專利名稱：嵌入式機器視覺控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于視覺軟件開發(fā)及測試的嵌入式機器視 覺控制器。
背景技術(shù)：
從現(xiàn)有機器視覺的技術(shù)實現(xiàn)上看，機器視覺包括三個技術(shù)環(huán)節(jié) 圖像采集、數(shù)據(jù)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(yīng)質(zhì)量圖像，這是機器視覺系統(tǒng)的基礎(chǔ)；數(shù)據(jù)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(jìn)行分析處理，然后輸出結(jié)果，這是機器視覺系統(tǒng)的核心；輸入輸出 控制包括控制機器視覺系統(tǒng)本身，以達(dá)到準(zhǔn)確采集圖像的目的，也包 括根據(jù)圖像處理與分析的結(jié)果，輸出信號，驅(qū)動相應(yīng)機器，實現(xiàn)機器 視覺系統(tǒng)的功能。 一個典型機器視覺系統(tǒng)的構(gòu)成一般包括光源、光 學(xué)系統(tǒng)(鏡頭)、攝像機、圖像釆集卡、計算機(或圖像處理系統(tǒng))、 圖像處理軟件、輸入與輸出控制、執(zhí)行機構(gòu)等。其中，光源、光學(xué)系 統(tǒng)(鏡頭)、攝像機、圖像采集卡、計算機屬于采集圖像技術(shù)環(huán)節(jié)， 計算機(或圖像處理系統(tǒng))、圖像處理軟件屬于數(shù)據(jù)分析技術(shù)環(huán)節(jié)， 其余屬于控制技術(shù)環(huán)節(jié)。
在圖像技術(shù)環(huán)節(jié)中，圖像采集卡的功能是對攝像機輸出的視頻數(shù) 據(jù)進(jìn)行實時采集，并提供與計算機的數(shù)據(jù)接口，方便計算機能夠?qū)Σ?集到的圖像進(jìn)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(shù)字圖像采集卡；按照數(shù)據(jù)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(huán)節(jié)上都 必不可少的計算機則主要采用工控機，同時輔以專業(yè)總線采集卡。
現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集卡+計算機作為機器視覺分析控制系統(tǒng)的主要缺陷 在于
1 、沒有專業(yè)的機器視覺工業(yè)計算機作為視覺開發(fā)系統(tǒng)的核心單 位，這為國內(nèi)機器視覺領(lǐng)域的發(fā)展帶來了不便；
2、 數(shù)據(jù)采集卡種類頻多，功能卻多數(shù)單一，不利于擴展，市場 主要由外國品牌主導(dǎo)；
3、 按現(xiàn)有的機器視覺組成硬件方案，系統(tǒng)龐大冗余，開發(fā)成本 高，不能形成市場標(biāo)準(zhǔn)。

實用新型內(nèi)容
本實用新型目的在于提供一種應(yīng)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(shù)問題，本實用新型采用如下的技術(shù)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(tǒng)時鐘相連接；南 北橋芯片利用ISA總線分別與控制器局域網(wǎng)絡(luò)和可編程控制器連接。 實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)方案進(jìn)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(wǎng)絡(luò)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(shù)字I/O設(shè)備以及鼠標(biāo)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(shù)據(jù)采集卡+工控 機+工業(yè)總線卡的復(fù)雜模式，將其提升為摒棄數(shù)據(jù)采集卡，直接利用 嵌入式工業(yè)主板集成的高速數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與工業(yè)總線接口 ，用一個集 成板卡的自我堆疊即實現(xiàn)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(shù)據(jù)傳輸方式， 包括USB、 PC104、 IEE1394等多個接口，方侵j幾器^L覺系統(tǒng)二次開發(fā) 者的外i殳選擇。
3、 在該嵌入式硬件集成方案中，特為工業(yè)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(shù)中最 快的高速串行總線，最高傳輸速度可達(dá)400M,真正點對點傳輸，滿足 了大數(shù)據(jù)數(shù)字圖像的需求，可同時傳輸數(shù)字視頻信號和數(shù)字音頻信 號，1394技術(shù)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(tǒng)集成開發(fā)節(jié)省大量成本。
4、 IEEE1394的高速傳輸直接性能直接可取代傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集卡， 同時本方案更設(shè)計了 CAN工業(yè)總線(Controller Area Network)即控 制器局域網(wǎng)絡(luò)，與一般的通信總線相比，CAN總線的lt據(jù)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(yīng)用范 圍目前已不再局限于汽車行業(yè)，而向自動控制、航空航天、航海、過 程工業(yè)、機械工業(yè)、紡織機械、農(nóng)用機械、機器人、數(shù)控機床、醫(yī)療 器械及傳感器等領(lǐng)域發(fā)展，幾乎可應(yīng)用于所有機器^L覺的應(yīng)用領(lǐng)域。

圖1為本實用新型整體結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為本實用新型實施例結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型相關(guān)結(jié)構(gòu)及功能進(jìn)行解釋 說明。
如圖1為本實用新型整體結(jié)構(gòu)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(tǒng)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(wǎng)絡(luò)單元，還連 接著固件及輸入芯片SIO, SIO上集成有數(shù)字1/0設(shè)備以及鼠標(biāo)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(wǎng)絡(luò) (Controller Area Network, CAN)及可編#呈4空制器(Complex Programmable Logic Device, CPLD)，實現(xiàn)對本實用新型控制系統(tǒng)
的編祠4lr入。
圖2為本實用新型實施例結(jié)構(gòu)框圖。本實施例中，其CPU為 Celeron-M CPU,北橋芯片為82852GME，內(nèi)存和顯示等高速設(shè)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(wǎng)絡(luò)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(fù)位、電源 管理、時鐘等。通過IT8888芯片，PCI總線可轉(zhuǎn)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(jìn)4亍通訊。
下面按照功能塊對其各部分分別進(jìn)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(dá)到1.5GHz,發(fā)熱量比臺式型CPU小，工作 時可采用散熱片進(jìn)行散熱。其內(nèi)核為X86兼容的，在軟件及系統(tǒng)兼容 性方面具有一定的優(yōu)勢。
其內(nèi)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(shù)，有圖形加速功能、與IA-32架構(gòu)的軟件兼容。
2、 北橋
北橋82852GME通過FSB總線與CPU連接，接收和發(fā)送CPU處理 器的命令和數(shù)據(jù)。它支持64位DDR SDRAM內(nèi)存，最大支持2GB內(nèi)存 容量，速度達(dá)到266MHz;芯片包含2D/3D圖形加速器，圖形處理速 度達(dá)到133MHz,并有DVO， LVDS接口，支持64M動態(tài)顯示內(nèi)存；芯片 內(nèi)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(shè)備進(jìn)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(shè)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(shè)備，例如并口，串口，鍵盤以及鼠標(biāo) 等設(shè)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(xié)議，它選擇 82C250作為收發(fā)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(tǒng)工作的穩(wěn)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(shù)據(jù)進(jìn)行控制。
為了保證系統(tǒng)的各項功能穩(wěn)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(shù)難點
1、高速信號的設(shè)計處理高速信號線的處理要從原理設(shè)計和PCB 設(shè)計兩方面來考慮。在原理設(shè)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?dāng)_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(shù)據(jù)。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(zhǔn)確傳輸。2、 在CPLD方面，需要充分了解客戶的要求，依據(jù)XC9536資 料，了解個寄存器的作用與設(shè)置，并具備熟練的VDHL編程技巧，從 而編制出相應(yīng)的程序來驅(qū)動相關(guān)硬件電路，達(dá)到設(shè)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(wěn)定運轉(zhuǎn)的程序。
3、 散熱的處理為了保證系統(tǒng)的長時間穩(wěn)定地運行，將不采 用風(fēng)扇進(jìn)行散熱，而采用散熱片進(jìn)行散熱，因此需設(shè)計好散熱系 統(tǒng)，及時把主板的熱量散發(fā)出去，否則將因為高溫導(dǎo)致系統(tǒng)死機。 為了保證系統(tǒng)能在高溫的環(huán)境中穩(wěn)定工作，可參考筆記本電腦的 散熱導(dǎo)流槽的方式，系統(tǒng)全面地設(shè)計散熱系統(tǒng)，并在高溫箱中模 擬高溫工作環(huán)境，反復(fù)驗證散熱系統(tǒng)，從而保證系統(tǒng)能長時間穩(wěn) 定地工作。
權(quán)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(tǒng)時鐘相連接；南北橋芯片利用ISA總線分別與控制器局域網(wǎng)絡(luò)和可編程控制器連接。
2、 根據(jù)權(quán)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(wǎng)絡(luò)單元。
3、 根據(jù)權(quán)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(shù)字1/0設(shè)備以及鼠標(biāo)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(tǒng)時鐘相連接；南北橋芯片利用ISA總線分別與控制器局域網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)單元，還連接著固件及輸入芯片SIO，SIO上集成有數(shù)字I/O設(shè)備以及鼠標(biāo)鍵盤，串口和并口。本實用新型應(yīng)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(tǒng)集成開發(fā)節(jié)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(yōu)先權(quán)日2009年2月20日
發(fā)明者欽 李, 王林興, 鄧烈鋒 申請人:深圳市藍(lán)天計算機技術(shù)有限公司