專利名稱：適于遠(yuǎn)程監(jiān)控的混凝土裂縫寬度測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及適于遠(yuǎn)程監(jiān)控的混凝土裂縫寬度測(cè)量?jī)x，主要用于混凝 土裂縫寬度本地自動(dòng)判讀，裂縫寬度及圖像數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸和對(duì)某一段 處危險(xiǎn)裂縫的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。
背景技術(shù)：
混凝土裂縫通用檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定裂縫寬度最大為0.2mm。超過該標(biāo)準(zhǔn)的混 凝土裂縫會(huì)嚴(yán)重降低混凝土材料的承載力從而危及人們的生命安全。因此現(xiàn) 場(chǎng)快速精確測(cè)出縫寬，個(gè)別危險(xiǎn)裂縫進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)裂縫寬度及圖像 數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸及分析具有特別重要意義。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于裂縫寬度的 測(cè)量，使用最廣的是讀數(shù)顯微鏡法。該方法是操作者通過目鏡能看到裂縫放 大圖像及刻度尺和游標(biāo)，通過刻度盤調(diào)整游標(biāo)位于裂縫邊緣，位于兩個(gè)邊緣 的刻度盤數(shù)值之差即為縫寬。該方法讀數(shù)過程繁瑣，人員主觀性大，測(cè)量精 度低；隨后出現(xiàn)基于CCD技術(shù)的混凝土縫寬測(cè)量法。該方法的操作者是使用 CCD攝像頭拍攝裂縫圖像，用顯示屏顯示放大的裂縫圖像，并通過調(diào)整攝像頭 使裂縫與顯示器上刻度尺垂直，即可根據(jù)顯示屏上的刻度尺讀取裂縫寬度值。 但該方法仍然沒有從根本上克服測(cè)量效率和人為誤差的問題；基于DSP技術(shù) 的混凝土裂縫寬度測(cè)量?jī)x的出現(xiàn)克服了上述弊端，實(shí)現(xiàn)了對(duì)裂縫寬度數(shù)據(jù)的 快速自動(dòng)判讀，但仍存在很多不足l.要求操作人員必須到現(xiàn)場(chǎng)操作儀器， 導(dǎo)致操作現(xiàn)場(chǎng)化，存在嚴(yán)重弊端。2.無法將裂縫及圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸、 分析，影響了危險(xiǎn)裂縫的分析判決，導(dǎo)致判識(shí)效率低且易引發(fā)嚴(yán)重事故。3. 對(duì)個(gè)別危險(xiǎn)裂縫不能實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)控從而引發(fā)危險(xiǎn)事故，造成安全隱患。4.由 于對(duì)個(gè)別危險(xiǎn)裂縫無法進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，也導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)頻繁檢測(cè)，造成人力 浪費(fèi)，檢測(cè)效率低。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有混凝土裂縫寬度測(cè)量?jī)x僅限于本地自動(dòng) 判讀，無法將縫寬及圖像數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸和對(duì)某一段危險(xiǎn)裂縫進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí) 時(shí)監(jiān)控，導(dǎo)致實(shí)時(shí)性差、測(cè)量效率低。本實(shí)用新型提出了一種基于新的網(wǎng)絡(luò)
視頻、DSP、 CCD三者技術(shù)結(jié)合，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、接收、存儲(chǔ)、分析 和縫寬自動(dòng)判讀功能的便攜式高精度嵌入式混凝土裂縫寬度檢測(cè)儀。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案如圖l所示，其特征在于包括硬件模塊及實(shí)現(xiàn)縫寬 自動(dòng)判讀方法的軟件模塊。硬件模塊部分包括攝像頭、圖像采集模塊、DSP、 圖像顯示模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊、外擴(kuò)存儲(chǔ)空間、中斷控制模塊、顯示器以及外圍 電路。軟件模塊用于實(shí)現(xiàn)硬件模塊初始化及實(shí)現(xiàn)縫寬自動(dòng)判讀方法。硬件部 分用攝像頭來采集混凝土表面的裂縫圖像，輸出模擬視頻信號(hào)；圖像采集模 塊采用Philips公司的SAA7115芯片將采集到的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào) 送DSP處理。DSP接收數(shù)字視頻信號(hào)后，對(duì)裂縫圖像進(jìn)行處理，計(jì)算裂縫的寬 度值，然后將帶有裂縫寬度值的數(shù)字視頻信號(hào)傳給網(wǎng)絡(luò)模塊或圖像顯示模塊。 網(wǎng)絡(luò)模塊負(fù)責(zé)將視頻信號(hào)通過以太網(wǎng)接口進(jìn)行遠(yuǎn)距離網(wǎng)絡(luò)傳輸。圖像顯示模 塊采用Philips公司的SAA7104芯片將DSP處理后的數(shù)字視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化成模擬 視頻信號(hào)在顯示器上實(shí)時(shí)顯示裂縫圖像和寬度值；外擴(kuò)存儲(chǔ)空間是由存儲(chǔ)電 路擴(kuò)展的兩片SDRAM和一片F(xiàn)LASH ROM閃存組成。中斷控制模塊與按鍵電 路共同作用產(chǎn)生DSP硬件中斷，從而實(shí)現(xiàn)本儀器的菜單功能。所述的網(wǎng)絡(luò)模塊 與DSP芯片連接，DSP芯片內(nèi)置10/100Mb/s的以太網(wǎng)介質(zhì)訪問控制器EMAC和 管理數(shù)據(jù)輸入輸出模塊MDIO， DSP芯片通過以上兩個(gè)模塊與網(wǎng)絡(luò)模塊相連。 EMAC模塊是DS3P處理器內(nèi)核與片外的網(wǎng)絡(luò)物理層數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌?，?fù)責(zé)以太 網(wǎng)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。MDIO模塊負(fù)責(zé)管理與EMAC相連的所有PHY芯片，包
括對(duì)PHY芯片進(jìn)行枚舉、配置和器件狀態(tài)監(jiān)測(cè)等。所述的圖像采集模塊與DSP 芯片的連接，圖像采集模塊中的視頻A/D轉(zhuǎn)換器通過數(shù)字視頻數(shù)據(jù)信號(hào)、視頻 采樣時(shí)鐘信號(hào)以及視頻控制信號(hào)與DSP相連，當(dāng)釆集視頻信號(hào)時(shí)，DSP控制視 頻采樣時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)字視頻數(shù)據(jù)信號(hào)將采集到的圖像信息從圖像采集模塊中 輸出；所述的圖像顯示模塊與DSP芯片的連接，圖像顯示模塊中的視頻D/A轉(zhuǎn) 換器通過數(shù)字視頻數(shù)據(jù)信號(hào)、視頻采樣時(shí)鐘信號(hào)以及視頻控制信號(hào)與DSP相 連，當(dāng)采集到的裂縫圖像被處理完畢之后，DSP控制視頻采樣時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)字 視頻數(shù)據(jù)信號(hào)將處理后的圖像信息輸入到圖像顯示模塊；外圍電路包括以太 網(wǎng)接口電路、存儲(chǔ)電路、復(fù)位電路、仿真電路、按鍵電路、時(shí)鐘電路、模式 選擇電路、連接器電路以及電源轉(zhuǎn)換電路；以太網(wǎng)接口電路主要是Intel LXT971PHY的外圍電路的接口設(shè)計(jì)，該芯片是快速以太網(wǎng)物理層自適應(yīng)收發(fā) 器，能夠與DSP芯片的EMAC/MDIO模塊無縫連接。存儲(chǔ)器電路由SDRAM以 及FLASHROM閃存組成，它們分別與DSP連接，其數(shù)據(jù)的讀入和寫出受DSP 控制，SDRAM用于存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)，F(xiàn)LASH ROM用于存儲(chǔ)儀器的上電加載程 序；復(fù)位電路提供復(fù)位信號(hào)，當(dāng)按下復(fù)位按鍵時(shí)復(fù)位；仿真電路與DSP相連， 用于儀器上電加載程序的下載和調(diào)試；按鍵電路與DSP相連，用于接收外部命 令，使儀器按要求執(zhí)行相應(yīng)的指令；時(shí)鐘電路用于提供系統(tǒng)時(shí)鐘；模式選擇 電路主要與DSP芯片的模式選擇引腳相連，用于設(shè)定DSP的工作模式；電源轉(zhuǎn) 換電路用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為工作電壓。連接器電路提供電路板上器件與外 部CCD攝像頭、電源及顯示器等外圍器件的方便連接，以及采用鋰電池供電 和直流轉(zhuǎn)直流電源模塊解決測(cè)量?jī)x的供電方法。
軟件模塊部分的特征包括實(shí)現(xiàn)硬件電路的初始化和裂縫寬度的自動(dòng)判讀方 法。硬件電路初始化功能的實(shí)現(xiàn)是基于TI公司的NDK網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)開發(fā)包來實(shí)現(xiàn)
的；縫寬自動(dòng)判讀方法的實(shí)現(xiàn)則是借助于一系列圖像處理方法。軟件功能的
實(shí)現(xiàn)過程如圖2所示首先硬件電路上電后自動(dòng)從FLASH加載程序，利用TI公 司的NDK網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)硬件電路的初始化功能。之后儀器進(jìn)入開機(jī)菜單界 面，此時(shí)按照用戶選擇的不同菜單項(xiàng)，儀器將分別執(zhí)行裂縫圖像處理、裂縫 寬度數(shù)據(jù)察看和裂縫寬度數(shù)據(jù)清除操作。裂縫寬度數(shù)據(jù)察看和裂縫寬度數(shù)據(jù) 清除操作菜單項(xiàng)分別執(zhí)行顯示前幾次存儲(chǔ)的裂縫寬度數(shù)據(jù)和清除前幾次存儲(chǔ) 的裂縫寬度數(shù)據(jù)操作。裂縫圖像處理菜單項(xiàng)執(zhí)行的圖像處理功能是本儀器的 核心功能部分，其特征在于在顯示器中央用DSP做出十字標(biāo)尺，用CCD攝 像頭采集裂縫圖像時(shí)，將位于顯示器中央的十字標(biāo)尺對(duì)準(zhǔn)要測(cè)量的裂縫的中 間位置，DSP接收來自圖像采集模塊傳遞來的原始圖像亮度數(shù)據(jù)，由DSP對(duì)裂 縫圖像進(jìn)行處理，處理方法主要包括圖像截取、圖像分割、反色處理、區(qū)域 標(biāo)記、小面積消去、寬度測(cè)量、圖像標(biāo)尺、寬度顯示、輸出圖像合成。具體 步驟如下DSP接收來自圖像采集模塊傳遞來的原始圖像亮度數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù) 在液晶屏上為一幅720X576像素的裂縫灰度圖像。首先執(zhí)行圖像截取功能， 該功能是以裂縫為中心，左右各s個(gè)像素，以2sXt像素的圖像區(qū)域作為待處
理區(qū)域，采用公式你力-K"，力，"，力"代處艦域，完成截取2sXt像素的圖像區(qū)
域，用于后續(xù)的圖像處理，s為大于裂縫寬度像素一半的像素值，t為小于顯示 屏高度的像素值；/~，力為圖中坐標(biāo)為~，力處圖像像素灰度值。圖像分割功能是 對(duì)截取的2sXt像素的裂縫灰度圖像的進(jìn)行二值化處理，即將灰度圖像變?yōu)楹?白圖像以便于后續(xù)圖像處理；由于二值化后的圖像裂縫為黑色背景為白色， 所以為突出裂縫進(jìn)行反色處理，采用/fx,力-255-/&力，&力￡^/ ，使裂縫變
為白色區(qū)域，背景為黑色區(qū)域；其中/&^為圖像中坐標(biāo)為~，力處像素的灰度值, ^像狄是指第一步圖像截取時(shí)截取的圖像區(qū)域。區(qū)域標(biāo)記是用來標(biāo)記二值圖像中的連通區(qū)域(以八連通為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷)，將裂縫圖像中大小不同的連通區(qū) 域做上標(biāo)記，為小面積消去做準(zhǔn)備；小面積消去功能則是將圖像中小于一定 面積的白色區(qū)域去除，排除不是裂縫的白色干擾區(qū)域。圖像標(biāo)尺表現(xiàn)為顯示 在顯示器中間的白色十字線，是用在CCD攝像頭采集裂縫圖像時(shí)，將十字標(biāo)尺 對(duì)準(zhǔn)要測(cè)量的裂縫的中間位置，因?yàn)槭謽?biāo)尺本身位于顯示器中央，這樣對(duì) 中后待測(cè)裂縫也位于顯示器的中央位置，有利于圖像處理操作。最后進(jìn)行裂 縫寬度計(jì)算，計(jì)算方法是將多行裂縫寬度數(shù)據(jù)累加后再除以行數(shù)，得出的裂 縫寬度平均值作為最終的裂縫寬度值。完成裂縫寬度自動(dòng)判讀操作后，最后 將處理后的圖像及數(shù)據(jù)傳遞給圖像顯示模塊和網(wǎng)絡(luò)模塊進(jìn)行輸出顯示。
本實(shí)用新型具有混凝土裂縫寬度自動(dòng)判讀、裂縫寬度數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離網(wǎng)絡(luò)傳 輸、裂縫圖像遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。只需要把攝像頭對(duì)準(zhǔn)混凝土裂縫，就 可以通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離監(jiān)控裂縫寬度變化，并通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離傳輸視頻數(shù)據(jù)， 減少頻繁的現(xiàn)場(chǎng)操作。也可以按下儀器上的開始處理按鈕，即可在顯示器上 看到經(jīng)過采集、處理后輸出的被放大的混凝土裂縫圖像以及裂縫寬度的數(shù)字 顯示值，或者將寬度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。
適于遠(yuǎn)程監(jiān)控的混凝土裂縫寬度測(cè)量?jī)x是一種高精度、自動(dòng)化程度高， 并可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)及圖像傳輸?shù)膶Ｓ脺y(cè)量?jī)x。該儀器基于網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)， 實(shí)時(shí)性好，減少了人員頻繁現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，使用方便，大大降低了操作人員的勞 動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。因此在一定程度上減少了混凝土裂縫寬度測(cè)量工 作中錯(cuò)誤的發(fā)生，便于對(duì)危險(xiǎn)裂縫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)保障混凝土建筑物安全 具有重要意義。
附圃說明


圖1是本實(shí)用新型的具有自動(dòng)判讀功能的裂縫寬度測(cè)量?jī)x的技術(shù)方案框
圖2是本實(shí)用新型裂縫寬度自動(dòng)判讀的圖像處理流程圖3是本實(shí)用新型圖像采集及顯示模塊與DSP芯片的接口框圖4是本實(shí)用新型網(wǎng)絡(luò)模塊與DSP芯片的接口框圖5是本實(shí)用新型SAA7115解碼器電路的電路原理圖6是本實(shí)用新型SAA7104編碼器電路的電路原理圖7是本實(shí)用新型的DSP芯片外部存儲(chǔ)器(EMIF)接口框圖8是本實(shí)用新型的DSP芯片時(shí)鐘電路的電路原理圖9是本實(shí)用新型以太網(wǎng)接口電路的電路原理圖10是本實(shí)用新型FLASH存儲(chǔ)器電路的電路原理圖11是本實(shí)用新型的JTAG仿真電路的電路原理圖12是本實(shí)用新型按鍵電路的電路原理圖13 (a)是本實(shí)用新型的DSP芯片上電加載模式選擇電路原理圖； 圖13 (b)是本實(shí)用新型的DSP芯片EMIF接口時(shí)鐘輸入模式選擇電路 原理圖14是本實(shí)用新型復(fù)位電路的電路原理圖； 圖15是本實(shí)用新型連接器電路的電路原理圖。
具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合圖2—圖14對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明
一種以數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為核心，具有自動(dòng)判讀功能的混凝土裂縫 寬度測(cè)量?jī)x，整臺(tái)儀器包括攝像頭、圖像采集模塊、DSP、網(wǎng)絡(luò)模塊、圖像顯 示模塊以及網(wǎng)絡(luò)接口電路、復(fù)位電路、仿真電路、按鍵電路、時(shí)鐘電路、存 儲(chǔ)電路、模式選擇電路、電源轉(zhuǎn)換電路、連接器電路和顯示器。
參照?qǐng)D2，本測(cè)量?jī)x自動(dòng)判讀功能是通過相關(guān)的圖像處理方法實(shí)現(xiàn)的。第 一步圖像截取。該功能是將720X576像素的裂縫圖像用十字標(biāo)尺對(duì)中后使 圖像位于顯示屏中央，然后在顯示器中央截取300X576像素(以裂縫為中心 左右各150個(gè)像素)的裂縫圖像區(qū)域作為后續(xù)進(jìn)行圖像處理的區(qū)域。方法描述
如下你力=K"力，"，力e "代處軀域；/(3c,勿為圖中坐標(biāo)為(3^處圖像像素灰度
第二步圖像分割。圖像分割功能是分析圖像數(shù)據(jù)，獲取合適的閾值， 并用該閾值對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理，為后面進(jìn)一步圖像處理做準(zhǔn)備。本設(shè)計(jì) 采用自適應(yīng)OSTU法進(jìn)行閾值選取，該方法可靈活選擇大小合適的閾值。方法 描述計(jì)算計(jì)算截取區(qū)域圖像灰度的均方差，當(dāng)均方差小于混凝土裂縫圖像
處理閾值25 30時(shí)，常用的閾值為30，說明圖像中的目標(biāo)大小不合適直接利 用OSTU方法進(jìn)行閾值選取。此時(shí)縮小選取圖像區(qū)域的寬度，再次統(tǒng)計(jì)均方差， 迭代此過程直至均方差達(dá)到預(yù)定門限值時(shí)確定選取區(qū)域的寬度。把選取區(qū)域 的直方圖在給定閾值(可選1-255之間的數(shù)值)處分割成兩組，當(dāng)被分成的兩 組之間的方差為最大時(shí)給定的閾值就是最終要選的閾值。OSTU法公式計(jì)算如 下設(shè)一幅圖像的灰度值為1-m級(jí)(m為1到255中的任一值)，灰度值為i的像 素個(gè)數(shù)為《,，此時(shí)我們得到
圖像總像素個(gè)數(shù)為<formula>formula see original document page 10</formula>各個(gè)像素值的概率<formula>formula see original document page 10</formula>
用K將其分成兩組c。"i ^和C,""卜加)，(iC為1到255之間的數(shù)值。其 中c。為灰度值是l到A:之間數(shù)值的集合，c,為灰度值是^到255之間數(shù)值的集 合)，各組產(chǎn)生概率如下
C。產(chǎn)生的概率為『?！骸?i>,-W，(『。=^)
-'產(chǎn)生的概率為^:『l = J>, =1_^，(『i=^-^)
^的平均值C/。 ^)=1!
,.=1『0 K
i的平均值tv a
—.『，i-k
其中"-t/.A是整體圖像的灰度平均值；i.A是閾值為K時(shí)的灰度平
均值。所以全部采樣的灰度平均值為"-『。^。+^-t/,
兩組間方差(類間方差)<="。(A)-〃)2+wM-/^-"。"M-〃。)2
二 —^〗2
從l m之間改變K的大小，并求出^的最大值。當(dāng)cr〖為最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的K值 即為閾值。利用計(jì)算出的閾值對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理
恭,力=<{
第三步圖像反色。該功能是將圖像進(jìn)行反色處理，使裂縫圖像中背景 為黑色，裂縫為白色。方法描述,,力="5-/(^,(^"圖像區(qū)域(其中脈力為
圖像中坐標(biāo)為"^處像素的灰度值，^皿《是指第一步圖像截取時(shí)截取的圖像
區(qū)域)。
第四步區(qū)域標(biāo)記功能。用來標(biāo)記二值圖像中的連通區(qū)域(以八連通為 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷)。將裂縫圖像中大小不同的連通區(qū)域做上標(biāo)記，為小面積消去 做準(zhǔn)備。方法描述1.從左到右、從上到下遍歷圖像像素，找到最左上角的像 素，并將其像素值標(biāo)記為1; 2.從左到右、從...匕到下遍歷圖像像素，若像素值
為255，則按右上、正上、左上、左前的順序判斷這四點(diǎn)像素值；若右上點(diǎn)像
素值不為0，則當(dāng)前點(diǎn)像素值標(biāo)記為右上點(diǎn)像素值；若右上點(diǎn)像素值為0，則 依次判斷正上、左上、左前的像素，并進(jìn)行相同操作；3.若該像素右上、正上、 左匕左前四點(diǎn)像素值皆為0，則將該點(diǎn)像素值置為2，以后遇到此情況，只 需將標(biāo)記值加1即可；4.合并不同標(biāo)記的連通區(qū)域。
第五步小面積消去功能。用來去除圖像中面積小于給定閾值(本設(shè)計(jì)
采用閾值為40)的區(qū)域。本方法根據(jù)區(qū)域標(biāo)記的結(jié)果，將裂縫圖像中小于40
的連通區(qū)域消去，從而排除干擾。方法描述統(tǒng)計(jì)圖像中所有已標(biāo)記的連通
區(qū)域，當(dāng)連通區(qū)域所包含的像素點(diǎn)數(shù)小于40，則將該連通區(qū)域中的像素灰度
置為背景色。
第六步寬度計(jì)算功能是計(jì)算圖像中裂縫的寬度。方法描述逐行掃描
統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)的圖像，記錄30行白色目標(biāo)區(qū)域的寬度并進(jìn)行累加，結(jié)果除以統(tǒng) 計(jì)區(qū)域的行數(shù)30，得到以像素為單位的裂縫寬度，該寬度乘以水平像素表示
的寬度，得到最終的裂縫寬度值。
參照?qǐng)D3，本測(cè)量?jī)x選用TI公司的TMS320DM642 DSP芯片作為主處 理芯片，該芯片內(nèi)部集成了三個(gè)可配置的視頻端口，這些視頻端口提供了與 視頻A/D轉(zhuǎn)換芯片的無縫接口，因而無需外加CPLD (復(fù)雜可編程邏輯器件) 和FIFO (先入先出存儲(chǔ)器)就可以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。在本系統(tǒng)中，VPO 端口用于視頻釆集，采集頻率最高可以達(dá)到80MHz; VP2端口用于視頻顯示，
頻率最高可達(dá)到110MHz。其中，數(shù)據(jù)線￥ 0/20[9..2]用于傳輸8位BT656 格式的數(shù)字視頻流；VP0/2CTL0與采集/顯示模塊的水平同步引腳相連； VP0/2CTU與采集/顯示模塊的垂直同步引腳相連；VP0/2CTL2與采集/顯示 模塊的場(chǎng)同步引腳相連；VP0/2CLK0與采集/顯示模塊的時(shí)鐘輸出引腳相連。
參照?qǐng)D4， DM642片內(nèi)有EMAC/MDIO模塊，與片外Intel LXT971 PHY 芯片及其外圍電路連接，可以快速實(shí)現(xiàn)OSI模型中數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的功 能，Intel LXT971 PHY芯片是快速以太網(wǎng)物理層自適應(yīng)收發(fā)器，支持IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)，提供MII (media independent interface)接口，能夠與DM642中 的EMAC/MDIO模塊無縫連接。支持10/100Mb/s全雙工數(shù)據(jù)傳輸。如圖2所 示，主要接口信號(hào)包括時(shí)鐘、控制和監(jiān)測(cè)信號(hào)與數(shù)據(jù)總線。其中時(shí)鐘信號(hào) MTCLK:發(fā)送時(shí)鐘。MRCLK:接收時(shí)鐘。MDCLK:管理數(shù)據(jù)時(shí)鐘，該時(shí)鐘 信號(hào)由DM642片上的MDIO模塊來實(shí)現(xiàn)。控制和監(jiān)測(cè)信號(hào)包括MTXEN: 發(fā)送使能信號(hào)。MCOL:網(wǎng)絡(luò)沖突監(jiān)測(cè)信號(hào)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突時(shí)，該信號(hào) 由PHY置位告訴EMAC。 MRXDV:接收數(shù)據(jù)使能。MRXER:接收錯(cuò)誤， 當(dāng)接收的幀中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，該信號(hào)線被置位。數(shù)據(jù)總線MTXD (3-0):發(fā)送數(shù) 據(jù)總線，只在使能信號(hào)MTXEN有效時(shí)，數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)才有效。MRXD (3-0):接收數(shù)據(jù)總線，只在使能信號(hào)MRXDV有效時(shí)，數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù) 才有效。MDIO:管理數(shù)據(jù)I/0。以向PHY寫入或讀出數(shù)據(jù)幀的形式對(duì)PHY 進(jìn)行配置。
參照?qǐng)D5， SAA7104編碼芯片用于將DM642處理后的視頻信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn) 換后送顯示屏顯示。其中編碼器BLUE一CB一CVBS引腳即與顯示器相連，用 于將編碼后的模擬視頻信號(hào)送顯示器。編碼器的XTAL0引腳外接27M晶振， 用于提供編碼芯片的時(shí)鐘信號(hào)。HSVGC、 VSVGC 、 FSVGC三個(gè)引腳分別為 水平同步、垂直同步和場(chǎng)同步信號(hào)引腳，與DM642水平同步、垂直同步、場(chǎng)
同步引腳相連，用來保證視頻信號(hào)的正確傳輸。VP1D[9.,2]與DM642的VP1 端口相連，用于將DM642處理后的8位BT656格式的數(shù)字視頻流送編碼器 進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。RESET引腳與復(fù)位電路的復(fù)位信號(hào)相連，保證編碼器上電后 正確復(fù)位。
參照?qǐng)D6, SAA7115解碼芯片用于將CCD攝像頭采集的模擬視頻信號(hào)進(jìn) 行A/D轉(zhuǎn)換后送DSP進(jìn)行處理。解碼芯片的AI11引腳用于接收來自CCD攝 像頭的模擬視頻信號(hào)，數(shù)據(jù)線VP2D[9..2]與DM642VP2端口相連，用于傳輸 8位BT656格式的數(shù)字視頻流送DM642進(jìn)行處理；XTAL1引腳外接24M的 晶振，用于提供解碼芯片的時(shí)鐘信號(hào)。Reset引腳與復(fù)位電路的復(fù)位信號(hào)相連， 保證解碼器上電后正確復(fù)位。
參照?qǐng)D7， DM642芯片具有外部存儲(chǔ)器接口，能夠與多種外存實(shí)現(xiàn)無縫 連接。DM642的地址總線為64位，因此在該系統(tǒng)中，選用兩片SDRAM串 聯(lián)，每一片的容量為4M*32bit，這樣兩片串聯(lián)在一起就相當(dāng)于一片4N^64bit 的SDRAM,共用地址線和控制線，丁8可7..0]為字節(jié)使能信號(hào)，使能八個(gè)字節(jié)。 TED[63,.0]為外部存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)信號(hào)線；TEA[22,.3]為外部存儲(chǔ)器的地址信號(hào) 線。由于系統(tǒng)中SDRAM被分配在DM642的CE0空間，因此TCEO作為片選 信號(hào)，當(dāng)其為低電平時(shí)，SDRAM被使能。TWE為寫使能信號(hào)，當(dāng)其為低電 平時(shí)，DSP芯片可以將數(shù)據(jù)寫入SDRAM中。TSDRAS為行選通信號(hào)，當(dāng)其 為低電平時(shí)，DSP芯片發(fā)送讀寫SDRAM的行地址。TSDCAS為列選通信號(hào)， 當(dāng)其為低電平時(shí)，DSP芯片發(fā)送讀寫SDRAM的列地址；TSDCKE為時(shí)鐘使 能信號(hào)。
參照?qǐng)D8， DSP時(shí)鐘輸入電路主要由50MHz的晶振與DSP芯片的時(shí)鐘倍 頻模式逸擇管腳連接組成。系統(tǒng)時(shí)鐘輸入頻率為50MHz，通過CLKMODEO 和CLKMODE1的高低電平組合，選擇DM642內(nèi)部CPU的工作頻率是1倍、6倍、或12倍的時(shí)鐘輸入頻率。
參照?qǐng)D9, DM642用LXT971物理層芯片擴(kuò)展了一個(gè)10/100Mb/s的以太 網(wǎng)接口，本電路就是以太網(wǎng)接口部分的詳細(xì)原理圖。連接器為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)連 接器RJ-45。
參照?qǐng)D10，該系統(tǒng)FLASH用來存儲(chǔ)上電加載程序。FLASH芯片型號(hào)為 AMD公司的AM29LV800B，容量為lM*8bit,被分配在DM642的CE1空間。 具體電路原理圖參考圖4:由于這款芯片可以選擇以8位數(shù)據(jù)或16位傳輸數(shù) 據(jù)，即當(dāng)BYTE引腳為低電平時(shí)，以8位寬度傳輸，反之，當(dāng)其為高電平時(shí)， 選擇以16位數(shù)據(jù)寬度進(jìn)行傳輸，在本系統(tǒng)中，將BYTE引腳接地，以8位傳 輸，因此AM29LV800B使用數(shù)據(jù)線TED[7..0]， DQ15/A-1引腳作為地址線 TEA3來使用，AM29LV800B的A[18..0]接到DSP的地址總線TEA[22..4]。 RESET弁接到系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)。AM29LV800B的RY/BY弁信號(hào)與片選信號(hào)通過一 個(gè)或門電路接到DM642的ARDY信號(hào)上，這樣，當(dāng)TCE1弁為低電平，即選 通CE1空間時(shí)，若RY/BY弁為低電平，表示FLASH芯片還沒有準(zhǔn)備好，若 RY/BY^高電平，表示FLASH處于空閑狀態(tài)，這時(shí)系統(tǒng)就可以對(duì)FLASH進(jìn)行 讀寫操作。
參照?qǐng)D11， DM642DSP具有符合IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)的JTAG仿真端口，它 是一種邊界掃描測(cè)試方式，通過仿真調(diào)試軟件及仿真器可以訪問DSP的內(nèi)部 資源。具體電路原理圖參照?qǐng)D5: JTAG仿真端口共有13條信號(hào)線，需要連接 到標(biāo)準(zhǔn)的14腳插槽上，其中第6管腳為空。插槽上的管腳1為測(cè)試模式選擇 信號(hào)TMS，管腳2為測(cè)試復(fù)位信號(hào)TRST#，管腳3為測(cè)試數(shù)據(jù)輸入信號(hào)TDI， 管腳7為測(cè)試數(shù)據(jù)輸出信號(hào)TDO，管腳11為測(cè)試的時(shí)鐘信號(hào)TCK，管腳9 為時(shí)鐘反饋信號(hào)。
參照?qǐng)D12，按鍵電路主要由集成電路U1組成，型號(hào)為74HC08，該集成
電路中的nA與nB為輸入信號(hào)，nY為輸出信號(hào)，當(dāng)且僅當(dāng)nA與nB同時(shí)為 高電平時(shí)，nY為高電平。只要其中之一為低電平，nY貝ij為低電平。在本系 統(tǒng)中，Ul的1A、 1B、 2A、 2B分別接到DM642的GPO[9..11]，同時(shí)與外部 按鍵相連，當(dāng)操作者按下按鍵時(shí)，例如KEY1被按下，GP09變?yōu)榈碗娖剑?Y 也變?yōu)榈碗娖?，?B為低電平，則3Y即EXTINT6為低電平，此時(shí)將引發(fā) 中斷，執(zhí)行相應(yīng)的中斷程序。
參照?qǐng)D13 (a)，由于DM642支持多種工作模式，因此為不同的工作模式
預(yù)留一些設(shè)置手段能夠很好地提高系統(tǒng)的靈活性，并給調(diào)試帶來方便。 TEA[22:21]的高低電平組合決定了系統(tǒng)釆用哪一種上電加載模式，本系統(tǒng)選用 外部存儲(chǔ)器接口 (EMIF)加載方式，即通過外部擴(kuò)展FLASH來加載系統(tǒng)程 序。LENDIAN一MODE為大小端模式選擇引腳，若為低電平，系統(tǒng)工作在大 端模式下，反之若為高電平，系統(tǒng)工作在小端模式下，本系統(tǒng)選擇小端模式。
參照?qǐng)D13 (b)， TEA[20:19]的高低電平組合決定了EMIFA接口的時(shí)鐘輸 入方式。若TEA20為低電平，TEA19也為低電平，則選擇通過AECLKIN引 腳為EMIFA接口提供時(shí)鐘信號(hào)；若TEA20為低電平，TEA19為高電平，則 EMIFA接口的時(shí)鐘頻率為CPU工作頻率的四分之一；若TEA20為高電平， TEA19為低電平，則EMIFA接口的時(shí)鐘頻率為CPU工作頻率的六分之一。
參照?qǐng)D14，系統(tǒng)復(fù)位電路主要由集成電路U12組成，型號(hào)為74HC14。 該芯片的工作原理為若nA為高電平，則nY為低電平，反之同理。當(dāng)按鍵 S9被按下時(shí)，1A變?yōu)榈碗娖?，則1Y變?yōu)楦唠娖剑捎?Y與2A用導(dǎo)線相 連，則2A也為高電平，2Y變?yōu)榈碗娖剑?A也為低電平，3Y、 4A為高電平, 則4Y即RESET信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，整套系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)。該測(cè)量?jī)x器在使 用時(shí)，檢測(cè)人員只需將攝像頭放在裂縫上，即可在顯示器上看到采集到的裂 縫圖像，按下開始處理按鍵，即可看到測(cè)量得出的裂縫寬度值。本實(shí)用新型
操作簡(jiǎn)單、方便，實(shí)用性強(qiáng)，能夠快速精確地測(cè)出混凝土裂縫的寬度，具有 很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。
參照?qǐng)D15，連接器電路提供電路板上器件與外部CCD、電源及顯示器等 外圍器件的方便連接，以便于儀器整機(jī)安裝。DC5V模塊是直流轉(zhuǎn)直流的電源 轉(zhuǎn)化模塊，用來將鋰電池提供的12V直流電轉(zhuǎn)化為5V的直流電供給DSP硬 件電路。CON2是鋰電池供電輸入插口 CON1是液晶顯示器信號(hào)線及電源線 連接插口，用于鋰電池給液晶顯示器供電及顯示器與DSP之間的數(shù)據(jù)傳輸； CON3是按鍵電路外接鍵盤的連接插口 ； CON4是CCD信號(hào)線及電源線連接 插口 ，用于鋰電池給CCD攝像頭提供電源及CCD與DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸;CON3 是鋰電池的供電插口，用于通過外接電源給鋰電池供電。鋰電池是采用日本 三洋公司生產(chǎn)的UR18650F鋰離子電池，其標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓為3.7V，標(biāo)準(zhǔn)電容 量為2400mAh 。本實(shí)用新型需要提供12V的直流電壓和8小時(shí)以上的供電時(shí) 間，所以采用六塊鋰電池，三塊鋰電池串聯(lián)后再將兩組串聯(lián)的鋰電池并聯(lián)給 測(cè)量?jī)x供電。
權(quán)利要求1、適于遠(yuǎn)程監(jiān)控的混凝土裂縫寬度測(cè)量?jī)x，包括攝像頭、圖像采集模塊、DSP、圖像顯示模塊、外擴(kuò)存儲(chǔ)空間、顯示器以及外圍電路；用CCD攝像頭來采集混凝土表面的裂縫圖像，輸出模擬視頻信號(hào)；圖像采集模塊將采集到的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)送DSP處理；DSP接收數(shù)字視頻信號(hào)后，對(duì)裂縫圖像進(jìn)行處理，計(jì)算裂縫的寬度值，然后將帶有裂縫寬度值的數(shù)字視頻信號(hào)傳給圖像顯示模塊，圖像顯示模塊將DSP處理后的數(shù)字視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化成模擬視頻信號(hào)在顯示器上實(shí)時(shí)顯示裂縫圖像和寬度值；其特征在于還包括網(wǎng)絡(luò)模塊，中斷控制模塊，外圍電路還包括以太網(wǎng)接口電路、連接器電路；網(wǎng)絡(luò)模塊負(fù)責(zé)將視頻信號(hào)通過以太網(wǎng)接口進(jìn)行遠(yuǎn)距離網(wǎng)絡(luò)傳輸；中斷控制模塊與按鍵電路共同作用產(chǎn)生DSP硬件中斷，從而實(shí)現(xiàn)本儀器的菜單功能；所述的網(wǎng)絡(luò)模塊與DSP芯片連接，DSP芯片內(nèi)置10/100Mb/s的以太網(wǎng)介質(zhì)訪問控制器EMAC和管理數(shù)據(jù)輸入輸出模塊MDIO，DSP芯片通過以上兩個(gè)模塊與網(wǎng)絡(luò)模塊相連；EMAC模塊是DSP處理器內(nèi)核與片外的網(wǎng)絡(luò)物理層數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌?，?fù)責(zé)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送；MDIO模塊負(fù)責(zé)管理與EMAC相連的所有PHY芯片，包括對(duì)PHY芯片進(jìn)行枚舉、配置和器件狀態(tài)監(jiān)測(cè)等；DSP將帶有裂縫寬度值的數(shù)字視頻信號(hào)傳給網(wǎng)絡(luò)模塊；以太網(wǎng)接口電路主要是Intel LXT971PHY的外圍電路的接口設(shè)計(jì)，該芯片是快速以太網(wǎng)物理層自適應(yīng)收發(fā)器，能夠與DSP芯片的EMAC/MDIO模塊無縫連接；連接器電路提供電路板上器件與外部CCD攝像頭、電源及顯示器等外圍器件的方便連接，以及連接直流轉(zhuǎn)直流電源轉(zhuǎn)化模塊和鋰電池供電電路，解決測(cè)量?jī)x的供電問題。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的適于遠(yuǎn)程監(jiān)控的混凝土裂縫寬度測(cè)量?jī)x，其特征在 于所述的圖像采集模塊與DSP芯片的連接，采用Philips公司的SAA7115芯片 將釆集到的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)送DSP處理，圖像采集模塊中的視頻 A/D轉(zhuǎn)換器通過數(shù)字視頻數(shù)據(jù)信號(hào)、視頻采樣時(shí)鐘信號(hào)以及視頻控制信號(hào)與DSP相連，當(dāng)采集視頻信號(hào)時(shí)，DSP控制視頻采樣時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)字視頻數(shù)據(jù)信 號(hào)將采集到的圖像信息從圖像采集模塊中輸出。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的適于遠(yuǎn)程監(jiān)控的混凝土裂縫寬度測(cè)量?jī)x，其特征在 于所述的圖像顯示模塊與DSP芯片的連接，采用Philips公司的SAA7104芯片 將DSP處理后的數(shù)字視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化成模擬視頻信號(hào)在顯示器上實(shí)時(shí)顯示裂縫 圖像和寬度值；圖像顯示模塊中的視頻D/A轉(zhuǎn)換器通過數(shù)字視頻數(shù)據(jù)信號(hào)、視 頻釆樣時(shí)鐘信號(hào)以及視頻控制信號(hào)與DSP相連，當(dāng)采集到的裂縫圖像被處理完 畢之后，DSP控制視頻采樣時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)字視頻數(shù)據(jù)信號(hào)將處理后的圖像信息 輸入到圖像顯示模塊。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的適于遠(yuǎn)程監(jiān)控的混凝土裂縫寬度測(cè)量?jī)x，其特征在 于所述的外圍電路包括存儲(chǔ)電路、復(fù)位電路、仿真電路、按鍵電路、時(shí)鐘 電路、模式選擇電路以及電源轉(zhuǎn)換電路，復(fù)位電路提供復(fù)位信號(hào)，當(dāng)按下復(fù) 位按鍵時(shí)復(fù)位；仿真電路與DSP相連，用于儀器上電后程序的下載和調(diào)試；按 鍵電路與DSP相連，用于接收外部命令，使儀器按要求執(zhí)行相應(yīng)的指令；時(shí)鐘 電路用于提供系統(tǒng)時(shí)鐘；模式選擇電路主要與DSP芯片的模式選擇引腳相連，用于設(shè)定DSP的工作模式；電源轉(zhuǎn)換電路用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為工作電壓；存儲(chǔ)電路由SDRAM以及FLASH ROM閃存組成，它們分別與DSP連接，其數(shù)據(jù) 的讀入和寫出受DSP控制，SDRAM用于存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)，F(xiàn)LASH ROM用于存 儲(chǔ)儀器的上電加載程序；外擴(kuò)存儲(chǔ)空間是由存儲(chǔ)電路擴(kuò)展的兩片SDRAM和一 片F(xiàn)LASHROM閃存組成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及適于遠(yuǎn)程監(jiān)控的混凝土裂縫寬度測(cè)量?jī)x，主要用于混凝土裂縫寬度本地自動(dòng)判讀。硬件模塊部分包括攝像頭、圖像采集模塊、DSP、圖像顯示模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊、外擴(kuò)存儲(chǔ)空間、中斷控制模塊、顯示器以及外圍電路。圖像采集模塊將采集到的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)送DSP處理。DSP接收數(shù)字視頻信號(hào)后，對(duì)裂縫圖像進(jìn)行處理，計(jì)算裂縫的寬度值，然后將帶有裂縫寬度值的數(shù)字視頻信號(hào)傳給網(wǎng)絡(luò)模塊或圖像顯示模塊。本實(shí)用新型能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、接收、存儲(chǔ)、分析和縫寬自動(dòng)判讀功能，一定程度上減少了混凝土裂縫寬度測(cè)量工作中錯(cuò)誤的發(fā)生，便于對(duì)危險(xiǎn)裂縫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
文檔編號(hào)G01B11/02GK201059960SQ20072014885
公開日2008年5月14日 申請(qǐng)日期2007年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日
發(fā)明者何存富, 斌 吳, 宋國(guó)榮, 芹 王, 胡彥彥 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)