數(shù)字信號為雙峰信號，如微粒數(shù)字信號以SO — Sl — SO — Sl進(jìn)行轉(zhuǎn) 換，則認(rèn)為微粒數(shù)字信號為干擾信號，若微粒數(shù)字信號以SO — Sl — S2 — S3 — S4 — SO進(jìn) 行轉(zhuǎn)換，但微粒信號寬度大于30us或小于15us，則認(rèn)為微粒數(shù)字信號為干擾信號；步驟四當(dāng)判斷出信號為正常微粒數(shù)字信號，則將該微粒數(shù)字信號的峰值波形保 持并傳輸給統(tǒng)計(jì)電路16，統(tǒng)計(jì)電路16在SRAM存儲器中根據(jù)該峰值進(jìn)行個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及部件解釋如下基于FPGA的微粒統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)主要包括微粒信號1、A/D轉(zhuǎn)換器2、微粒分析模塊3、 SPI接口模塊4，以下是對這幾部分的說明。1)微粒信號的產(chǎn)生微粒懸浮液經(jīng)過Coulter傳感器或者光阻傳感器，將懸浮液 中微粒的體積大小轉(zhuǎn)換成電信號大小，經(jīng)放大器放大，變成適合A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的電信號。2)電信號由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號。3)由微粒分析模塊3檢測微粒信號，當(dāng)檢測到微粒信號后保持該信號的峰值，以 該值作為地址，在相應(yīng)的存儲單元中數(shù)據(jù)累加1。4) SPI接口電路4 為節(jié)省IO 口資源，本系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)SPI通訊方式來實(shí)現(xiàn)主控制 器對微粒分析裝置的指令控制和數(shù)據(jù)讀取。主控制器對每一通道的控制指令有開始計(jì)數(shù) 指令、停止計(jì)數(shù)指令、讀取微粒體積分布值指令及清空存儲器指令。如圖2所示，本裝置單通道微粒分析模塊有以下4部分構(gòu)成濾波電路5、微粒識 別電路6、譯碼電路7、統(tǒng)計(jì)電路8，以下是對這幾部分的說明。1)濾波電路5 本發(fā)明所用的濾波電路是采用消耗硬件資源較少的均值濾波器， 用于濾除由于A/D轉(zhuǎn)換器的誤差及電源波動造成的數(shù)據(jù)突變點(diǎn)，以避免在進(jìn)行微粒識別時(shí)
7系統(tǒng)發(fā)生誤動作。2)微粒識別電路6 微粒信號識別時(shí)本發(fā)明的核心部分，主要分三部分第一部分 是檢測是不是有信號；第二部分是判斷信號是否為合理的微粒信號；第三部分是若有合理 的信號則要判斷該信號的類型(是不是M信號)及確定該信號需要保持的峰值信號值(或 谷值信號值)以用于微粒體積的統(tǒng)計(jì)。該信號識別電路是由狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)的，具體說明見圖 4。該電路核心是狀態(tài)機(jī)和三個(gè)條件判斷電路構(gòu)成。狀態(tài)機(jī)根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)和三個(gè)條件判斷 電路的判斷結(jié)果決定下一狀態(tài)。三個(gè)條件判斷器依次為微分器、幅度比較器、寬度比較器。 微分器主要是判斷信號波形的趨勢，用于判斷信號是否開始或者結(jié)束；幅度比較器判斷信 號波形幅度的大小，用于判斷微粒信號幅度是否合理，其也是信號開始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)的一個(gè) 重要判據(jù)；寬度比較器判讀信號寬度的大小，用于判斷信號寬度是否合理。當(dāng)微粒識別模塊 判斷出當(dāng)前信號為合理微粒信號后保持該信號峰值作為統(tǒng)計(jì)模塊的輸入以用于統(tǒng)計(jì)微粒 體積分布。3)譯碼電路7 譯碼電路主要的任務(wù)是將主控制器的控制指令譯碼成控制通道的 信號。其實(shí)質(zhì)是一個(gè)2-4譯碼器。4)統(tǒng)計(jì)電路8 統(tǒng)計(jì)電路主要的任務(wù)是統(tǒng)計(jì)不同幅值的微粒信號個(gè)數(shù)，具體說明 見圖3。如圖3所示，本裝置微粒統(tǒng)計(jì)電路有以下4部分模式控制模塊9、地址發(fā)生器10、 SRAM操作控制器11、SRAM存儲器12，以下是對這幾部分的說明。1)模式控制模塊9 在前面提到，微粒分析模塊共有4條指令，每條指令對應(yīng)的 SRAM操作是不一樣的，如在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，“寫使能”控制信號應(yīng)為無效，“讀使能”控制信號 有效，故控制器的任務(wù)是讓SRAM操作控制器11知道當(dāng)前處在什么指令模式下并讓地址發(fā) 生產(chǎn)生對應(yīng)的地址，以便讓SRAM操作控制器11控制SRAM存儲器12讀寫操作。2)地址發(fā)生器10 微粒分析模塊4條指令中對應(yīng)的地址來源是不一樣的。如在計(jì) 數(shù)時(shí)，地址應(yīng)為微粒識別電路保持下來的信號峰值；而在清零和讀取數(shù)據(jù)時(shí)，地址應(yīng)為地址 發(fā)生器內(nèi)部產(chǎn)生的從最低位到最高位的地址。3)SRAM操作控制器11 微粒分析模塊在不同指令模式下對SRAM存儲器12的操作 是不同的，SRAM操作控制器11就是根據(jù)不同指令模式和地址發(fā)生器產(chǎn)生的地址對SRAM存 儲器12進(jìn)行操作。4) SRAM存儲器12 =SRAM存儲器12的任務(wù)是對微粒信號統(tǒng)計(jì)值存儲。如圖4所示，本裝置微粒信號識別電路有5部分組成微分器13、幅度比較器14、 寬度比較器15、狀態(tài)機(jī)16、峰值保持模塊17，以下是對這幾部分的說明。1)微分器13 是利用信號的微分值來確定信號是處于上升狀態(tài)、下降狀態(tài)或持平 狀態(tài)。2)幅度比較器14 信號幅度判斷是確定信號是否降低到某個(gè)小值，利用該判斷來 確定信號是否結(jié)束。3)寬度比較器15 信號寬度是用來確定信號是否正常、過寬或過窄。過寬過窄信 號都算干擾信號而不對其計(jì)數(shù)。4)狀態(tài)機(jī)16 狀態(tài)機(jī)16是微粒信號識別電路的狀態(tài)控制器，有前面所述的3中判 斷條件和狀態(tài)機(jī)自身的狀態(tài)來決定下一狀態(tài)。其狀態(tài)機(jī)詳細(xì)的情況見圖5和圖6所示。
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5)峰值保持模塊17 在識別出一個(gè)信號后要對該信號計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)是將該信號的峰 值作為地址對SRAM累加1。如圖5所示，根據(jù)信號變化的趨勢(其微分值)我們可以將信號劃分成21個(gè)不同 的狀態(tài)，以下是對這21個(gè)狀態(tài)的說明。S0 初始狀態(tài)；S1 信號第一次開始上升點(diǎn)和上升斜率最大值點(diǎn)之間狀態(tài)；S2 信號第一次斜率最大值點(diǎn)和信號最大值點(diǎn)之間狀態(tài)；S3 信號第一次開始下降和下降斜率最大值點(diǎn)之間狀態(tài)；S4 信號第一次下降斜率最大值點(diǎn)到停止下降點(diǎn)之間的狀態(tài)；S5 信號第二次開始上升點(diǎn)和上升斜最大值點(diǎn)之間狀態(tài)；S6 信號第二次斜率最大值點(diǎn)和信號最大值點(diǎn)之間狀態(tài)；S7 信號第二次開始下降和下降斜率最大值點(diǎn)之間狀態(tài)；S8 信號第二次下降斜率最大值點(diǎn)到停止下降點(diǎn)之間的狀態(tài)；S9, S10, S11, S12, S13、S14, S8、S15, S16, S17, S18, S19, S20 各個(gè)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的過渡狀態(tài)， 以防止AD采樣以及信號偶爾的抖動。各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖7所示。如圖6所示，圖中簡要描繪了狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程。圖6中如果信號的狀態(tài)以 S0-S1-S2-S3-S4- S0如此轉(zhuǎn)換，則判定該信號為單峰信號；若信號狀態(tài)以 S。一 S1 — S2 — S3 — S4 — S5 — S6 — S7 — S8 — S0如此轉(zhuǎn)換，則判定該信號為雙峰信號。判 斷出信號的類型后，結(jié)合記錄的參數(shù)來判斷該信號是否為正常信號。通過上述方法，最終可以識別出單峰信號、M信號、偽M信號以及過窄和過寬的信 號。最后通過統(tǒng)計(jì)模塊可以對微粒信號統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)。統(tǒng)計(jì)電路步驟1)每通道微粒分析系統(tǒng)有四種模式，每種模式對應(yīng)對SRAM存儲器的操作是不一 樣的。2)在統(tǒng)計(jì)模式下，微粒識別模塊每識別出一個(gè)微粒信號，就向統(tǒng)計(jì)模塊發(fā)出脈沖 信號及保持下來的峰值信號。統(tǒng)計(jì)模塊接收到脈沖信號后讀取峰值信號A，根據(jù)峰值信號A 讀取SRAM中的數(shù)據(jù)B，將數(shù)據(jù)B加1得到數(shù)據(jù)C，然后使能SRAM中“寫使能”信號端口，將 數(shù)據(jù)C寫入以信號A為地址的SRAM中。3)在讀取數(shù)據(jù)模式下，SPI信號接收外部主控制器的始終信號，產(chǎn)生地址信號，統(tǒng) 計(jì)模塊使能“讀使能”控制信號端口，根據(jù)該地址信號讀取SRAM中的信號并傳輸給SPI接 口向外輸出。4)在清零模式下，統(tǒng)計(jì)模塊內(nèi)部產(chǎn)生地址信號，使能“寫使能”控制信號端口，根據(jù) 地址信號向SRAM中寫0。5)在停止模式下，不對統(tǒng)計(jì)模塊進(jìn)行操作。
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權(quán)利要求
一種基于FPGA的微粒檢測統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，包括多個(gè)微粒分析模塊和SPI接口電路，所述的多個(gè)微粒分析模塊通過所述的SPI接口電路與主控制器連接，微粒信號通過A/D轉(zhuǎn)換器與微粒分析模塊連接，其特征在于所述的微粒分析模塊包括濾波電路、微粒識別電路、譯碼電路和統(tǒng)計(jì)電路，所述的A/D轉(zhuǎn)換器與所述的濾波電路連接，所述的濾波電路與所述的微粒識別電路連接，所述的微粒識別電路與所述的譯碼電路連接，所述的微粒識別電路與所述的統(tǒng)計(jì)電路連接，所述的譯碼電路與所述的統(tǒng)計(jì)電路連接，所述的統(tǒng)計(jì)電路通過所述的SPI接口電路與所述的主控制器連接，所述的譯碼電路通過所述的SPI接口電路與所述的主控制器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA的微粒檢測統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，其特征在于所述的微粒 識別電路包括微分器、幅度比較器、寬度比較器、狀態(tài)機(jī)和峰值保持模塊；所述的統(tǒng)計(jì)電路包括模式控制模塊、地址發(fā)生器、SRAM操作控制器和SRAM存儲器；濾波電路分別與所述的微分器、幅度比較器和寬度比較器連接，所述的微分器、所述的 幅度比較器和所述的寬度比較器分別與所述的狀態(tài)機(jī)連接，所述的狀態(tài)機(jī)與所述的峰值保 持模塊連接，所述的微分器、所述的幅度比較器和所述的寬度比較器分別與所述的峰值保 持模塊連接，所述的峰值保持模塊與所述的地址發(fā)生器連接，所述的狀態(tài)機(jī)與所述的SPI 接口電路連接；所述的譯碼電路與所述的模式控制模塊連接，所述的峰值保持模塊與地址發(fā)生器連 接，所述的地址發(fā)生器通過SRAM操作控制器與SRAM存儲器連接，所述的模式控制模塊與地 址發(fā)生器連接，所述的模式控制模塊與所述的SRAM操作控制器連接，所述的SRAM存儲器與 所述的SPI接口電路連接。
3.一種基于FPGA的微粒檢測統(tǒng)計(jì)方法，其特征在于具體包括如下步驟，步驟一被測 微粒通過Coulter傳感器或光阻傳感器得到微粒脈沖信號，微粒脈沖信號通過低噪聲放大 器放大，并通過帶通濾波器進(jìn)行濾波；步驟二 將通過帶通濾波器的微粒脈沖信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換變成微粒數(shù)字信號；步驟三定義正常信號峰值幅度范圍為SOOmV 5V，單個(gè)微粒信號寬度范圍為15us 30us, AD采樣率為1MHz，AD參考電壓為5V，AD采樣數(shù)據(jù)為8位，微粒數(shù)字信號經(jīng)過微粒識 別模塊；具體步驟如下(1)、微粒數(shù)字信號經(jīng)過微分器，微分器能反映微粒數(shù)字信號的趨勢，如果微粒數(shù)字信 號的微分值大于0，則微粒數(shù)字信號處于上升過程中；如果微粒數(shù)字信號的微分值小于0， 則微粒數(shù)字信號處于下降過程中；(2)、微粒數(shù)字信號經(jīng)過幅度比較器，如果微粒數(shù)字信號處在上升過程中，則判斷微粒 數(shù)字信號峰值電壓是否大于800mV，如果微粒數(shù)字信號峰值電壓大于800mV，則滿足峰值幅 度條件，如果微粒數(shù)字信號峰值電壓小于等于800mV，則認(rèn)為該信號為干擾信號；如果微粒 數(shù)字信號處在下降過程中，則判斷微粒數(shù)字信號峰值電壓是否小于400mV，如果微粒數(shù)字信 號峰值電壓小于400mV，則認(rèn)為信號滿足結(jié)束條件，如果微粒數(shù)字信號峰值電壓大于或等于 400mV，則認(rèn)為是信號沒有滿足結(jié)束條件；(3)、微粒數(shù)字信號經(jīng)過寬度比較器，對于單峰信號，判斷微粒信號寬度是否在15us 30us之內(nèi)；對于雙峰信號，則判斷微粒信號寬度是否在25 60us之內(nèi)；(4)、狀態(tài)機(jī)根據(jù)其當(dāng)前狀態(tài)及微分器、幅度比較器和寬度比較器來決定下一個(gè)狀態(tài)，如果微粒數(shù)字信號的狀態(tài)以SO — Sl — S2 — S3 — S4 — SO進(jìn)行轉(zhuǎn)換且微粒信號 寬度在15 30us之內(nèi)，則認(rèn)為微粒數(shù)字信號為單峰信號；如果微粒數(shù)字信號的狀態(tài)以 SO — Sl — S2 — S3 — S4 — S5 — S6 — S7 — S8 — SO進(jìn)行轉(zhuǎn)換且微粒信號寬度在25 60us之間，則認(rèn)為微粒數(shù)字信號為雙峰信號，如微粒數(shù)字信號以SO — Sl — SO — Sl進(jìn)行轉(zhuǎn) 換，則認(rèn)為微粒數(shù)字信號為干擾信號，若微粒數(shù)字信號以SO — Sl — S2 — S3 — S4 — SO進(jìn) 行轉(zhuǎn)換，但微粒信號寬度大于30us或小于15us，則認(rèn)為微粒數(shù)字信號為干擾信號；步驟四當(dāng)判斷出信號為正常微粒數(shù)字信號，則將該微粒數(shù)字信號的峰值波形保持并 傳輸給統(tǒng)計(jì)電路，統(tǒng)計(jì)電路在SRAM存儲器中根據(jù)該峰值進(jìn)行個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于FPGA的微粒檢測統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)及方法，微粒分析模塊包括濾波電路、微粒識別電路、譯碼電路和統(tǒng)計(jì)電路，A/D轉(zhuǎn)換器與濾波電路連接，濾波電路與微粒識別電路連接，微粒識別電路與譯碼電路連接，微粒識別電路與統(tǒng)計(jì)電路連接，譯碼電路與統(tǒng)計(jì)電路連接，統(tǒng)計(jì)電路通過SPI接口電路與主控制器連接，譯碼電路通過SPI接口電路與主控制器連接，其優(yōu)點(diǎn)是能夠區(qū)分干擾信號和正常信號，且能識別兩個(gè)信號距離很近而產(chǎn)生的疊加信號(M信號)，并且由于采用可編程器件實(shí)現(xiàn)，不存在模擬信號識別中存在的問題，能大大降低實(shí)際電路的復(fù)雜程度及成本，且能提高微粒信號的識別率計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性。
文檔編號G01N15/12GK101915727SQ20101022217
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者施金良, 李宏, 汪強(qiáng), 陳宇 申請人:寧波大學(xué)