基于FPGA数据传输技术的智慧城市信息采集系统设计

周新淳

（宝鸡文理学院物理与光电技术学院，陕西宝鸡721016）

基于FPGA数据传输技术的智慧城市信息采集系统设计

周新淳

（宝鸡文理学院物理与光电技术学院，陕西宝鸡721016）

针对城市信息采集系统的数据传输缓慢问题，提出一种基于FPGA数据传输技术的智慧城市信息采集系统。利用FPGA数据传输技术进行数据传输可以最大程度增加信息传输速度同时优化远程无线传输协议，保证信息能够更加顺畅地交流，对传输模型进行适当的转换，确保不会因为大数据信息传输导致系统传输速度下降。通过仿真实验证明，基于FPGA数据传输技术的智慧城市信息采集系统有较高的实践性。

FPGA数据传输技术；城市信息；信息采集系统；系统设计

现阶段城市化建设的核心是建设信息化城市，对于信息化城市信息采集及信息传递一直是重点研究话题[1]。信息采集系统是城市信息交流的枢纽。一方面，可以对多元、分散、网络型和多样性的信息进行更为方便快捷的管理，保证信息化城市建设中的信息数据能够进行综合交流，实现最大速率的传输。这样可以最大程度的刺激城市的发展，保证信息化时代的优势[2-3]。对未来的城市而言，信息就是价值，快速的信息交流就是价值提升的过程。另一方面，信息采集系统对各领域的网络化、全球化有一定的促进作用，会使城市的空间格局发生变化。但是传统信息采集系统的信息传输过程十分缓慢，信息不能快速进行传递已经严重的制约了城市的发展建设。针对上述情况，文中提出一种基于FPGA数据传输技术的智慧城市信息采集系统，本文设计的基于FPGA数据传输技术的智慧城市信息采集系统能够快速的对信息进行传输[4]。

1 传统城市信息采集系统的数据传输缓慢问题

城市之间的信息交流由原有的模式已经向着多元化的方向转变。并且伴随着科技的发展与进步[5-6]。对于信息的交流、采集、管理是未来城市发展的重心所在，传统的城市信息采集系统对于信息的交流十分的缓慢，无法满足目前日益发展的需求。城市信息采集系统的信息交流速度已经严重的制约了城市的发展，提高城市信息采集系统的信息交流速度是迫在眉睫的。因此，根据城市化建设的需求，本文设计了基于FPGA数据传输技术的智慧城市信息采集系统，有效的解决信息交流缓慢的问题[7-8]。

2 利用FPGA数据传输技术建立城市信息采集系统设计

文中设计的基于FPGA数据传输技术的智慧城市信息采集系统，所采集的信息包括：信息矢量、影像资料、视频文件等多种类型的信息数据，同时报包含城市实体的专属信息[9]。根据不同的要求进行分析，本身设计的基于FPGA数据传输技术的智慧城市信息采集系统能够根据不同类型的信息进行分类采集，其系统结构如图1所示。

基于FPGA数据传输技术的智慧城市信息采集系统能够通过外部连接，进行数据的综合修正传输，然后通过高位编程，对采集的信息进行实体传输，这样可以保证采集信息的有效性。

图1 基于FPGA数据传输技术的智慧城市信息采集系统结构

2.1 引进FPGA数据传输技术

FPGA数据传输技术在编码时，对每一个模块单元和每一个矩阵都需要进行一定的转换，数学表达式为：

其中公式中：u、v表示的分别是限制变量以及转换变量；x、y为对应的转化量。

公式中是对u、v两个变量进行限定。

图2 FPGA数据传输流程

使用FPGA数据传输技术，需要进行一定的量差计算，计算出最大的限制，保证FPGA数据传输过程的转换方便，利用DCT变换算法把公式进行序列转换：

一维DCT变换的矩阵形式为：

从以上公式可以看出，运用DCT算法进行快速的转换，一个多维的专列矩阵进过转换，需要22个转换数学乘法器[10]，如果进行二维甚至是多维的转变那么需要多倍数的转换器，本文设计的基于FPGA数据传输技术的智慧城市信息采集系统需要进行一次转变就能满足需求，其使用方程为：

式中 ，x（i，j）表示当前传输过程中在i挑信息中有j条信息被采集，N表示实际线上采集数据个数，m（j）表示使用j条数据的平距灰度值。

当前采集信息需要进行信息的汇总变形，方便进行传输，转变公式限制为：

图3 传输载体波率图像

公式中，限制的量必须小于阈值所给的量，d表示目前的转换因子；p和m表示需要进行转变的信息频道。

2.2 远程传输协议优化

基于TCP/IP协议的有效性。为了保证基于FPGA数据传输技术的智慧城市信息采集系统的传输效率，通过优化计算进行模式转换。

表1 FPGA数据传输技术信号类型

进行信息传输之前首先需要进行信息标记，焦急过程保证传输的有效性，通过矩阵方程可以进行数据的编码转换，还可以排除杂乱因子，又能进行快速校对。保证数据的完整性。矩阵方程为：

矩阵中的每一个元素都是一个信息属性，但是W本身不是信息属性。为了能够更加精确的计算，需要进行特征关联，实际上是对每一个信息属性进行加权，便可以达到对信息的属性的特征提取。提取加权的矩阵化式为：

公式中：H表示压缩后的信心传输载体，通过载体一次传输可以进行快速的信息交流。信道选择运算：

公式中：Si表示信道的传输能力；一个是最大值一个是最小值，在二者区间就可以进行。

3 试验验证

为了验证本文设计的基于FPGA数据传输技术的智慧城市信息采集系统的有效性，设计了仿真试验进行有效的验证。本次试验选择的是对比实验，选择某地区进行公路信息的采集。分别使用本网设计的基于FPGA数据传输技术的智慧城市信息采集系统以及传统的方法，对该地区的公路信息进行采集。采集100条数据后发送给控制平台。首先使用传统的系统进行采集传输，然后使用本文设计的系统进行试验，设置转化信息量u、v分为为2.69、5.0；Q的取值范围设定在5到15之间，W矩阵设置200，由于需要进行100条数据传输，因此设置Si的取值在10到20之间。实验结果如图表所示。

图4 实验结果对比

通过图中可以明显的看出，本设计的基于FPGA数据传输技术的智慧城市信息采集系统能够在短的时间内进行数据的传输，传统的数据传输速度比本文设计的要慢上一倍左右。

通过表可以看出本文设计的基于FPGA数据传输技术的智慧城市信息采集系统能够在更短的时间内进行更多的信息传输，同时不需要进行修正。试验结果足以证明本文设计的基于FPGA数据传输技术的智慧城市信息采集系统能够更加快速进行信息传递，解决了信息传输慢的问题。

表2 试验结果对比

4 结束语

文中提出的基于FPGA数据传输技术的智慧城市信息采集系统，能够解决传统系统中传输速度慢的问题，同时保证传输质量。希望通过所提系统设计能够给城市信息采集系统建设提供帮助。

[1]杨健.基于FPGA的传感器网络数据采集传输系统设计[C]//西南三省一市自动化与仪器仪表学术年会，2012.

[2]李恒毅，赵欢，刘芳，等.基于FPGA的智能流控交通灯设计[J].电脑知识与技术:学术交流，2016，12（2）:177-178.

[3]翟伟，纪元法，孙希延，等.基于FPGA的高速数据串口采集系统设计[J].桂林电子科技大学学报，2013，33（4）:275-278.

[4]张莉，李敬文，陈永禄.基于FPGA和USB的图像采集系统设计与实现[J].计算机与信息技术，2008（8）:47-49.

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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稿件编号：201702102

宝鸡市科技局项目（16RKX1-16）；宝鸡文理学院重点项目（ZK2017010）

周新淳（1983—），男，陕西宝鸡人，硕士，讲师。研究方向：通信技术、单片机及嵌入式系统。