Σχεδίαση Και Υλοποίηση Ολοκληρωμένου Συστήματος Παθητικής Καταγραφής Ήχων Στο Υδάτινο Περιβάλλον Με Χρήση Field Programmable Gate Array (fpga)

Abstract

Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η σχεδίαση και υλοποίηση ενός ολοκληρωμένου Συστήματος Παθητικής Καταγραφής και Ανάλυσης Ήχων (Passive Aquatic Listener - PAL) για υδάτινο περιβάλλον. Η γενική λειτουργία του συστήματος αυτού, παρέχει την δυνατότητα καταγραφής και ανάλυσης κάθε ηχητική συχνότητα στο εύρος των 100Hz - 50kHz, ενώ ανάλογα με την μηχανολογική κατασκευή στην οποία θα τοποθετηθεί, επιτρέπεται η χρήση του στο υδάτινο περιβάλλον και σε βάθος από μερικά μέχρι αρκετές εκατοντάδες μέτρα. Τα συστήματα αυτά χρησιμοποιούνται για την αναγνώριση και μέτρηση κάθε ήχου που προέρχεται από δραστηριότητες φυσικές (άνεμος, βροχή), βιολογικές (φάλαινες, θαλάσσια ζώα) ή ανθρώπινες (μηχανές σκαφών).Στο Κεφάλαιο 1 Περιγράφεται η γενική δομή και τα χαρακτηριστικά του συστήματος. Δίνονται οι γενικές προδιαγραφές της αναλογικής και της ψηφιακής βαθμίδας.Στο Κεφάλαιο2 αναλύεται η θεωρία των βασικών δομικών μονάδων και οι παράμετροι λειτουργίας. Σύντομη θεωρητική περιγραφή της μετατροπής Analog-to-Digital και αντίστροφα, του θεωρήματος δειγματοληψίας, η μετατροπή Discrete Fourier Transform και ψηφιακή ανάλυση με χρήση αλγορίθμου Fast Fourier Transform. Περιγραφή Αναλογικών Φίλτρων και φίλτρων για μετατροπή δεδομένων. Σχεδίαση Eνεργών Αναλογικών Φίλτρων με χρήση Τελεστικών (Operational Amplifiers).Στο Κεφάλαιο 3 περιγράφεται η σχεδίαση της αναλογικής βαθμίδας που περιλαμβάνει τον ενισχυτή, τα ενεργά φίλτρα, τον Analog to Digital μετατροπέα (ADC) και της μονάδας τροφοδοσίας. Υλοποίηση της σχεδίασης με επιλογή των κατάλληλων εξαρτημάτων του εμπορίου. Υπολογισμός Θορύβου τελεστικών ενισχυτών και ADC.Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζεται το Xilinx EDK Suite και περιγράφεται η σχεδίαση της Ψηφιακής Βαθμίδας που περιλαμβάνει τον μικροϋπολογιστή PowerPC 440, τον πυρήνα FFT, τους ελεγκτές μνήμης και εξωτερικής αποθήκευσης καθώς και το λογισμικό διαχείρισης του συστήματος.