专利名称：嵌入式机器视觉控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于视觉软件开发及测试的嵌入式机器视 觉控制器。
背景技术：
从现有机器视觉的技术实现上看，机器视觉包括三个技术环节 图像采集、数据分析与输入输出控制。图像采集其目的是采集到满足 分析要求的相应质量图像，这是机器视觉系统的基础；数据分析即图 像增强和处理，其目的是按照机器^L觉的功能要求，对采集到的图像 进行分析处理，然后输出结果，这是机器视觉系统的核心；输入输出 控制包括控制机器视觉系统本身，以达到准确采集图像的目的，也包 括根据图像处理与分析的结果，输出信号，驱动相应机器，实现机器 视觉系统的功能。 一个典型机器视觉系统的构成一般包括光源、光 学系统(镜头)、摄像机、图像釆集卡、计算机(或图像处理系统)、 图像处理软件、输入与输出控制、执行机构等。其中，光源、光学系 统(镜头)、摄像机、图像采集卡、计算机属于采集图像技术环节， 计算机(或图像处理系统)、图像处理软件属于数据分析技术环节， 其余属于控制技术环节。
在图像技术环节中，图像采集卡的功能是对摄像机输出的视频数 据进行实时采集，并提供与计算机的数据接口，方便计算机能够对采 集到的图像进行处理。图像采集卡可按照采集的视频信号分为模拟图 像采集卡和数字图像采集卡；按照数据传输方式分为PCI总线、PC104总线、IEEE1394、 USB等。而无论是在采像、分析或者控制环节上都 必不可少的计算机则主要采用工控机，同时辅以专业总线采集卡。
现有数据采集卡+计算机作为机器视觉分析控制系统的主要缺陷 在于
1 、没有专业的机器视觉工业计算机作为视觉开发系统的核心单 位，这为国内机器视觉领域的发展带来了不便；
2、 数据采集卡种类频多，功能却多数单一，不利于扩展，市场 主要由外国品牌主导；
3、 按现有的机器视觉组成硬件方案，系统庞大冗余，开发成本 高，不能形成市场标准。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种应用集成度高、可扩展性强、功能 强大的嵌入式机器视觉控制器。
针对上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案 一种嵌入 式机器视觉控制器，包括电源、处理器、南北桥芯片、显示单元、存 储单元、输入输出单元等部分，其特征在于，处理器与南北桥芯片连 接，电源控制单元连接至处理器，处理器同时与系统时钟相连接；南 北桥芯片利用ISA总线分别与控制器局域网络和可编程控制器连接。 实现本实用新型目的的技术方案进一步还包括 所述南北桥芯片上还连接有显示单元、存储单元以及网络单元。 所述南北桥芯片上还连接有固件及输入芯片SIO,输入芯片上集 成有数字I/O设备以及鼠标键盘，串口和并口 。本实用新型的有益效果为，
1 、本实用新型改善原机器视觉硬件平台常用的数据采集卡+工控 机+工业总线卡的复杂模式，将其提升为摒弃数据采集卡，直接利用 嵌入式工业主板集成的高速数据传输协议与工业总线接口 ，用一个集 成板卡的自我堆叠即实现开放式、多扩展的高速。
2 、通过嵌入式主板丰富的10接口 ，提供多种图像数据传输方式， 包括USB、 PC104、 IEE1394等多个接口，方侵j几器^L觉系统二次开发 者的外i殳选择。
3、 在该嵌入式硬件集成方案中，特为工业CCD相机配套了 IEEE1394总线传输方式，IEEE1394总线是目前为止计算机技术中最 快的高速串行总线，最高传输速度可达400M,真正点对点传输，满足 了大数据数字图像的需求，可同时传输数字视频信号和数字音频信 号，1394技术在采集和回录过程中没有任何信号的损失。本实用新 型中，配套了3个1394接口，可同时支持3个CCD相机，可为机器
视觉的二次系统集成开发节省大量成本。
4、 IEEE1394的高速传输直接性能直接可取代传统的数据采集卡， 同时本方案更设计了 CAN工业总线(Controller Area Network)即控 制器局域网络，与一般的通信总线相比，CAN总线的lt据通信具有突 出的可靠性、实时性和灵活性。由于CAN总线本身的特点，其应用范 围目前已不再局限于汽车行业，而向自动控制、航空航天、航海、过 程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗 器械及传感器等领域发展，几乎可应用于所有机器^L觉的应用领域。
图1为本实用新型整体结构框图。
图2为本实用新型实施例结构框图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型相关结构及功能进行解释 说明。
如图1为本实用新型整体结构框图。处理器作为本控制器整体的 控制核心，其与电源管理单元及系统时钟分别连接，并同时连接着南 北桥芯片。南北桥芯片连接着显示单元、存储单元、网络单元，还连 接着固件及输入芯片SIO, SIO上集成有数字1/0设备以及鼠标键盘， 串口和并口，南北桥芯片还通过ISA总线分别连接控制器局域网络 (Controller Area Network, CAN)及可编#呈4空制器(Complex Programmable Logic Device, CPLD)，实现对本实用新型控制系统
的编祠4lr入。
图2为本实用新型实施例结构框图。本实施例中，其CPU为 Celeron-M CPU,北桥芯片为82852GME，内存和显示等高速设备直接 与其连接，南桥芯片为82801DB,硬盘、USB接口直接由该芯片输出 控制，网络接口为RTL8100CL芯片，通过PCI总线连接，其他I/0接 口, 如Parallel Port、 Serial Port、 Keyboard、 Mouse等通过的 IT8712F连接控制，另外还有为CPU工作的辅助电路，如复位、电源 管理、时钟等。通过IT8888芯片，PCI总线可转为ISA总线，CAN总 线芯片SJA1000和CPLD芯片XC9536通过ISA总线与CPU模块进4亍通讯。
下面按照功能块对其各部分分别进行说明
1、 CPU
Celeron-M CPU为高性能，低功耗的移动贴片型处理器，采用 0. 13um工艺，带有32KB的一级緩存和512KB的二级緩存，400MHz前 端总线速度，最高频率达到1.5GHz,发热量比台式型CPU小，工作 时可采用散热片进行散热。其内核为X86兼容的，在软件及系统兼容 性方面具有一定的优势。
其内部集成浮点运算单元、高级电源管理控制单元、支持多媒体 醒X技术，有图形加速功能、与IA-32架构的软件兼容。
2、 北桥
北桥82852GME通过FSB总线与CPU连接，接收和发送CPU处理 器的命令和数据。它支持64位DDR SDRAM内存，最大支持2GB内存 容量，速度达到266MHz;芯片包含2D/3D图形加速器，图形处理速 度达到133MHz,并有DVO， LVDS接口，支持64M动态显示内存；芯片 内包含8259中断处理器，高级电源管理功能；并通过HUB 1/F与南 桥82801DB相连。
3、 南桥
南桥主要集成了众多总线接口 ，是与外部设备进行通讯的桥梁。 它包含PCI V2. 2总线，可连接扩展各种PCI总线的设备；有IDE、 USB接口；带有中断，电源管理功能，实时钟模块，DMA控制模块， I2C总线以及GPIO功能。4、 1/0连接
通过LPC总线，Super I/O IT8712F连接到南桥82801DB上， IT8712F主要连接各输入输出设备，例如并口，串口，键盘以及鼠标 等设备。
5、 Can总线
CAN总线芯片SJA1000接在由PCI扩展而来的ISA总线上，它是 一颗独立的CAN总线控制芯片，兼容最新的CAN 2. OB协议，它选择 82C250作为收发器，并加以光电隔离，确保输入和输出互不干扰， 从而提高系统工作的稳定性。
6、 可编程逻辑器件
可编程逻辑器件采用XC9536,它与CAN芯片同时接在ISA总线上， 对CAN芯片的地址、数据进行控制。
为了保证系统的各项功能稳定地长时间工作，本实用新型在具体 实施中，需要考虑并妥善处理下面几个技术难点
1、高速信号的设计处理高速信号线的处理要从原理设计和PCB 设计两方面来考虑。在原理设计方面，因为信号线工作在极高的频率， 例如，CPU和北桥的信号总线的传输速率在400MHz,所以必须完整考 虑它们在信号传输时的反射、振荡、串扰等信号完整性问题，正确 计算出阻抗匹配电阻，滤波电容的数据。在PCB方面，要注意在 布线的时候，可以考虑对高速信号线做包地隔离处理，以免受到 其他信号的干扰，同时，也不能去干扰别的信号线，另外，阻抗 匹配也要精确计算，从而保证信号能准确传输。2、 在CPLD方面，需要充分了解客户的要求，依据XC9536资 料，了解个寄存器的作用与设置，并具备熟练的VDHL编程技巧，从 而编制出相应的程序来驱动相关硬件电路，达到设计功能的要求。 如果对芯片的资料没有彻底、透彻的了解，对编程语言没有熟练 掌握，就无法编程一个符合要求的稳定运转的程序。
3、 散热的处理为了保证系统的长时间稳定地运行，将不采 用风扇进行散热，而采用散热片进行散热，因此需设计好散热系 统，及时把主板的热量散发出去，否则将因为高温导致系统死机。 为了保证系统能在高温的环境中稳定工作，可参考笔记本电脑的 散热导流槽的方式，系统全面地设计散热系统，并在高温箱中模 拟高温工作环境，反复验证散热系统，从而保证系统能长时间稳 定地工作。
权利要求1、一种嵌入式机器视觉控制器，包括电源、处理器、南北桥芯片、显示单元、存储单元、输入输出单元等部分，其特征在于，处理器与南北桥芯片连接，电源控制单元连接至处理器，处理器同时与系统时钟相连接；南北桥芯片利用ISA总线分别与控制器局域网络和可编程控制器连接。
2、 根据权利要求1所述的嵌入式机器视觉控制器，其特征在 于，南北桥芯片上还连接有显示单元、存储单元以及网络单元。
3、 根据权利要求1所述的嵌入式机器视觉控制器，其特征在 于，南北桥芯片上还连接有固件及输入芯片SIO，输入芯片上集成有 数字1/0设备以及鼠标键盘，串口和并口。
专利摘要一种嵌入式机器视觉控制器，包括电源、处理器、南北桥芯片、显示单元、存储单元、输入输出单元等部分，处理器与南北桥芯片连接，电源控制单元连接至处理器，处理器同时与系统时钟相连接；南北桥芯片利用ISA总线分别与控制器局域网络和可编程控制器连接。南北桥芯片连接着显示单元、存储单元、网络单元，还连接着固件及输入芯片SIO，SIO上集成有数字I/O设备以及鼠标键盘，串口和并口。本实用新型应用集成度高，可扩展性强、功能强大，可为机器视觉的二次系统集成开发节省大量成本。
文档编号G06F9/455GK201383142SQ200920051410
公开日2010年1月13日 申请日期2009年2月20日 优先权日2009年2月20日
发明者钦 李, 王林兴, 邓烈锋 申请人:深圳市蓝天计算机技术有限公司