專利名稱：一種嵌入式列車圖像檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種嵌入式列車圖像檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著我國鐵路建設(shè)向高速化的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的依靠列車檢測員用檢點錘、提燈和扳手等傳統(tǒng)手工工具進(jìn)行人工檢查列車各個部位的方法已不能適應(yīng)鐵路運輸對日常列車技檢的要求。新一代的列車圖像檢測系統(tǒng)是采用高速攝像技術(shù)對運行中的列車各部位進(jìn)行快速抓拍，將抓拍的圖像壓縮存儲到計算機中，列車檢測員就可以在環(huán)境較好的列車檢測室通過計算機查看相機所抓拍的圖片來檢測列車的安全狀況。目前所使用的列車圖像檢測系統(tǒng)中采用的相機大部分是Basler公司的IEEE 1394a接口的相機A312f，并使用帶有IEEE 1394a接口的工控機和Windows操作系統(tǒng)來對圖像進(jìn)行采集處理。由于IEEE 1394a接口的最高傳輸速率為400Mbps，傳輸線纜長度為 4. 5米，因此目前的列車圖像檢測系統(tǒng)存在以下幾個主要問題(1)由于IEEE 1394a接口的傳輸速率有限，造成相機的分辨率和幀率受限，無法滿足高速列車獲取更清晰照片的需要； (2)采用1394接口來傳輸數(shù)據(jù)，在傳輸過程中容易受到電磁等各種因素干擾，另外，由于傳輸線纜長度有限，在列車圖像檢測應(yīng)用中必須根據(jù)實際傳輸距離增加中繼，這樣更容易造成相機掉線以致獲取圖像不全；(3)由于目前的圖像采集處理是采用工控機和Windows操作系統(tǒng)的方案，所以存在系統(tǒng)復(fù)雜、體積大、易受病毒感染、在惡劣環(huán)境下長時間工作容易出問題等缺點。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種傳輸速率更高、降低了系統(tǒng)復(fù)雜性、提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性、且魯棒性優(yōu)異的嵌入式列車圖像檢測系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種嵌入式列車圖像檢測系統(tǒng)，包括千兆網(wǎng)相機(1)、千兆網(wǎng)接口電路(2)、百兆網(wǎng)接口電路(3)、數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)、圖像壓縮電路(5)、串口硬盤(6)、串口硬盤接口電路 (7)、列車進(jìn)/出站檢測儀(8)、RS232接口電路(9)、觸發(fā)控制板(10)和服務(wù)器(11)，其中， 數(shù)據(jù)采集與控制電路⑷通過千兆網(wǎng)接口電路(2)、百兆網(wǎng)接口電路(3)、串口硬盤接口電路(7)、RS232接口電路(9)分別與千兆網(wǎng)相機(1)、服務(wù)器(11)、串口硬盤(6)、列車進(jìn)/出站檢測儀⑶相連，觸發(fā)控制板(10)同時與數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)、列車進(jìn)/出站檢測儀⑶相連，圖像壓縮電路(5)同時與數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)、串口硬盤接口電路(7)相連；
其中，
千兆網(wǎng)接口電路⑵包括千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器(21)、網(wǎng)絡(luò)變壓器(22)、網(wǎng)絡(luò)接口(23)、 狀態(tài)燈顯示電路(24)和電壓保護(hù)電路(25)，其中，千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器(21)、網(wǎng)絡(luò)變壓器(22)、網(wǎng)絡(luò)接口(23)依次相連，千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器(21)的輸出連接狀態(tài)燈顯示電路(M)、輸入連接電壓保護(hù)電路(25)，千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器還與千兆網(wǎng)接口電路接口 (41)相連，網(wǎng)絡(luò)接口 03)與千兆網(wǎng)相機(1)相連；
數(shù)據(jù)采集與控制電路由相互連接的FPGA和DSP構(gòu)成，其中，F(xiàn)PGA包括有千兆網(wǎng)接口電路接口(41)、串口硬盤接口電路接口(42)、觸發(fā)信號接口 ^3)，DSP包括有VPORT接口(44)、EMIF接口(45)、UART接口 (46)和百兆網(wǎng)接口 (47)，千兆網(wǎng)接口電路接口 (41)與千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器連接，串口硬盤接口電路接口 G2)與串口硬盤協(xié)議芯片(71)連接，觸發(fā)信號接口 G3)的輸入與觸發(fā)信號輸出接口(103)連接，千兆網(wǎng)接口電路接口 Gl) 和觸發(fā)信號接口的輸出端還均與圖像壓縮電路( 的輸入端連接，VPORT接口 04)和 EMIF接口 05)的輸入端均與圖像壓縮電路(5)的輸出端連接，UART接口 06)的輸入端與 UART收發(fā)器(93)相連，百兆網(wǎng)接口 07)與百兆網(wǎng)接口電路(3)連接；
圖像壓縮電路(5)由依次相連的數(shù)據(jù)輸入接口(51)、數(shù)據(jù)預(yù)處理電路(52)、數(shù)據(jù)緩存與2維DCT變換電路(53)、Zigzag編碼電路(M)、量化電路(55)、霍夫曼編碼電路(56)和碼流并串轉(zhuǎn)換電路(57)構(gòu)成，其中，數(shù)據(jù)輸入接口(51)的輸入端與千兆網(wǎng)接口電路接口 (41)、觸發(fā)信號接口 03)的輸出端連接，碼流并串轉(zhuǎn)換電路(57)的輸出端與VPORT接口 (44)、EMIF接口 05)和串口硬盤協(xié)議芯片(71)的輸入端連接；
串口硬盤接口電路(7)包括串口硬盤協(xié)議芯片(71)、串口硬盤線的接插件(72)和電壓保護(hù)電路(73)，其中，串口硬盤協(xié)議芯片(71)與電壓保護(hù)電路(73)、碼流并串轉(zhuǎn)換電路 (57)、串口硬盤接口電路接口連接，其輸出與串口硬盤線的接插件m連接，串口硬盤線接插件與串口硬盤(6)連接；
RS232接口電路(9)由依次相連的RS232-A接口(91)、多通道RS232線性驅(qū)動/接收器(92)和UART收發(fā)器(93)構(gòu)成，RS232-A接口(91)連接列車進(jìn)/出站檢測儀⑶和多通道RS232線性驅(qū)動/接收器(9 的輸入端，多通道RS232線性驅(qū)動/接收器(9 的輸出端與UART收發(fā)器(93)的接收端連接，UART收發(fā)器(93)的發(fā)送端與UART接口 06)連接；
觸發(fā)控制板(10)包括觸發(fā)信號輸入接口(101)、FPGA(102)和觸發(fā)信號輸出接口 (103)，F(xiàn)PGA (102)分別與觸發(fā)信號輸入接口(101)的輸出端和觸發(fā)信號輸出接口(103)的輸入端相連。上述電壓保護(hù)電路05)由極性電容、非極性電容和電感組合而成。所述的極性電容、非極性電容、電感分別為IOuF/IOV規(guī)格、0. IuF規(guī)格、IOuH規(guī)格。上述電壓保護(hù)電路(73)僅由非極性電容組成。所述的非極性電容為0. IuF規(guī)格。
本發(fā)明所述系統(tǒng)安裝在鐵軌旁邊的列檢站，當(dāng)列車要達(dá)到列檢站的時候，列車進(jìn)/出站檢測儀⑶檢測到列車到來后，千兆網(wǎng)相機⑴對運行中的列車的各部位進(jìn)行快速抓拍，將抓拍的圖像通過千兆網(wǎng)接口電路O)、數(shù)據(jù)采集與控制電路⑷傳輸?shù)綀D像壓縮電路 (5)，壓縮后的圖像數(shù)據(jù)通過串口硬盤接口電路(7)存儲到串口硬盤(6)中，同時通過百兆網(wǎng)接口電路(3)以FTP方式上傳到位于列檢中心的服務(wù)器(11)中，工作人員就可以在列檢中心的服務(wù)器(11)上預(yù)覽千兆網(wǎng)相機(1)拍攝到的圖像，來檢測列車的安全狀態(tài)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果
1、本發(fā)明的嵌入式列車圖像檢測系統(tǒng)采用嵌入式系統(tǒng)替代了現(xiàn)有的工控機與Windows
5操作系統(tǒng)，克服了基于工控機和Windows操作系統(tǒng)的列車圖像檢測系統(tǒng)經(jīng)常死機且容易中毒的缺陷，從而使列檢員可以在較好的環(huán)境下通過查看所拍圖像來檢測列車的安全狀況；
2、與現(xiàn)有的基于 工控機和Windows操作系統(tǒng)的列車圖像檢測系統(tǒng)相比，本發(fā)明方法降低了圖像采集處理系統(tǒng)的復(fù)雜性，同時還降低了成本、體積以及功耗，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；
3、本發(fā)明的嵌入式列車圖像檢測系統(tǒng)能控制千兆網(wǎng)相機進(jìn)行圖像采集，并對采集到的圖像進(jìn)行硬件JPEG壓縮，而且具有網(wǎng)絡(luò)斷線重傳功能，魯棒性好；
4、采用本發(fā)明系統(tǒng)在武漢某鐵路現(xiàn)場進(jìn)行試驗，試驗結(jié)果表明本發(fā)明系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性，采用本發(fā)明系統(tǒng)所獲得的圖像分辨率高達(dá)1400*1024，圖像幀率為60，圖24 25 是采用本發(fā)明系統(tǒng)獲得的列車圖像，從圖中看出所獲得圖像清晰度良好。
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2是千兆網(wǎng)接口電路的結(jié)構(gòu)框圖； 圖3是千兆網(wǎng)接口電路中的千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器的電路圖4是千兆網(wǎng)接口電路中的網(wǎng)絡(luò)變壓器、網(wǎng)絡(luò)接口、狀態(tài)燈顯示電路和電壓保護(hù)電路的電路圖5是數(shù)據(jù)采集與控制電路的結(jié)構(gòu)框圖6是數(shù)據(jù)采集與控制電路中的千兆網(wǎng)接口電路與FPGA的接口的電路圖； 圖7是數(shù)據(jù)采集與控制電路中的串口硬盤接口電路與FPGA的接口的電路圖； 圖8是數(shù)據(jù)采集與控制電路中的DSP的VPORT接口的電路圖； 圖9是數(shù)據(jù)采集與控制電路中的DSP的EMIF接口的電路圖； 圖10是圖像壓縮電路的結(jié)構(gòu)框圖11是圖像壓縮電路中的數(shù)據(jù)輸入接口和數(shù)據(jù)預(yù)處理電路的電路圖； 圖12是圖像壓縮電路中的數(shù)據(jù)緩存與二維DCT變換電路的電路圖； 圖13是圖像壓縮電路中的數(shù)據(jù)緩存與二維DCT變換電路的電路圖(續(xù))； 圖14是圖像壓縮電路中的Zigzag編碼電路的電路圖； 圖15是圖像壓縮電路中的量化電路的電路圖； 圖16是圖像壓縮電路中的霍夫曼編碼電路的電路圖； 圖17是圖像壓縮電路中的碼流并串轉(zhuǎn)換電路的電路圖； 圖18是串口硬盤接口電路的結(jié)構(gòu)框圖； 圖19是串口硬盤接口電路的電路圖； 圖20是列車進(jìn)/出站檢測儀的結(jié)構(gòu)框圖； 圖21是RS232接口電路的結(jié)構(gòu)框圖； 圖22是RS232接口電路的電路圖； 圖23是觸發(fā)控制板的結(jié)構(gòu)框圖； 圖24是采用本發(fā)明系統(tǒng)檢測到列車的第1組圖像； 圖25是采用本發(fā)明系統(tǒng)檢測到列車的第66組圖像；
圖中千兆網(wǎng)相機(1)、千兆網(wǎng)接口電路(2)、千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器(21)、網(wǎng)絡(luò)變壓器02)、網(wǎng)絡(luò)接口(23)、狀態(tài)燈顯示電路04)、電壓保護(hù)電路05)、百兆網(wǎng)接口電路(3)、數(shù)據(jù)采集與控制電路G)、千兆網(wǎng)接口電路接口 G1)、串口硬盤接口電路接口(42)、觸發(fā)信號接口 03)、VPORT 接口 04)、EMIF 接口 05)、UART 接口 06)、百兆網(wǎng)接口(47)、圖像壓縮電路(5)、數(shù)據(jù)輸入接口(51)、數(shù)據(jù)預(yù)處理電路(52)、數(shù)據(jù)緩存與2維DCT變換電路(53)、 Zigzag編碼電路(M)、量化電路(55)、霍夫曼編碼電路(56)、碼流并串轉(zhuǎn)換電路(57)、串口硬盤(6)、串口硬盤接口電路(7)、串口硬盤協(xié)議芯片(71)、串口硬盤線的接插件(72)、電壓保護(hù)電路(73)、列車進(jìn)/出站檢測儀(8)、RS232接口電路(9)、RS232-A接口 (91)、多通道RS232線性驅(qū)動/接收器(92)、UART收發(fā)器(93)、觸發(fā)控制板(10)、觸發(fā)信號輸入接口 (101)、FPGA (102)、觸發(fā)信號輸出接口(103)、服務(wù)器(11)。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的嵌入式列車圖像檢測系統(tǒng)作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。如圖1所示為本發(fā)明的嵌入式列車圖像檢測系統(tǒng)，包括千兆網(wǎng)相機(1)、千兆網(wǎng)接口電路O)、百兆網(wǎng)接口電路(3)、數(shù)據(jù)采集與控制電路G)、圖像壓縮電路(5)、串口硬盤(6)、串口硬盤接口電路(7)、列車進(jìn)/出站檢測儀(8)、RS232接口電路(9)、觸發(fā)控制板 (10)和服務(wù)器(11)，其中，數(shù)據(jù)采集與控制電路⑷通過千兆網(wǎng)接口電路O)、百兆網(wǎng)接口電路(3)、串口硬盤接口電路(7)、RS232接口電路(9)分別與千兆網(wǎng)相機(1)、服務(wù)器(11)、 串口硬盤(6)、列車進(jìn)/出站檢測儀⑶相連，觸發(fā)控制板(10)同時與數(shù)據(jù)采集與控制電路 ⑷、列車進(jìn)/出站檢測儀⑶相連，圖像壓縮電路(5)同時與數(shù)據(jù)采集與控制電路、串口硬盤接口電路(7)相連；
其中，
千兆網(wǎng)接口電路⑵包括千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器、網(wǎng)絡(luò)變壓器02)、網(wǎng)絡(luò)接口 03)、 狀態(tài)燈顯示電路04)和電壓保護(hù)電路(25)，其中，千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器01)、網(wǎng)絡(luò)變壓器(22)、網(wǎng)絡(luò)接口依次相連，千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器的輸出連接狀態(tài)燈顯示電路 (M)、輸入連接電壓保護(hù)電路(25)，千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器還與千兆網(wǎng)接口電路接口 (41)相連，網(wǎng)絡(luò)接口 03)與千兆網(wǎng)相機(1)相連；
數(shù)據(jù)采集與控制電路由相互連接的FPGA和DSP構(gòu)成，其中，F(xiàn)PGA包括有千兆網(wǎng)接口電路接口(41)、串口硬盤接口電路接口(42)、觸發(fā)信號接口 ^3)，DSP包括有VPORT接口(44)、EMIF接口(45)、UART接口 (46)和百兆網(wǎng)接口 (47)，千兆網(wǎng)接口電路接口 (41)與千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器連接，串口硬盤接口電路接口 G2)與串口硬盤協(xié)議芯片(71)連接，觸發(fā)信號接口 G3)的輸入與觸發(fā)信號輸出接口(103)連接，千兆網(wǎng)接口電路接口 Gl) 和觸發(fā)信號接口的輸出端還均與圖像壓縮電路( 的輸入端連接，VPORT接口 04)和 EMIF接口 05)的輸入端均與圖像壓縮電路(5)的輸出端連接，UART接口 06)的輸入端與 UART收發(fā)器(93)相連，百兆網(wǎng)接口 07)與百兆網(wǎng)接口電路(3)連接；
圖像壓縮電路(5)由依次相連的數(shù)據(jù)輸入接口(51)、數(shù)據(jù)預(yù)處理電路(52)、數(shù)據(jù)緩存與2維DCT變換電路(53)、Zigzag編碼電路(M)、量化電路(55)、霍夫曼編碼電路(56)和碼流并串轉(zhuǎn)換電路(57)構(gòu)成，其中，數(shù)據(jù)輸入接口(51)的輸入端與千兆網(wǎng)接口電路接口 (41)、觸發(fā)信號接口 03)的輸出端連接，碼流并串轉(zhuǎn)換電路(57)的輸出端與VPORT接口(44)、EMIF接口(45)和串口硬盤協(xié)議芯片(71)的輸入端連接；
串口硬盤接口電路(7)包括串口硬盤協(xié)議芯片(71)、串口硬盤線的接插件(72)和電壓保護(hù)電路(73)，其中，串口硬盤協(xié)議芯片(71)與電壓保護(hù)電路(73)、碼流并串轉(zhuǎn)換電路 (57)、 串口硬盤接口電路接口(42)連接，其輸出與串口硬盤線的接插件(72)連接，串口硬盤線接插件(72)與串口硬盤(6)連接；
RS232接口電路(9)由依次相連的RS232-A接口(91)、多通道RS232線性驅(qū)動/接收器(92)和UART收發(fā)器(93)構(gòu)成，RS232-A接口(91)連接列車進(jìn)/出站檢測儀⑶和多通道RS232線性驅(qū)動/接收器(92)的輸入端，多通道RS232線性驅(qū)動/接收器(92)的輸出端與UART收發(fā)器(93)的接收端連接，UART收發(fā)器(93)的發(fā)送端與UART接口(46)連接；
觸發(fā)控制板(10)包括觸發(fā)信號輸入接口(101)、FPGA(102)和觸發(fā)信號輸出接口 (103)，F(xiàn)PGA (102)分別與觸發(fā)信號輸入接口(101)的輸出端和觸發(fā)信號輸出接口(103)的輸入端相連。1、千兆網(wǎng)接口電路(2)
千兆網(wǎng)接口電路(2)能控制和調(diào)整千兆網(wǎng)相機(1)的工作模式、幀率、曝光時間、 增益等參數(shù)，并且能接收千兆網(wǎng)相機(1)拍攝的圖像數(shù)據(jù)和發(fā)送相機命令，千兆網(wǎng)接口電路(2)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，千兆網(wǎng)接口電路(2)的各組成部分的具體電路圖如圖;Γ4 所示。在本實施例中，千兆網(wǎng)接口電路(2)中的千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器(21)選用 88E1111-RCJ型號的網(wǎng)絡(luò)芯片；網(wǎng)絡(luò)變壓器(22)選用LF9202A型號的芯片；網(wǎng)絡(luò)接口(23) 選用RJ45網(wǎng)絡(luò)接插件；狀態(tài)燈顯示電路(24)中的指示燈選用LED ；電壓保護(hù)電路(25)是由極性電容、非極性電容和電感組合而成，其中，極性電容選用IOuF/IOV規(guī)格，非極性電容選用0. IuF規(guī)格，電感選用IOuH規(guī)格，電壓保護(hù)電路(25)有兩個，分別為電壓保護(hù)電路(25a) 和電壓保護(hù)電路(25b)，具體電路如圖4所示，電壓保護(hù)電路(25a)連接2. 5V直流電源并同時接地，電壓保護(hù)電路(25b)連接1. 2V直流電源并同時接地。網(wǎng)絡(luò)接口(23)與LF9202A 芯片的 P13、P14、P16、P17、P19、P20、P22、P23 端口連接；LF9202A 型號芯片的 P12、P11、P9、 P8、P6、P5、P3、P2 端口分別與 88E1111-RCJ 型號芯片的 MDI_0_P、MDI_0_N、MDI_1_P、MDI_1_ N、MDI_2_P、MDI_2_N、MDI_3_P、MDI_3_N 端口 連接；88E1111-RCJ 型號芯片的 5 個輸出引腳 LED_TX、LED_RX、LED_LINK100、LED_LINK1000、LED_DUPLEX 與狀態(tài)燈顯示電路(24)連接，從而可顯示千兆網(wǎng)接口電路(2)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和工作方式，其中，千兆網(wǎng)接口電路(2)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)包括網(wǎng)絡(luò)通與不通，工作方式包括IOM網(wǎng)、100M網(wǎng)和千兆網(wǎng)等工作方式；88E1111-RCJ型號芯片的 GTXCLK、TX_CLK、TXEN、TXER、TXD0 7、RXCLK, RXDV, RXER、RXD0 7、CRS, COL、MDC, MDIO、INTn端口與數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)的千兆網(wǎng)接口電路接口(41)連接(圖5所示)， 從而可以實現(xiàn)千兆網(wǎng)圖像數(shù)據(jù)的接收和千兆網(wǎng)相機的命令控制。千兆網(wǎng)接口電路(2)通過外接晶振提供時鐘信號，千兆網(wǎng)接口電路⑵所接的外接晶振頻率為25MHz，經(jīng)FPGA的鎖相環(huán)倍頻為125MHz的工作頻率。在本實施例中千兆網(wǎng)接口電路(2)可實現(xiàn)的最高傳輸速率為 656. 25Mbps。2、百兆網(wǎng)接口電路(3)
百兆網(wǎng)接口(47)通過百兆網(wǎng)接口電路(3)與服務(wù)器(11)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，其可以通過TCP/IP協(xié)議傳送壓縮后的圖像碼流給服務(wù)器(11)，使得服務(wù)器(11)能實時預(yù)覽圖像；也可以通過FTP協(xié)議傳送壓縮后的圖像文件給服務(wù)器(11)，便于以后的故障檢測。本實施例中所采用的百兆網(wǎng)接口 G7)和百兆網(wǎng)接口電路C3)是現(xiàn)有技術(shù)中已有的，具體實施方法可參考DM642型DSP的技術(shù)手冊。3、數(shù)據(jù)采集與控制電路
數(shù)據(jù)采集與控制電路⑷分別與千兆網(wǎng)接口電路O)、百兆網(wǎng)接口電路(3)、圖像壓縮電路(5)、串口硬盤接口電路(7)、RS232接口電路(9)、觸發(fā)控制板(10)連接，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)與千兆網(wǎng)接口電路( 連接實現(xiàn)千兆網(wǎng)圖像數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)與百兆網(wǎng)接口電路C3)連接實現(xiàn)將壓縮文件上傳給服務(wù)器(11)，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)與圖像壓縮電路( 連接實現(xiàn)將圖像數(shù)據(jù)傳輸給圖像壓縮電路( 從而進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)與串口硬盤接口電路(7)連接實現(xiàn)將壓縮碼流傳輸給串口硬盤接口電路(7)從而將數(shù)據(jù)存盤，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)與RS232接口電路(9)連接用來接收列車進(jìn)/出站檢測儀(8)傳過來的命令，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)與觸發(fā)控制板(10)連接用來接收列車進(jìn)/出站檢測儀(8)傳過來的觸發(fā)信號。其結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示，各組成部分的具體電路圖如圖6、所示。本實施中數(shù)據(jù)采集與控制電路⑷是由FPGA 和DSP來實現(xiàn)，其中，F(xiàn)PGA選用的是ALTERA公司的EP2S60F1020C5N型FPGA芯片，DSP選用的是美國德州儀器公司(Tl)的TMS320DM642型DSP芯片，千兆網(wǎng)接口電路接口 (41)、串口硬盤接口電路接口 G2)和觸發(fā)信號接口 G3)在同一個FPGA芯片上，VPORT接口(44)、 EMIF接口(45)、UART接口(46)、百兆網(wǎng)接口 07)與FPGA芯片相連。4、圖像壓縮電路⑶
圖像壓縮電路(5)的結(jié)構(gòu)框圖如圖10所示，其各組成部分的具體電路圖如圖1廣17所示。本實施例中的圖像壓縮電路(5)也是由FPGA實現(xiàn)，其各個子電路模塊的實現(xiàn)按照國際標(biāo)準(zhǔn)JPEG編碼算法完成，工作頻率為100MHz，由FPGA的鎖相環(huán)倍頻輸出。數(shù)據(jù)采集與控制電路⑷向數(shù)據(jù)輸入接口(51)提供復(fù)位信號pRST、時鐘信號clk_100M、行有效信號LVAL、 數(shù)據(jù)有效信號Data_clk和圖像數(shù)據(jù)Cam_Data[7. . 0]，碼流并串轉(zhuǎn)換電路(57)與VPORT接口 04)和EMIF接口 05)連接，如圖7、所示，從而可將壓縮后的碼流傳給DSP。本實施例中的圖像壓縮電路(5)最高能實現(xiàn)每秒60幀、每幀140萬像素黑白相機圖像數(shù)據(jù)壓縮的電路。5、串口硬盤接口電路(7)
串口硬盤接口電路(7)的結(jié)構(gòu)框圖如圖18所示，圖19是其具體電路圖。串口硬盤接口電路⑵能將圖像壓縮電路(5)壓縮后的圖像數(shù)據(jù)存入串口硬盤(6)，也可以讀取串口硬盤(6)中的圖像數(shù)據(jù)并將讀取的圖像數(shù)據(jù)上傳給數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)。本實施例中，串口硬盤協(xié)議芯片(71)選用JM20330型號芯片，串口硬盤線的接插件(72)選用直插式接插件，電壓保護(hù)電路(73)僅由非極性電容組成，且非極性電容選用0. IuF規(guī)格的，具體如圖19 所示。串口硬盤線的接插件(72)通過引腳A+、A-、B+、B-分別與JM20330型號芯片的TXP、 TXN、RXP、RXN端口連接，電壓保護(hù)電路(73)連接3. 3V直流電源并接地，JM20330型號芯片的 ATA_DD0 15、RESETn, DMARQ, DIOWn、DIORn、IORDY, DMACK, INTRQ、DA0 2、CSOn, CSln 端口與串口硬盤接口電路接口 G2)連接，從而實現(xiàn)串口硬盤的讀寫，圖像數(shù)據(jù)通過串口硬盤線最高能以SOMBps的速度實時存入串口硬盤(6)。串口硬盤協(xié)議芯片(71)的外接晶振為25MHz，經(jīng)FPGA的鎖相環(huán)倍頻為125MHz的串口硬盤存儲工作頻率。6、列車進(jìn)/出站檢測儀(8)
列車進(jìn)/出站檢測儀(8)能實現(xiàn)采圖觸發(fā)發(fā)生功能和串口命令發(fā)送功能，其結(jié)構(gòu)框圖如圖20所示。本實施例中列車進(jìn)/出站檢測儀(8)由觸發(fā)發(fā)生模塊和命令發(fā)生模塊組成， 其中，觸發(fā)發(fā)生模塊與 觸發(fā)控制板(10)的觸發(fā)信號輸入接口(101)連接，命令發(fā)生模塊與 RS232 接口電路(9)的 RS232-A 接口(91)連接。7、RS232 接口電路(9)
RS232接口電路(9)能接收列車進(jìn)/出站檢測儀(8)發(fā)出的接車開始、接車結(jié)束和千兆網(wǎng)相機參數(shù)控制命令，其中，千兆網(wǎng)相機參數(shù)控制命令包括對相機曝光時間、增益等參數(shù)的控制，上述參數(shù)由列車進(jìn)/出站檢測儀⑶發(fā)出，然后通過RS232接口電路(9)將參數(shù)發(fā)送至數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)將接收到的參數(shù)數(shù)據(jù)通過千兆網(wǎng)相機接口(2)發(fā)給千兆網(wǎng)相機(1)，從而實現(xiàn)對相機參數(shù)的更改。RS232接口電路(9)的結(jié)構(gòu)框圖如圖21所示，其具體電路圖如圖22所示。本實施例中，RS232-A接口(91)采用母頭串口接插件，多通道RS232線性驅(qū)動/接收器(92)采用MAX3243C型號芯片，UART收發(fā)器 (93)采用 TL16C752B 型號芯片，其晶振為 29. 4912 MHz。RS232-A 接口(91)與 MAX3243C 型號芯片的引腳 TlOUT、T20UT、T30UT、R1IN、R2IN、R3IN、R4IN、R5IN 連接，MAX3243C 型號芯片通過引腳 T1IN、T2IN、T3IN、RlOUT, R20UT、R30UT、R40UT、R50UT 分別與 TL16C752B 芯片
的引腳JIIS4、TXA、5Si、^i、
IsEl > RXA、^^、;iii連接；TL16C752B 芯片通過引腳 D0 7、Α(Γ2、^1、RESET、Μ 、
iOJR 、jLS /)E4、:aaDZ4 與 UART 接口 (46)連接。8、觸發(fā)控制板(10)
觸發(fā)控制板(10)能將單脈沖觸發(fā)輸入轉(zhuǎn)換為雙脈沖觸發(fā)輸出，便于觸發(fā)線較長時消除信號毛刺，以達(dá)到精確控制觸發(fā)數(shù)量的目的，其結(jié)構(gòu)框圖如圖23所示。9、服務(wù)器(11)
工作人員可以通過服務(wù)器(11)接收J(rèn)PEG圖像碼流，實時解碼并預(yù)覽圖像，還可以通過百兆網(wǎng)接口電路⑶向數(shù)據(jù)采集與控制電路⑷發(fā)送命令，改變相機的曝光時間、增益等設(shè)置。本實施例中服務(wù)器(11)采用配置為因特爾酷睿雙核CPU(15-480)、1TB硬盤、4GB內(nèi)存、Windows Server 2003操作系統(tǒng)、具備百兆網(wǎng)接口、安裝了 Serv-U軟件，在Serv-U軟件中設(shè)定用戶名等信息，并指定圖像存放目錄。下面將詳細(xì)說明本發(fā)明的嵌入式列車圖像檢測系統(tǒng)的工作過程
本發(fā)明所述系統(tǒng)安裝在鐵軌旁邊的列檢站，當(dāng)列車要達(dá)到列檢站的時候，列車進(jìn)/ 出站檢測儀(8)檢測到鋪設(shè)于鐵軌的磁鋼信號，通過命令發(fā)生模塊的串口發(fā)出一個字節(jié) (OxFF)的接車開始命令給RS232接口電路(9)，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)接收到RS232接口電路(9)傳來的開始命令后，通過千兆網(wǎng)相機接口電路(2)開啟千兆網(wǎng)相機(1)，同時，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)通過百兆網(wǎng)接口電路(3)、并采用FTP通信協(xié)議在服務(wù)器(11)的某路徑下新建一個以當(dāng)前日期和當(dāng)前時間為目錄名的2級子目錄。在列車通過列檢站的過程中，即接車過程中，列車進(jìn)/出站檢測儀(8)會不斷地檢測到磁鋼信號從而通過觸發(fā)發(fā)生模塊發(fā)出脈沖觸發(fā)信號給觸發(fā)控制板(10)。由于鐵軌離列車檢測室較遠(yuǎn)，觸發(fā)線較長，容易使列車進(jìn)/出站檢測儀(8)發(fā)出的脈沖觸發(fā)信號產(chǎn)生毛刺，觸發(fā)控制板(10)將收到的單脈沖觸發(fā)信號通過FPGA(102)轉(zhuǎn)換為有一定時間間隔的雙脈沖觸發(fā)信號，并將雙脈沖觸發(fā)信號發(fā)送給數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)，數(shù)據(jù)采集與控制電路 (4)每收到一個雙脈沖觸發(fā)信號就通過千兆網(wǎng)相機接口電路O)向千兆網(wǎng)相機(1)傳送抓拍一幀圖像的信號，千兆網(wǎng)相機(1)將抓拍后的圖像數(shù)據(jù)通過千兆網(wǎng)相機接口電路(2)上傳給數(shù)據(jù)采集與控制電路G)，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)將接收到的圖像數(shù)據(jù)通過圖像壓縮電路( 進(jìn)行JPEG壓縮，形成壓縮圖像碼流，該圖像碼流通過串口硬盤接口電路(7)存入串口硬盤(6)，同時，圖像壓縮電路( 將壓縮圖像碼流回傳給圖像數(shù)據(jù)采集與控制電路 (4)，碼流加上JPEG文件頭和JPEG文件尾后形成JPEG圖像文件，該圖像文件通過百兆網(wǎng)接口電路(3)，以FTP協(xié)議傳輸?shù)搅袡z中心的服務(wù)器(11)建立的2級子目錄中。當(dāng)列車離開列檢站的時候，列車進(jìn)/出站檢測儀⑶檢測到鋪設(shè)于鐵軌的磁鋼信號，通過檢測儀上的命令發(fā)生模塊的串口發(fā)出一個字節(jié)(OxFD)的接車結(jié)束命令給RS232接口電路(9)，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)接收到RS232接口電路(9)傳來的結(jié)束命令后，通過千兆網(wǎng)相機接口電路⑵關(guān)閉千兆網(wǎng)相機(1)。在列車到達(dá)列檢站之前和離開列檢站之后，還可以通過服務(wù)器(11)進(jìn)行圖像實時預(yù)覽來檢查相機擺放位置是否正確、并可測試網(wǎng)絡(luò)和相機的工作狀態(tài)。圖像實時預(yù)覽的工作過程為服務(wù)器(11)通過百兆網(wǎng)接口電路C3)發(fā)送相機開啟命令給數(shù)據(jù)采集與控制電路G)，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)通過千兆網(wǎng)相機接口電路( 開啟千兆網(wǎng)相機(1)，采集與控制電路(4)通過百兆網(wǎng)接口電路C3)通過TCP/IP協(xié)議傳送壓縮后的圖像碼流給服務(wù)器(11)，服務(wù)器(11)實現(xiàn)實時解碼并預(yù)覽圖像。本發(fā)明所述系統(tǒng)在工作的時候，由于震動或連接不當(dāng)可能存在網(wǎng)線松動，從而導(dǎo)致接車過程中的圖像文件未能成功上傳到服務(wù)器(11)中。但由于已將壓縮圖像碼流通過串口硬盤接口電路(7)存入串口硬盤(6)，因此可以由服務(wù)器(11)通過百兆網(wǎng)接口電路 (3)發(fā)命令給數(shù)據(jù)采集與控制電路G)，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)通過串口硬盤接口電路 (7)讀取串口硬盤(6)中的圖像碼流數(shù)據(jù)，圖像碼流加上JPEG文件頭和JPEG文件尾后形成 JPEG圖像文件，將得到的圖像文件通過百兆網(wǎng)接口電路(3)，以FTP協(xié)議傳輸?shù)搅袡z中心的服務(wù)器(11)建立的2級子目錄中，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)斷線重傳功能。采用本發(fā)明的嵌入式列車圖像檢測系統(tǒng)在武漢某鐵路現(xiàn)場進(jìn)行試驗，經(jīng)過兩年多時間的運行，本發(fā)明系統(tǒng)均能穩(wěn)定工作，且測試效果良好。圖對和圖25是2009年9月2 日在鐵路現(xiàn)場由5個相機在某列車通過時獲取的該列車第1組和第66組圖像，從圖中看出圖像清晰良好。表1為本發(fā)明系統(tǒng)和現(xiàn)有的基于工控機的列車圖像檢測系統(tǒng)的比較表，從表中可以看出，本發(fā)明系統(tǒng)更簡便、具有更小的體積、更低的功耗、優(yōu)異的系統(tǒng)穩(wěn)定性、更高的輸出速率，采用本發(fā)明系統(tǒng)可以獲得更清晰的圖像。 表1本發(fā)明系統(tǒng)和基于工控機的列車圖像檢測系統(tǒng)的比較
權(quán)利要求
1.一種嵌入式列車圖像檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括千兆網(wǎng)相機⑴、千兆網(wǎng)接口電路⑵、百兆網(wǎng)接口電路⑶、數(shù)據(jù)采集與控制電路⑷、 圖像壓縮電路(5)、串口硬盤(6)、串口硬盤接口電路(7)、列車進(jìn)/出站檢測儀(8)、RS232 接口電路(9)、觸發(fā)控制板(10)和服務(wù)器(11)，其中，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)通過千兆網(wǎng)接口電路O)、百兆網(wǎng)接口電路(3)、串口硬盤接口電路(7)、RS232接口電路(9)分別與千兆網(wǎng)相機(1)、服務(wù)器(11)、串口硬盤(6)、列車進(jìn)/出站檢測儀(8)相連，觸發(fā)控制板 (10)同時與數(shù)據(jù)采集與控制電路G)、列車進(jìn)/出站檢測儀⑶相連，圖像壓縮電路(5)同時與數(shù)據(jù)采集與控制電路G)、串口硬盤接口電路(7)相連；所述的千兆網(wǎng)接口電路( 包括千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器(21)、網(wǎng)絡(luò)變壓器(22)、網(wǎng)絡(luò)接口(23)、狀態(tài)燈顯示電路04)和電壓保護(hù)電路05)，其中，千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器01)、網(wǎng)絡(luò)變壓器(22)、網(wǎng)絡(luò)接口依次相連，千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器的輸出連接狀態(tài)燈顯示電路(M)、輸入連接電壓保護(hù)電路(25)，千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器(21)還與千兆網(wǎng)接口電路接口 Gl)相連，網(wǎng)絡(luò)接口 03)與千兆網(wǎng)相機(1)相連；所述的數(shù)據(jù)采集與控制電路由相互連接的FPGA和DSP構(gòu)成，其中，F(xiàn)PGA包括千兆網(wǎng)接口電路接口 01)、串口硬盤接口電路接口(42)、觸發(fā)信號接口 ^3)，DSP包括有VPORT 接口(44)、EMIF接口(45)、UART接口 06)和百兆網(wǎng)接口(47)，千兆網(wǎng)接口電路接口與千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器連接，串口硬盤接口電路接口 G2)與串口硬盤協(xié)議芯片(71) 連接，觸發(fā)信號接口的輸入與觸發(fā)信號輸出接口(10 連接，千兆網(wǎng)接口電路接口 (41)和觸發(fā)信號接口 G3)的輸出端均與圖像壓縮電路(5)的輸入端連接，VPORT接口 04) 和EMIF接口 05)的輸入端均與圖像壓縮電路(5)的輸出端連接，UART接口 06)的輸入端與UART收發(fā)器(93)相連，百兆網(wǎng)接口 07)與百兆網(wǎng)接口電路(3)連接；所述的圖像壓縮電路(5)由依次相連的數(shù)據(jù)輸入接口(51)、數(shù)據(jù)預(yù)處理電路(52)、數(shù)據(jù)緩存與2維DCT變換電路(53)、Zigzag編碼電路(54)、量化電路(55)、霍夫曼編碼電路 (56)和碼流并串轉(zhuǎn)換電路(57)構(gòu)成，其中，數(shù)據(jù)輸入接口(51)的輸入端與千兆網(wǎng)接口電路接口(41)、觸發(fā)信號接口連接，碼流并串轉(zhuǎn)換電路(57)的輸出端與VPORT接口 04)、 EMIF接口 05)和串口硬盤協(xié)議芯片(71)連接；所述的串口硬盤接口電路⑵包括串口硬盤協(xié)議芯片(71)、串口硬盤線的接插件(72) 和電壓保護(hù)電路(73)，其中，串口硬盤協(xié)議芯片(71)與電壓保護(hù)電路(73)、碼流并串轉(zhuǎn)換電路(57)、串口硬盤接口電路接口 0 連接，其輸出與串口硬盤線的接插件(7 連接，串口硬盤線接插件與串口硬盤(6)連接；所述的RS232接口電路(9)由依次相連的RS232-A接口(91)、多通道RS232線性驅(qū)動 /接收器(92)和UART收發(fā)器(93)構(gòu)成，RS232-A接口(91)連接列車進(jìn)/出站檢測儀⑶ 和多通道RS232線性驅(qū)動/接收器(9 的輸入端，多通道RS232線性驅(qū)動/接收器(92) 的輸出端與UART收發(fā)器(93)的接收端連接，UART收發(fā)器(93)的發(fā)送端與UART接口 06) 連接；所述的觸發(fā)控制板(10)包括觸發(fā)信號輸入接口(101)、FPGA(102)和觸發(fā)信號輸出接口(103)，F(xiàn)PGA (102)分別與觸發(fā)信號輸入接口(101)的輸出端和觸發(fā)信號輸出接口(103) 的輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式列車圖像檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的電壓保護(hù)電路0 由極性電容、非極性電容和電感組合而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的嵌入式列車圖像檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的極性電容、非極性電容、電感分別為IOUF/IOV規(guī)格、0. IuF規(guī)格、IOuH規(guī)格。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的嵌入式列車圖像檢測系統(tǒng)，其特征在于 所述的電壓保護(hù)電路(7 僅由非極性電容組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的嵌入式列車圖像檢測系統(tǒng)，其特征在于 所述的非極性電容為0. IuF規(guī)格。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種嵌入式列車圖像檢測系統(tǒng)，包括千兆網(wǎng)相機、千兆網(wǎng)接口電路、百兆網(wǎng)接口電路、數(shù)據(jù)采集與控制電路、圖像壓縮電路、串口硬盤、串口硬盤接口電路、列車進(jìn)/出站檢測儀、RS232接口電路、觸發(fā)控制板和服務(wù)器，其中，數(shù)據(jù)采集與控制電路通過千兆網(wǎng)接口電路、百兆網(wǎng)接口電路、串口硬盤接口電路、RS232接口電路分別與千兆網(wǎng)相機、服務(wù)器、串口硬盤、列車進(jìn)/出站檢測儀相連，觸發(fā)控制板同時與數(shù)據(jù)采集與控制電路、列車進(jìn)/出站檢測儀相連，圖像壓縮電路同時與數(shù)據(jù)采集與控制電路、串口硬盤接口電路相連。與傳統(tǒng)的列車圖像檢測系統(tǒng)相比，本發(fā)明降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性、成本、體積和功耗，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并具有優(yōu)異的魯棒性。
文檔編號H04N7/18GK102158377SQ20111005593
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月8日
發(fā)明者夏巧橋, 宋冬立, 張青林, 李婕, 石文軒, 陳曦, 黃騰 申請人:武漢大學(xué)