基于FPGA數據傳輸技術的智慧城市信息采集系統設計

周新淳

（寶雞文理學院物理與光電技術學院，陜西寶雞721016）

基于FPGA數據傳輸技術的智慧城市信息采集系統設計

周新淳

（寶雞文理學院物理與光電技術學院，陜西寶雞721016）

針對城市信息采集系統的數據傳輸緩慢問題，提出一種基于FPGA數據傳輸技術的智慧城市信息采集系統。利用FPGA數據傳輸技術進行數據傳輸可以最大程度增加信息傳輸速度同時優化遠程無線傳輸協議，保證信息能夠更加順暢地交流，對傳輸模型進行適當的轉換，確保不會因為大數據信息傳輸導致系統傳輸速度下降。通過仿真實驗證明，基于FPGA數據傳輸技術的智慧城市信息采集系統有較高的實踐性。

FPGA數據傳輸技術；城市信息；信息采集系統；系統設計

現階段城市化建設的核心是建設信息化城市，對于信息化城市信息采集及信息傳遞一直是重點研究話題[1]。信息采集系統是城市信息交流的樞紐。一方面，可以對多元、分散、網絡型和多樣性的信息進行更為方便快捷的管理，保證信息化城市建設中的信息數據能夠進行綜合交流，實現最大速率的傳輸。這樣可以最大程度的刺激城市的發展，保證信息化時代的優勢[2-3]。對未來的城市而言，信息就是價值，快速的信息交流就是價值提升的過程。另一方面，信息采集系統對各領域的網絡化、全球化有一定的促進作用，會使城市的空間格局發生變化。但是傳統信息采集系統的信息傳輸過程十分緩慢，信息不能快速進行傳遞已經嚴重的制約了城市的發展建設。針對上述情況，文中提出一種基于FPGA數據傳輸技術的智慧城市信息采集系統，本文設計的基于FPGA數據傳輸技術的智慧城市信息采集系統能夠快速的對信息進行傳輸[4]。

1 傳統城市信息采集系統的數據傳輸緩慢問題

城市之間的信息交流由原有的模式已經向著多元化的方向轉變。并且伴隨著科技的發展與進步[5-6]。對于信息的交流、采集、管理是未來城市發展的重心所在，傳統的城市信息采集系統對于信息的交流十分的緩慢，無法滿足目前日益發展的需求。城市信息采集系統的信息交流速度已經嚴重的制約了城市的發展，提高城市信息采集系統的信息交流速度是迫在眉睫的。因此，根據城市化建設的需求，本文設計了基于FPGA數據傳輸技術的智慧城市信息采集系統，有效的解決信息交流緩慢的問題[7-8]。

2 利用FPGA數據傳輸技術建立城市信息采集系統設計

文中設計的基于FPGA數據傳輸技術的智慧城市信息采集系統，所采集的信息包括：信息矢量、影像資料、視頻文件等多種類型的信息數據，同時報包含城市實體的專屬信息[9]。根據不同的要求進行分析，本身設計的基于FPGA數據傳輸技術的智慧城市信息采集系統能夠根據不同類型的信息進行分類采集，其系統結構如圖1所示。

基于FPGA數據傳輸技術的智慧城市信息采集系統能夠通過外部連接，進行數據的綜合修正傳輸，然后通過高位編程，對采集的信息進行實體傳輸，這樣可以保證采集信息的有效性。

圖1 基于FPGA數據傳輸技術的智慧城市信息采集系統結構

2.1 引進FPGA數據傳輸技術

FPGA數據傳輸技術在編碼時，對每一個模塊單元和每一個矩陣都需要進行一定的轉換，數學表達式為：

其中公式中：u、v表示的分別是限制變量以及轉換變量；x、y為對應的轉化量。

公式中是對u、v兩個變量進行限定。

圖2 FPGA數據傳輸流程

使用FPGA數據傳輸技術，需要進行一定的量差計算，計算出最大的限制，保證FPGA數據傳輸過程的轉換方便，利用DCT變換算法把公式進行序列轉換：

一維DCT變換的矩陣形式為：

從以上公式可以看出，運用DCT算法進行快速的轉換，一個多維的專列矩陣進過轉換，需要22個轉換數學乘法器[10]，如果進行二維甚至是多維的轉變那么需要多倍數的轉換器，本文設計的基于FPGA數據傳輸技術的智慧城市信息采集系統需要進行一次轉變就能滿足需求，其使用方程為：

式中 ，x（i，j）表示當前傳輸過程中在i挑信息中有j條信息被采集，N表示實際線上采集數據個數，m（j）表示使用j條數據的平距灰度值。

當前采集信息需要進行信息的匯總變形，方便進行傳輸，轉變公式限制為：

圖3 傳輸載體波率圖像

公式中，限制的量必須小于閾值所給的量，d表示目前的轉換因子；p和m表示需要進行轉變的信息頻道。

2.2 遠程傳輸協議優化

基于TCP/IP協議的有效性。為了保證基于FPGA數據傳輸技術的智慧城市信息采集系統的傳輸效率，通過優化計算進行模式轉換。

表1 FPGA數據傳輸技術信號類型

進行信息傳輸之前首先需要進行信息標記，焦急過程保證傳輸的有效性，通過矩陣方程可以進行數據的編碼轉換，還可以排除雜亂因子，又能進行快速校對。保證數據的完整性。矩陣方程為：

矩陣中的每一個元素都是一個信息屬性，但是W本身不是信息屬性。為了能夠更加精確的計算，需要進行特征關聯，實際上是對每一個信息屬性進行加權，便可以達到對信息的屬性的特征提取。提取加權的矩陣化式為：

公式中：H表示壓縮后的信心傳輸載體，通過載體一次傳輸可以進行快速的信息交流。信道選擇運算：

公式中：Si表示信道的傳輸能力；一個是最大值一個是最小值，在二者區間就可以進行。

3 試驗驗證

為了驗證本文設計的基于FPGA數據傳輸技術的智慧城市信息采集系統的有效性，設計了仿真試驗進行有效的驗證。本次試驗選擇的是對比實驗，選擇某地區進行公路信息的采集。分別使用本網設計的基于FPGA數據傳輸技術的智慧城市信息采集系統以及傳統的方法，對該地區的公路信息進行采集。采集100條數據后發送給控制平臺。首先使用傳統的系統進行采集傳輸，然后使用本文設計的系統進行試驗，設置轉化信息量u、v分為為2.69、5.0；Q的取值范圍設定在5到15之間，W矩陣設置200，由于需要進行100條數據傳輸，因此設置Si的取值在10到20之間。實驗結果如圖表所示。

圖4 實驗結果對比

通過圖中可以明顯的看出，本設計的基于FPGA數據傳輸技術的智慧城市信息采集系統能夠在短的時間內進行數據的傳輸，傳統的數據傳輸速度比本文設計的要慢上一倍左右。

通過表可以看出本文設計的基于FPGA數據傳輸技術的智慧城市信息采集系統能夠在更短的時間內進行更多的信息傳輸，同時不需要進行修正。試驗結果足以證明本文設計的基于FPGA數據傳輸技術的智慧城市信息采集系統能夠更加快速進行信息傳遞，解決了信息傳輸慢的問題。

表2 試驗結果對比

4 結束語

文中提出的基于FPGA數據傳輸技術的智慧城市信息采集系統，能夠解決傳統系統中傳輸速度慢的問題，同時保證傳輸質量。希望通過所提系統設計能夠給城市信息采集系統建設提供幫助。

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Intelligent city information collection system design based on FPGA data transfer technology

ZHOU Xin?chun
（BaojiUniversity ofArtsand Sciences，InstituteofPhysicsamp;OptoelectronicsTechnology，Baoji721016，China）

To solve the problem of slow data transmission in urban information collection system，a smart city information acquisition system based on FPGA data transmission technology is proposed.The data transmission can increase the maximum speed of information transmission and optimization of remote wireless transmission protocol using FPGA data transmission technology，to ensure that the information can be more smoothly，the appropriate conversion of the transmission model，make sure not to because of the large data transmission system to decrease the speed of transmission.The simulation experiment proves that the intelligent city information collection system based on FPGA data transmission technology has higher practicality.

FPGA data transfer technology；city information；information acquisition system；the system design

G420

A

1674-6236（2017）22-0110-04

2017-02-22稿件編號：201702102

寶雞市科技局項目（16RKX1-16）；寶雞文理學院重點項目（ZK2017010）

周新淳（1983—），男，陜西寶雞人，碩士，講師。研究方向：通信技術、單片機及嵌入式系統。