机器视觉检测的数据采集卡的制作方法

本实用新型涉及数据交互及控灯的机器视觉领域，尤其是一种用于机器视觉检测的数据采集卡，采集卡集光耦隔离输入、光耦隔离输出、输出自检及pwm控灯功能。

背景技术：

视觉系统就是用机器代替人眼来做测量和判断。视觉系统是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分 CMOS 和CCD 两种）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。是用于生产、装配或包装的有价值的机制。它在检测缺陷和防止缺陷产品被配送到消费者的功能方面具有不可估量的价值。

技术实现要素：

本专利申请提供了机器视觉检测的数据采集卡，实现与设备机台数据的交互的同时，对实现开关量输出自检，提高检测的准确度，本实用新型采用以下技术方案：本专利申请机器视觉检测的数据采集卡，包括有：电源模块、FPGA主控电路、PWM控灯电路、PCI电路、开关量输入电路、开关量输出电路以及输出自检电路，PCI电路与电源模块、FPGA主控电路连接；电源模块用于对FPGA主控电路、PWM控灯电路、开关量输入电路、开关量输出电路以及输出自检电路提供供电电压；FPGA主控电路数据输入引脚接开关量输入电路，FPGA主控电路数据输出引脚接开关量输出电路和PWM控灯电路，开关量输出电路输出端接输出自检电路，输出自检电路接入FPGA主控电路。

优选的，PCI电路中的PCI芯片的双向数据线、双向地址线接FPGA主控电路，PCI芯片的地址/数据复用总线接PCI插槽的AD信号线接。

优选的，所述电源模块包括有外部电源、PCI插槽引出的5V电源、机箱小4PIN接入的12V电源；其中，PCI插槽引出的5V电源经降压、稳压后接FPGA主控电路和PCI芯片，用于提供其工作电压；小4PIN接入的12V电源接PWM控灯电路、开关量输入电路、开关量输出电路以及输出自检电路，用于提供PWM控灯电路的正向电压以及提供开关量输入电路、开关量输出电路、输出自检电路的上拉电压；外部电源与小4PIN之间连接有跳线进行供电的选择，外部电源通过2PIN、DB25串行的VCC口引入，2PIN接PWM控灯电路，用于提供PWM控灯电路的正向电压，DB25串行的VCC口接开关量输入电路、开关量输出电路以及输出自检电路，用于提供开关量输入电路、开关量输出电路以及输出自检电路的上拉电压。

优选的，所述小4PIN接DB15，DB15接PWM控灯电路，同时，DB15上还接有2PIN引出的部分外部电源，DB15接的小4PIN、2PIN引出的电源用于提供PWM控灯电路的正向电压。

优选的，所述开关量输入电路具有并联的8路光耦电路，其中，光耦输入端的阳极接小4PIN或DB25串行的VCC口，光耦输入端的阴极接DB25串行的开关量输入通道，光耦输出端接FPGA主控电路。

优选的，所述开关量输出电路有并联的14路输出电路，电路采用三极管驱动光耦，三极管基极接FPGA主控电路、集电极接光耦输入端的负极电压，光耦输入端的正向电压为PCI插槽引出的并经过降压、稳压后的3.3v电压，光耦输出端经上拉电阻连接到开关量输出通道，上拉电阻的电压值由小4PIN或DB25串行VCC口引出。

优选的，输出自检电路也为并联的8路光耦电路，其中，光耦输入端的阳极接DB25串行的VCC口或小4PIN，光耦输入端的阴极接DB25串行的开关量输出通道，光耦输出端接FPGA主控电路。

优选的，所述PWM控灯电路中，利用FPGA主控电路控制场效应管的导通、截止状态，占空比的变化驱动控制LED光源强度的变化，场效应管栅极接FPGA主控电路输出端、源极接地、漏极接DB15接口的对应管脚。

本实用新型的有益效果：利用本专利申请的采集卡实现设备机台与PC机之间数据的交互，PC机发送指令，指令通过开关量输出到达机台；而机台通过开关量输入电路将开关量输入量反馈给pc，实现pc与机台之间的数据的交互，同时开光量输出电路与输出自检电路连接，并利用输出自检电路传输给FPGA主控电路实现自检功能。

附图说明

图1为本专利申请的框架原理图；

图2为本专利申请关于接口模块的原理图；

图3为本专利申请关于的FPGA主控电路原理图；

图4为本专利申请关于开关量输入以及开关量输出自检电路原理图；

图5为本专利申请关于开关量输出电路原理图；

图6为本专利申请关于PWM控灯电路原理图；

图7为本专利申请关于pci电路原理图；

图8为本专利申请关于PCI插槽电路原理图；

图9为本专利申请关于电源及时钟电路原理图。

具体实施方式

由图1、图3所示可知，本实用新型所提供的机器视觉检测的数据采集卡，应用于机器视觉检测系统中，实现PC与机台的数据交互，交互的实现如下：机台将检测物体运动到相机下，通过开关量输入电路发送命令给PC，PC发送指令给FPGA，控制LED光源亮灯并进行取像，然后分析取像结果，通过开关量输出电路反馈给机台该检测物体是否合格，以及可以继续运动检测下一个物体。

本专利所提供的采集卡包括有：电源模块、FPGA主控电路、PWM控灯电路、开关量输入电路、开关量输出电路以及输出自检电路，电源模块用于对FPGA主控电路、PWM控灯电路、开关量输入电路、开关量输出电路以及输出自检电路提供供电电压，FPGA主控电路数据输入引脚接开关量输入电路，用于接收开关量输入量；FPGA主控电路数据输出引脚接开关量输出电路和PWM控灯电路，发送指令给PWM控灯电路，改变占空比来改变LED光源的强度，开关量输出电路输出端接输出自检电路，输出自检电路又接回FPGA主控电路，用于输入自检量。

图7、图8所示，还包括有PCI电路，PCI电路中的PCI芯片的双向数据线、双向地址线接FPGA主控电路，PCI芯片的地址/数据复用总线接PCI插槽的AD信号线接。

由图2、图7所示可知，所述电源模块包括有外部电源、PCI插槽引出的5V电源、机箱小4PIN接入的12V电源；其中，PCI插槽引出的5V电源经稳压芯片进行降压稳压，降压后变为3.3V，2.5V和1.2V电压，稳压后接FPGA主控电路和PCI9054芯片，用于提供其工作电压。

小4PIN接入的12V电源接开关量输入电路、开关量输出和输出自检电路电路,用于提供开关量输入电路、开关量输出电路以及输出自检电路的上拉电压，小4PIN接入的12V电源接还DB15，并通过DB15接PWM控灯电路，用于提供PWM控灯电路的正向电压。

外部电源通过2PIN、DB25串行的VCC口（图2中的13引脚）引入，2PIN引入的电源只要接入就一直存在，2PIN接DB15,通过DB15接PWM控灯电路，用于提供PWM控灯电路的正向电压；DB25串行的VCC口（13引脚）接开关量输入电路、开关量输出电路和输出自检电路，用于提供开关量输入电路、开关量输出电路、输出自检电路的上拉电压。

外部电源与小4PIN之间连接有跳线进行供电的选择，确切的说是DB25串行的VCC口引入的部分外部电源与小4PIN之间跳线连接，当跳线跳到小4PIN时，采用4PIN引入的12v电源对开关量输入电路、开关量输出和输出自检电路电路供电电压；而当跳变到DB25串行的VCC口引入的部分外部电源时，利用DB25串行的VCC口（13引脚）接开关量输入电路、开关量输出电路和输出自检电路，用于对其供电。

DB15接小4PIN和2PIN引出的电源，无论是否发生跳变，DB15上一直存在小4PIN和2PIN引出的电源，跳线用于选择改变开关量输入、输出和输出自检电路的电压。

在电源与内部逻辑电路处设有保险丝，图2所示在2PIN与PWM控灯电路，小4PIN与PWM控灯电路，跳线处与开关量输入电路、开关量输出电路、输出自检电路（图2所示的IOV）连接处都有保险丝，分别为FU3、FU2、FU1，最大电流为5A，分别位于小4PIN连接的PWM的正向电压，2PIN连接的PWM的正向电压，以及开关量输入电路、开关量输出电路、输出自检电路的供电电压选择处（图2中的IOV点）。

由图4所示可知，开关量输入电路具有并联的8路光耦电路，其中，光耦输入端的阳极接小4PIN或DB25串行的VCC口，光耦输入端的阴极接DB25串行的开关量输入通道，光耦输出端接FPGA主控电路，用于传输开光量输入量给FPGA主控电路，开关量的输入分为中断模式和非中断模式，模式切换可由PC端命令控制，非中断模式下，仅可读取当前开关量输入管脚的电压状态，中断触发通道为16路，分别为8路开关量输入及8路输出自检输入。

由图5所示可知，所述开关量输出电路有并联的14路输出电路，电路采用三极管驱动光耦，三极管基极接FPGA主控电路、集电极接光耦输入端的负极电压，光耦输入端的正向电压为3.3v电压，该电压为由PCI插槽引出的5v电压经过降压稳压后得到的，光耦输出端经上拉电阻连接到开关量输出通道，上拉电阻的电压值由小4PIN或DB25串行VCC口引出。

由图4所示可知，输出自检电路也为并联的8路光耦电路，其中，光耦输入端的阳极接小4PIN或DB25串行的VCC口，光耦输入端的阴极接DB25串行的开关量输出通道，光耦输出端接FPGA主控电路，将自检数据传输给FPGA主控电路，用来检测其输出是否正常，开关量输出共14路，其中8路有输出自检功能，自检输入与开关量输入同步读取，也分为中断模式和非中断模式，中断模式下，一次读取16位数据，其中高8位为自检输入，低8位为开关量输入；中断触发模式为三种，分别为上升沿触发，下降沿触发，上升沿下降沿都触发，触发模式切换可由PC端命令控制。当选定一种触发模式打开中断后，只要16路中断触发通道中任意1路电平变化满足中断触发条件，即触发中断，将PCI的中断管脚电平置位，打开DMA传输通道，传输数据。

由图1所示，设置有指示灯，用于检测电源模块是否正常接入及FPGA能否正常收发PC端命令，PC机发送命令给FPGA要求改变指示灯状态，如果能够正常改变，证明FPGA工作正常，能够与PC端交互命令，指示灯共常亮，常暗和闪烁三种状态。

由图2、6所示可知，DB15接口上可以外接LED光源，其作用是：当机台将检测物体运动到相机下，机台发送命令给PC机，PC发送指令给FPGA主控电路控制指示灯亮灯取像，Led光源的正负两端直接接在DB15对应管脚上，不用再外接电源，其中DB15的PP0接口为机箱12V电源的正极，正常情况12V 输出的话，用小4PIN的电压接LED光源；DB15的PP1接口为外部2PIN电源的正极，2PIN可接入并输出任意压值的电压，通过改变接线方式可以改变任意一路PWM的电压，利用PWM控灯电路控制LED光源亮度，即通过占空比来进行调控，利用FPGA主控电路控制场效应管的导通、截止状态，来驱动控制LED光源，场效应管栅极接FPGA主控电路输出端、源极接地、漏极接DB15接口，还通过PC端命令改变当前对应管脚的PWM占空比，从而达到调节灯光亮度的作用，FPGA编程采用状态机模式，只有当收到新的不同的命令时，进入另一状态，否则保持当前状态不变，故当设定好某一路PWM占空比后，该路就持续输出此占空比的PWM波，直到收到新的占空比命令。

图9所示，PWM波的周期为1000个时钟周期（板卡使用40MHz晶振，一个时钟周期为25ns）即25us；PWM波的分辨率为1000，占空比调节范围为0~1000/1000，当占空比设置为0时，即常暗模式；当占空比设置为1时，即常亮模式；由于FPGA只有接收到占空比改变命令才会进行输出占空比的改变，由于PWM周期为1000个时钟，故命令刷新周期也为1000个时钟，即从收到命令到改变为命令设置的占空比，最多需要使用1000个时钟，即25us。

上述实施例仅例示性说明本专利申请的原理及其功效，而非用于限制本专利申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本专利申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本专利申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本专利请的权利要求所涵盖。