2. 基于FPGA和红外探测器的智能消防头盔设计

2.1 总体方案设计

基于FPGA和红外探测器的智能消防头盔是一个包含红外图像采集、传输、存储与定位跟踪的完整系统。该系统分为硬件和软件两部分，其中硬件部分包括红外探测器图像采集、FPGA控制器、DDR2数据缓存，软件部分则包括红外探测器的初始化、DDR2控制器设计以及高温点目标定位与跟踪算法，其功能框图如图1所示。

2.2 FPGA控制器

FPGA的基本结构由三大部分组成：可编程逻辑块，可编程输入输出块以及可编程互联资源块^[3,4]，通过其功能逻辑电路接口，利用硬件编程Verilog HDL编码与原理图输入设计控制连接。本设计选用Altera（Intel）公司的EP4CE22F17C8N型FPGA，其包含22,320个逻辑元件，594kb的嵌入式SRAM存储器，66个嵌入式18*18乘法器，4个锁相环(PLL)，支持可实现多种外部存储器（SDR、DDR、DDR2 SDRAM等）接口^[5]。该型号能够实现特定应用的配置需求，满足应用程序的实时性要求。同时该型号的可靠性高，灵活性较好，性价比较高，适合大范围的应用。在该智能消防头盔中，FPGA主要功能是控制红外图像的传输与存储以及高温点定位跟踪。在FPGA模块中通过IIC总线实现对红外探测器的配置，将探测器采集的图像数据进行输入，并实现数据解码，完成图像格式由原始数据到RGB的转换，且缓存至DDR2存储器。时钟模块PLL产生稳定且高频的时钟信号，实现对红外图像采集、数据解码以及数据存储的同步管理，使高频器件能够正常工作。