intelligent_RF_ZCU111

本科毕设: 智能射频模块, 数据处理与SDR融合项目

任务目标

• 从图像传感器中获取一幅较大分辨率的图片
• 目标检测程序，识别图像中的目标区域，并标记
• 对标记后的图像，通过射频通道，使用BPSK调制发送
• 接收机接收，并显示图像

效果演示

结题验收时，制作了一个演示小视频。

硬件平台

• ZCU111
• USB图像传感器（Linux下免驱）

实现方案

目标识别方案

基于OpenCV的目标检测。

SDR实现方案

详情参看毕业设计文档第5章

毕设时候采用了非常native的方法。采用了多个正弦表来合成信号，DAC采用了直接输出模式。现在了解了IQ调制的方法之后，发现直接用IQ调制可以省下一大部分内容。之后会优化这部分。

代码说明

fpga

该文件夹下保存了fpga设计的相关源码

文件树

• ip_repo 这里保存这用户自定义的ip核文件
• user_code 这里保存用户的文件，如约束文件、Verilog源文件、仿真文件等
• xxx.tcl 这是创建工程用的tcl脚本
• system.tcl 这是创建block design的tcl脚本
• verilog_4_bpsk_mod 这个文件夹保存了自定义ip核中所有的verilog源码（与fpga工程无关）

创建Vivado工程

tcl脚本采用Vivado 2019.1 创建

vivado -source axi_bpsk.tcl

Vivado 会根据tcl脚本自动在当前目录下创建axi_bpsk工程

arm

该文件夹下保存了linux系统下运行需要的文件

在本项目中，采用了Pynq系统进行操作。

文件树

• data_sender 是C语言编写的将二进制文件通过PS-PL间AXI4总线发送到PL端的BPSK发射机的发射缓存中
• opencv_detect 是python语言编写的基于OpenCV的目标检测程序，该程序可以自动从USB图像传感器中读取图像并识别

**注：**C语言程序既可以用xsdk的linux os模式编译并上传，也可以直接在pynq系统中直接gcc编译

FPGA镜像的加载

Pynq系统中，将FPGA镜像与Linux系统镜像分离，通过overlay的方式动态加载，因此使用上述程序之前，需要加载fpga镜像，才能拥有正确的功能。 假定fpga镜像保存在pynq的home目录下，文件名为system.bit，执行如下python指令即可加载fpga镜像。

from pynq import Overlay
overlay = Overlay('/home/xilinx/system.bit')

host

这里保存了上位机的全部程序。

上位机需要解决两个问题，一是bpsk的接收与解调，二是基带数据的解码。

BPSK接收与解码

通过GNU Radio使用USRP B210软件无线电收发信机来实现接收与解码，GNU Radio程序在grc文件中。

基带数据的解码

为了解决GNU Radio的粘包问题，采用了KISS编码。解码方法在kiss.py中。

scripts

保存了一些辅助的脚本。

NRZM

把数据使用NRZM进行差分编码。

SineWave_generator

利用matlab生成正弦信号，python脚本将matlab的正弦信号转为vivado可以读取的文本文件，可供仿真及Block RAM初始化使用。