嵌入式機器視覺控制器的制作方法

專利名稱：嵌入式機器視覺控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于視覺軟件開發及測試的嵌入式機器視 覺控制器。
背景技術：
從現有機器視覺的技術實現上看，機器視覺包括三個技術環節 圖像采集、數據分析與輸入輸出控制。圖像采集其目的是采集到滿足 分析要求的相應質量圖像，這是機器視覺系統的基礎；數據分析即圖 像增強和處理，其目的是按照機器^L覺的功能要求，對采集到的圖像 進行分析處理，然后輸出結果，這是機器視覺系統的核心；輸入輸出 控制包括控制機器視覺系統本身，以達到準確采集圖像的目的，也包 括根據圖像處理與分析的結果，輸出信號，驅動相應機器，實現機器 視覺系統的功能。 一個典型機器視覺系統的構成一般包括光源、光 學系統(鏡頭)、攝像機、圖像釆集卡、計算機(或圖像處理系統)、 圖像處理軟件、輸入與輸出控制、執行機構等。其中，光源、光學系 統(鏡頭)、攝像機、圖像采集卡、計算機屬于采集圖像技術環節， 計算機(或圖像處理系統)、圖像處理軟件屬于數據分析技術環節， 其余屬于控制技術環節。
在圖像技術環節中，圖像采集卡的功能是對攝像機輸出的視頻數 據進行實時采集，并提供與計算機的數據接口，方便計算機能夠對采 集到的圖像進行處理。圖像采集卡可按照采集的視頻信號分為模擬圖 像采集卡和數字圖像采集卡；按照數據傳輸方式分為PCI總線、PC104總線、IEEE1394、 USB等。而無論是在采像、分析或者控制環節上都 必不可少的計算機則主要采用工控機，同時輔以專業總線采集卡。
現有數據采集卡+計算機作為機器視覺分析控制系統的主要缺陷 在于
1 、沒有專業的機器視覺工業計算機作為視覺開發系統的核心單 位，這為國內機器視覺領域的發展帶來了不便；
2、 數據采集卡種類頻多，功能卻多數單一，不利于擴展，市場 主要由外國品牌主導；
3、 按現有的機器視覺組成硬件方案，系統龐大冗余，開發成本 高，不能形成市場標準。

實用新型內容
本實用新型目的在于提供一種應用集成度高、可擴展性強、功能 強大的嵌入式機器視覺控制器。
針對上述技術問題，本實用新型采用如下的技術方案 一種嵌入 式機器視覺控制器，包括電源、處理器、南北橋芯片、顯示單元、存 儲單元、輸入輸出單元等部分，其特征在于，處理器與南北橋芯片連 接，電源控制單元連接至處理器，處理器同時與系統時鐘相連接；南 北橋芯片利用ISA總線分別與控制器局域網絡和可編程控制器連接。 實現本實用新型目的的技術方案進一步還包括 所述南北橋芯片上還連接有顯示單元、存儲單元以及網絡單元。 所述南北橋芯片上還連接有固件及輸入芯片SIO,輸入芯片上集 成有數字I/O設備以及鼠標鍵盤，串口和并口 。本實用新型的有益效果為，
1 、本實用新型改善原機器視覺硬件平臺常用的數據采集卡+工控 機+工業總線卡的復雜模式，將其提升為摒棄數據采集卡，直接利用 嵌入式工業主板集成的高速數據傳輸協議與工業總線接口 ，用一個集 成板卡的自我堆疊即實現開放式、多擴展的高速。
2 、通過嵌入式主板豐富的10接口 ，提供多種圖像數據傳輸方式， 包括USB、 PC104、 IEE1394等多個接口，方侵j幾器^L覺系統二次開發 者的外i殳選擇。
3、 在該嵌入式硬件集成方案中，特為工業CCD相機配套了 IEEE1394總線傳輸方式，IEEE1394總線是目前為止計算機技術中最 快的高速串行總線，最高傳輸速度可達400M,真正點對點傳輸，滿足 了大數據數字圖像的需求，可同時傳輸數字視頻信號和數字音頻信 號，1394技術在采集和回錄過程中沒有任何信號的損失。本實用新 型中，配套了3個1394接口，可同時支持3個CCD相機，可為機器
視覺的二次系統集成開發節省大量成本。
4、 IEEE1394的高速傳輸直接性能直接可取代傳統的數據采集卡， 同時本方案更設計了 CAN工業總線(Controller Area Network)即控 制器局域網絡，與一般的通信總線相比，CAN總線的lt據通信具有突 出的可靠性、實時性和靈活性。由于CAN總線本身的特點，其應用范 圍目前已不再局限于汽車行業，而向自動控制、航空航天、航海、過 程工業、機械工業、紡織機械、農用機械、機器人、數控機床、醫療 器械及傳感器等領域發展，幾乎可應用于所有機器^L覺的應用領域。

圖1為本實用新型整體結構框圖。
圖2為本實用新型實施例結構框圖。
具體實施方式

以下結合附圖及實施例對本實用新型相關結構及功能進行解釋 說明。
如圖1為本實用新型整體結構框圖。處理器作為本控制器整體的 控制核心，其與電源管理單元及系統時鐘分別連接，并同時連接著南 北橋芯片。南北橋芯片連接著顯示單元、存儲單元、網絡單元，還連 接著固件及輸入芯片SIO, SIO上集成有數字1/0設備以及鼠標鍵盤， 串口和并口，南北橋芯片還通過ISA總線分別連接控制器局域網絡 (Controller Area Network, CAN)及可編#呈4空制器(Complex Programmable Logic Device, CPLD)，實現對本實用新型控制系統
的編祠4lr入。
圖2為本實用新型實施例結構框圖。本實施例中，其CPU為 Celeron-M CPU,北橋芯片為82852GME，內存和顯示等高速設備直接 與其連接，南橋芯片為82801DB,硬盤、USB接口直接由該芯片輸出 控制，網絡接口為RTL8100CL芯片，通過PCI總線連接，其他I/0接 口, 如Parallel Port、 Serial Port、 Keyboard、 Mouse等通過的 IT8712F連接控制，另外還有為CPU工作的輔助電路，如復位、電源 管理、時鐘等。通過IT8888芯片，PCI總線可轉為ISA總線，CAN總 線芯片SJA1000和CPLD芯片XC9536通過ISA總線與CPU模塊進4亍通訊。
下面按照功能塊對其各部分分別進行說明
1、 CPU
Celeron-M CPU為高性能，低功耗的移動貼片型處理器，采用 0. 13um工藝，帶有32KB的一級緩存和512KB的二級緩存，400MHz前 端總線速度，最高頻率達到1.5GHz,發熱量比臺式型CPU小，工作 時可采用散熱片進行散熱。其內核為X86兼容的，在軟件及系統兼容 性方面具有一定的優勢。
其內部集成浮點運算單元、高級電源管理控制單元、支持多媒體 醒X技術，有圖形加速功能、與IA-32架構的軟件兼容。
2、 北橋
北橋82852GME通過FSB總線與CPU連接，接收和發送CPU處理 器的命令和數據。它支持64位DDR SDRAM內存，最大支持2GB內存 容量，速度達到266MHz;芯片包含2D/3D圖形加速器，圖形處理速 度達到133MHz,并有DVO， LVDS接口，支持64M動態顯示內存；芯片 內包含8259中斷處理器，高級電源管理功能；并通過HUB 1/F與南 橋82801DB相連。
3、 南橋
南橋主要集成了眾多總線接口 ，是與外部設備進行通訊的橋梁。 它包含PCI V2. 2總線，可連接擴展各種PCI總線的設備；有IDE、 USB接口；帶有中斷，電源管理功能，實時鐘模塊，DMA控制模塊， I2C總線以及GPIO功能。4、 1/0連接
通過LPC總線，Super I/O IT8712F連接到南橋82801DB上， IT8712F主要連接各輸入輸出設備，例如并口，串口，鍵盤以及鼠標 等設備。
5、 Can總線
CAN總線芯片SJA1000接在由PCI擴展而來的ISA總線上，它是 一顆獨立的CAN總線控制芯片，兼容最新的CAN 2. OB協議，它選擇 82C250作為收發器，并加以光電隔離，確保輸入和輸出互不干擾， 從而提高系統工作的穩定性。
6、 可編程邏輯器件
可編程邏輯器件采用XC9536,它與CAN芯片同時接在ISA總線上， 對CAN芯片的地址、數據進行控制。
為了保證系統的各項功能穩定地長時間工作，本實用新型在具體 實施中，需要考慮并妥善處理下面幾個技術難點
1、高速信號的設計處理高速信號線的處理要從原理設計和PCB 設計兩方面來考慮。在原理設計方面，因為信號線工作在極高的頻率， 例如，CPU和北橋的信號總線的傳輸速率在400MHz,所以必須完整考 慮它們在信號傳輸時的反射、振蕩、串擾等信號完整性問題，正確 計算出阻抗匹配電阻，濾波電容的數據。在PCB方面，要注意在 布線的時候，可以考慮對高速信號線做包地隔離處理，以免受到 其他信號的干擾，同時，也不能去干擾別的信號線，另外，阻抗 匹配也要精確計算，從而保證信號能準確傳輸。2、 在CPLD方面，需要充分了解客戶的要求，依據XC9536資 料，了解個寄存器的作用與設置，并具備熟練的VDHL編程技巧，從 而編制出相應的程序來驅動相關硬件電路，達到設計功能的要求。 如果對芯片的資料沒有徹底、透徹的了解，對編程語言沒有熟練 掌握，就無法編程一個符合要求的穩定運轉的程序。
3、 散熱的處理為了保證系統的長時間穩定地運行，將不采 用風扇進行散熱，而采用散熱片進行散熱，因此需設計好散熱系 統，及時把主板的熱量散發出去，否則將因為高溫導致系統死機。 為了保證系統能在高溫的環境中穩定工作，可參考筆記本電腦的 散熱導流槽的方式，系統全面地設計散熱系統，并在高溫箱中模 擬高溫工作環境，反復驗證散熱系統，從而保證系統能長時間穩 定地工作。
權利要求1、一種嵌入式機器視覺控制器，包括電源、處理器、南北橋芯片、顯示單元、存儲單元、輸入輸出單元等部分，其特征在于，處理器與南北橋芯片連接，電源控制單元連接至處理器，處理器同時與系統時鐘相連接；南北橋芯片利用ISA總線分別與控制器局域網絡和可編程控制器連接。
2、 根據權利要求1所述的嵌入式機器視覺控制器，其特征在 于，南北橋芯片上還連接有顯示單元、存儲單元以及網絡單元。
3、 根據權利要求1所述的嵌入式機器視覺控制器，其特征在 于，南北橋芯片上還連接有固件及輸入芯片SIO，輸入芯片上集成有 數字1/0設備以及鼠標鍵盤，串口和并口。
專利摘要一種嵌入式機器視覺控制器，包括電源、處理器、南北橋芯片、顯示單元、存儲單元、輸入輸出單元等部分，處理器與南北橋芯片連接，電源控制單元連接至處理器，處理器同時與系統時鐘相連接；南北橋芯片利用ISA總線分別與控制器局域網絡和可編程控制器連接。南北橋芯片連接著顯示單元、存儲單元、網絡單元，還連接著固件及輸入芯片SIO，SIO上集成有數字I/O設備以及鼠標鍵盤，串口和并口。本實用新型應用集成度高，可擴展性強、功能強大，可為機器視覺的二次系統集成開發節省大量成本。
文檔編號G06F9/455GK201383142SQ200920051410
公開日2010年1月13日 申請日期2009年2月20日 優先權日2009年2月20日
發明者欽 李, 王林興, 鄧烈鋒 申請人:深圳市藍天計算機技術有限公司