1 ^ MAX+plus n Rle Edit View Node Assign utilities Options Window Heip
2.4 NGHIÊN CỨU THIẾT KÊ VÀ TÍCH HỢP CHIP XILINX CPLD VÀO HỆ THỐNG THU NHẬN ẢNH VỆ TINH KHÍ TƯỢNG
VÀO HỆ THỐNG THU NHẬN ẢNH VỆ TINH KHÍ TƯỢNG
Để nâng cao chất lượng của chip tích hợp chúng tôi đã tiến hành thử nghiệm trên chip CPLD của Xilinx. Cũng từ những phân tích mạch đã thực hiện trên các linh kiện rời rạc như mô tả trên hình 27 (xem chi tiết trong các tài liệu [13] và [15]) chúng tôi đã thiết kế, chế tạo modul điện tử thực hiện việc đồng bộ khung ảnh vệ tinh khí tượng GMS và MT-Sat trên chip XC95108. Phương pháp lập trình cũng là phương pháp đồ hoạ và những sô liệu ban đầu hoàn toàn giông như ở phần 2.3.2 nhưng chip được chọn là XC95108 của hãng Xilinx.
Những thông số kỹ thuật cơ bản của chip X C 95108 có thể tóm tắt như sau: • Độ trễ giữa các chân là 7,5 ns
• Tần số làm việc đếc 125 ns.
• Có 108 chân vào/ ra.
• Điện áp nguồn nuôi là +5 V
• Dòng lối ra có thể chịu được 24 mA.
Bản mạch sau khi chế tạo được minh hoạ trên hình vẽ.
Hình 31:Bản mạch hoàn chỉnh vói chip CPLD của hãng Xilinx.
Các kết quả thử nghiệm cho thấy bằng phương pháp lập trình CPLD cũng nhận được một chip tích hợp có chất lượng hoàn toàn tương đương như chip FPGA của ALTERA nhưng thể hiện ưu điểm: Bản mạch đơn giản hơn vì chip không cần boot chương trình từ ROM nghĩa là khi được cấp điện là có thể hoạt động được ngay.
N ếu được dùng trên thực tế, chắc chắn người dùng sẽ lựa chọn chip được chế tạo bằng công nghệ CPLD của Xilinx. Sản phẩm này được chế tạo theo một
phương pháp khác nhưng có cùng một đối tượng ứng dụng, nên chỉ mang tính chất m inh chứng cho khả nãng viết phần mềm và tích hợp lên chip của nhóm tác giả.)
Hình 32: Ảnh IR1 của vệ tinh MT-Sat ngày 2/11/2006.
Cả hai chip FPGA của ALTERA và CPLD của Xilinx đều đã được lấp ghép vào hệ thống thu ảnh vệ tinh khí tượng của Viện Vật Lý và Điện tử. Hình 32 là một ảnh mà vệ tinh thu được từ hệ thông thu ảnh vệ tinh của Viện Vật lý và Điện tử, đã được tích hợp khối đông bộ khung sử dụng chip FPGA/CPLD như trên đã trình bày. Đây là bằng chứng cho thấy sản phẩm của đề tài hoàn toàn có thể ứng dụng vào thực tế để phục vụ công tác dự báo thời tiết đặc biệt là quan sát diễn biến của các cơn bão.
2.5 KẾT LUẬN
Ngày nay, khi việc sử dụng các thông tin tư liệu do vệ tinh cung cấp đê trợ giúp trong công tác dự báo thời tiết, phát hiện và theo dõi các biên động của khí hậu, môi trường tại các trung tâm khí tượng trên thế giới cũng như ớ Việt Nam
đã trở thành thường xuyên và không thể thiếu. Với một mạng lưới các vệ tinh khí tượng địa tĩnh như GMS của Nhật Bản, GOES của Mỹ, METEOSAT của Châu Âu, INSAT của ấn Độ, FY-2 của Trung Quốc, GOMS “ ELEKTRO” của Nga và các vệ tinh cực như NOAA của USA, METEOR của Nga, FY-1 của Trung Quốc, người ta có thê nhận được các thông tin khí tượng một cách thường xuyên, liên tục thậm chí hàng giờ một.
Do vậy việc thiết lập các trạm thu ảnh của vệ tinh khí tượng sẽ đóng góp một phần đáng kể vào công việc dự báo thời tiết, khí hậu giúp con người tìm được các biện pháp hữu hiệu phòng tránh thiên tai...
Ở Việt Nam cũng đã sớm bắt đầu triển khai các chương trình tự thiết kế và chế tạo trong nước các hệ thống này để tạo khả năng triển khai chúng một cách rộng rãi, trong số đó tiểu đề tài cấp nhà nước: “ Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thu ảnh phân giải cao của vệ tinh khí tượng và môi trường GMS và MT-SAT ” của Trung tâm Khoa Học Tự Nhiên và Công Nghệ Quốc Gia, do Phòng Kỹ Thuật Viễn Thám, Viện Vật Lý thực hiện trong hai năm 2000, 2001.
Công việc tiến hành nghiên cứu để thiết kế, xây dựng các hệ thống thu trên cơ sở các máy vi tính IBM/PC, một chủng loại máy rất phổ biến là thích hợp với điều kiện nước ta, tạo thuận lợi cho người sử dụng và đáp ứng được yêu cầu của thực tiễn, mở ra nhiều khả năng hứa hẹn trong việc ứng dụng ảnh vệ tinh GMS, đặc biệt là đã hạ được giá thành của sản phẩm và cũng là xu hướng của thế giới trong những năm gần đây. Trong đề tài trước đây (2002) các cán bộ của Phòng Kỹ Thuật Viễn Thám, Viện Vật Lý và điện tử đã chế tạo mudul điên tử này bằng các linh kiện rời rạc rất công kềnh độ tin cậy không cao. Vì vậy trong luận văn [15] tiến hành trong khuôn khổ đề tài này thiết kế chế tạo mạch đồng bộ khung trên một chip FPGA của hãng Altera làm cho mạch điện gọn nhẹ và dễ dàng đưa vào sử dụng và đặc biệt khi sử dụng công nghệ này ta có thể cấu hình lại hoặc triển khai sạn suất rất nhanh, rất đơn giản, tiết kiệm thời gian, tính lặp lại rất cao.
Cả hai chip lập trình đã được thử nghiệm dài ngày trên hệ thống thu ảnh vệ tinh của Phòng Kỹ Thuật Viễn Thám, Viện Vật Lý và Điện tử, cho thấy khả năng hoạt động tin cậy, ổn định và đã được chế tạo tích hợp vào hệ thống thu ánh vệ tinh khí tượng lắp đặt tại Bộ Tư Lệnh Phòng Không - Không Quân (xem thêm giấy xác nhận ở phần cuối của báo cáo).
• Qua dề tài này, nhóm tác giả đã học và thu được rất nhiều kinh nghiệm về công nghệ FPGA và cách thiết k ế một mạch điện tử trên chip FPGA/ CPLD.
• Thiết k ế chế tạo module điện tử khối đồng bộ khung ảnh của hệ thu ảnh vệ tinh. Thiết kế các khối chức năng trong module đồng bộ khung ảnh như khối tạo mã giải ngẫu nhiên PN, khối nhận dạng đầu khung ảnh, khối giải m ã PN, khối chuyển đổi chuỗi bit thành song song.
• Các bước thực hiện một project trên FPGA sử dụng phần mềm Maxplus n và những kết quả đạt được.
• Các bước thực hiện một project CPLD trên phần mềm ÍE 6.1 của Xilinx và những kết quả đạt được.
KẾT LUẬN
Trong khuôn khô của đê tài “Nghiên cứu thiết kê và tích hợp các chip chuyên dụng vào hệ thống đo lường và thu thập dữ liệu”, mã số QG05.08 với kinh phí tông cộng là 60 triệu đông cho toàn bộ đề tài chúng tôi đã hoàn thành được khá nhiều công việc, dưới dạng các mô đun:
• Tích hợp khả năng thông báo kết quả bằng giọng nói cho hệ thống đo lường
• Tích hợp chip chuyên dụng vào các hệ thống đo nhiều màn hiển thị
• Thiết kế và tích hợp các chip FPGA vào hệ thống thu nhận ảnh vệ tinh khí tượng
• Nghiên cứu thiết kế và tích hợp chip Xilinx CPLD vào hệ thống thu nhận ảnh vệ tinh khí tượng
Các nội dung nêu trên đây đã vượt trội so với nội dung đã đăng ký trong khuôn khổ đề tài. N hững kết quả này đã được công bố trong các hội nghị khoa học toàn quốc, ngoài ra, phần lớn nội dung trong các vấn đề trên đã là đề tài của các khoá luận tốt nghiệp đại học và luận văn cao học. Trong khuôn khổ đề tài này đã có: hai luận văn tốt nghiệp cao học, một khoá luận tốt nghiệp đại học được thực hiện.
Sau quá trình thực hiện đề tài có thể nói nhóm tác giả đã làm chủ được công nghệ lập trình cho chip để có những sàn phấm đưa vào ứng dụng thực tế, trong đó, đặc biệt phải nói đến việc tích hợp chip chuyên dụng vào hệ thống thu nhận ảnh vệ tinh viễn thám, c ả hai chip lập trình đã được thử nghiệm dài ngày trên hệ thống thu ảnh vệ tinh của Phòng Kỹ Thuật Viễn Thám, Viện Vật Lý và Điện tử, cho thấy khả năng hoạt động tin cậy, ổn định và đã được chế tạo tích hợp vào hệ thống thu ảnh vệ tinh khí tượng lắp đặt tại Bộ Tư Lệnh Phòng Không - Không Quân (xem thêm giấy xác nhận ở phần cuối của báo cáo). Không những thế, chip được thử nghiệm để thu nhận ảnh của những cơn bão gần đây, thí dụ Ảnh IR1 của vệ tinh MT-Sat ngày 2/11/2006 (Hình 32). Kinh nghiệm cho thấy nếu lựa chọn đề tài đúng hướng và việc tiến hành thực hiện đề tài một cách nghiêm túc thì việc đưa sản phẩm đề tài vào thực tế cũng không phải là vấn đề khó.
Cuối cùng tác giả xin cảm ơn sự cộng tác của các cán bộ Trung tâm Viẻn thám thuộc Viện Vật lý và Điện tử.