采用fpga实现位运算的高速喷绘机控制系统的制作方法
【专利摘要】采用FPGA实现位运算的高速喷绘机控制系统，包括母板、小车板和PC机，所述母板和所述小车板之间通过LVDS连接，所述母板和所述PC机之间通过网口和/或USB连接；所述母板以MCU为核心，所述MCU上连接有PC通讯模块、小车板通讯模块、FPGA、步进电机控制模块和供墨系统控制模块；所述小车板以单片机为核心，所述单片机上连接有母板通讯模块、电压调整模块和喷头通讯模块；所述小车板通讯模块与所述母板通讯模块利用LVDS连接实现所述母板与所述小车板的信息互通。本发明明显地提高了运算速度，同时打印速度也可以明显提高。
【专利说明】采用FPGA实现位运算的高速喷绘机控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及喷绘【技术领域】，具体涉及采用FPGA实现位运算的高速喷绘机控制系统。
【背景技术】
[0002]目前，随着经济的不断发展，市场上高品质影像输出、彩色渲染图输出、展览广告设计、地理信息系统图输出、大幅面海报打印、户外看板制作等业务的需求量剧增，导致广告业和印刷业对大幅面彩色喷绘机有着很大的需求，具备喷绘质量精美、操作灵活、价格低廉、出图速度快、喷绘模式多样以及能够提供户内、户外等方式的喷绘设备更是炙手可热。目前市场上应用的喷绘机一般是3.2米或5米，主要应用在广告行业上，用于大型户外广告。喷绘机系统实现喷绘的过程是:PC主机负责发送控制命令和需要喷绘的图像数据；喷绘机负责接收和执行PC机发来的控制命令，并接收PC机发来的图像数据，将图像数据经过处理后送到喷头，在合适时机命令喷头做点火动作，打印出广告图像。
[0003]但是现在的喷绘机控制系统多存在如下缺陷:1.市面上的国产喷绘机控制系统都把图像处理放到PC机上来完成，母板要么插在PC机的插槽上，要么MCU处理能力很弱(最好的是用ARM 9)，国际上的高端产品则是由母板来完成图像处理功能，国内达不到这个条件；2.市面上产品都由CPU完成图像处理，位计算处理速度比较慢；3.利用硬件控制逻辑可以随喷头温度变化调整喷头点火电压，这是行业内的一般做法，有时会出现实际电压和目标电压有明显偏差的情况；4.多个PASS之间，由于机械运转总有偏差，造成两个PASS的点出现重合或者分离的现象，从画面上宏观来看，即产生了所谓的“PASS道”；5.对横向或者纵向空白区域，会出现空喷，打印速度太慢。
[0004]综上所述，有必要对喷绘机控制系统进行进一步的优化改进，以提高其性能。
【发明内容】
[0005]本发明所解决的技术问题在于提供采用FPGA实现位运算的高速喷绘机控制系统，从而解决上述【背景技术】中的问题。
[0006]本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
采用FPGA实现位运算的高速喷绘机控制系统，包括母板、小车板和PC机，所述母板和所述小车板之间通过LVDS连接，所述母板和所述PC机之间通过网口和/或USB连接；所述母板以MCU为核心，所述MCU上连接有PC通讯模块、小车板通讯模块、FPGA、步进电机控制模块和供墨系统控制模块；所述小车板以单片机为核心，所述单片机上连接有母板通讯模块、电压调整模块和喷头通讯模块；所述小车板通讯模块与所述母板通讯模块利用LVDS连接实现所述母板与所述小车板的信息互通。
[0007]作为一种改进，所述MCU采用了行业内性能优异的嵌入式MCU ARM-Cortex_A8，和ARM9、ARM11相比，其体系结构完全不同，性能有了明显的提高，最大可达2400MIPS。操作系统采用定制的嵌入式实时Linux，集成了实时操作系统模块，并可以支持复杂软件和各种外设接口。
[0008]作为一种改进，所述PC机与所述母板之间采用千兆网络和USB3.0，其中USB3.0最大速率可到5Gbps。市面上产品以支持USB2.0为主。
[0009]作为一种改进，所述电压调整模块采用自反馈式电压调整控制逻辑，通过检测电压的实际值和目标值是否一致，如果不一致，通过反馈电路调整电压，增大电压精准程度。从而，彻底解决了其它系统因温度等外界因素造成的断墨烦恼。
[0010]本发明中，为了降低PC通讯模块和MCU之间的通讯压力，采用了 一种流水线式的压缩、解压缩算法，压缩比70%，压缩速率530Mbps，解压速度500Mbps。
[0011]本发明的喷头通讯模块采用多PASS打印，多PASS打印就是同一块区域的不同点，分成多次来打印。一个PASS即小车在轨道上水平移动并打印的过程，各个PASS打印的点，是不会重复的，这样，多PASS能够成倍增加分辨率。对于每个喷嘴来说，间隔喷的效果也要好于满喷，所以，增加PASS也可以提高打印效果。由于相同的区域分到多个PASS来处理了，还可以减轻由于喷嘴堵塞造成的断线情况。
[0012]本发明的喷头通讯模块采用羽化处理以消除PASS道。多个PASS之间，由于机械运转总有偏差，造成两个PASS的点出现重合或者分离的现象，从画面上宏观来看，即产生了所谓的“PASS道”。为了消除PASS道，我们引入了羽化技术，即将前后两个PASS打印的区域进行一定的重合，并将重合的区域的点分配到不同的PASS中去。分配的算法是，如果越靠近上一个PASS的区域，则分配点的比例越多，类似于Photoshop里的羽化(边缘为羽毛状)。
[0013]本发明的喷头通讯模块纵向/横向跳白，提高打印速度:如果发现横向或者纵向空白区域，则可以跳过不打，比起空喷，可以明显提高打印速度。
[0014]本发明中，所述FPGA完成图像处理里面的旋转位运算，非常明显地提高了运算速度。市面上产品都由CPU完成图像旋转处理，软件实现的位计算处理速度比较慢。用FPGA实现图像处理的位运算的原理是:在FPAG中设一组MCU可访问的丽寄存器，数据准备还后，旋转使能启动位运算，只需一个时钟节拍即可完成图像处理的位旋转，结果存入一组新的MM寄存器中。MCU将旋转后的数据结果回读。这种方式要比纯软件实现的图像旋转位远算，速度要快！
由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益效果:
本发明针对喷绘机控制系统进行技术创新，解决了高速图像文件传输、压缩/解压缩、嵌入式高速图像处理、硬件旋转算法、多PASS图像打印、羽化处理、双向跳白等关键技术难题，明显地提高了运算速度，同时打印速度也可以明显提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明的原理框图；
图2为母板的结构示意图；
图3为小车板的结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
[0017]参见图1、图2和图3，采用FPGA实现位运算的高速喷绘机控制系统，包括母板1、小车板2和PC机3，所述母板I和所述小车板2之间通过LVDS连接，所述母板I和所述PC机3之间通过网口和USB连接；所述母板I以MCU 4为核心，所述MCU 4上连接有PC通讯模块5、小车板通讯模块6、FPGA 7、步进电机控制模块8和供墨系统控制模块9 ;所述小车板2以单片机10为核心，所述单片机10上连接有母板通讯模块11、电压调整模块12和喷头通讯模块13 ;所述小车板通讯模块6与所述母板通讯模块11利用LVDS连接实现所述母板I与所述小车板2的信息互通。
[0018]本发明中，所述MCU 4采用了行业内性能优异的嵌入式MCU ARM-Cortex_A8，和ARM9、ARM11相比，其体系结构完全不同，性能有了明显的提高，最大可达2400MIPS。操作系统采用定制的嵌入式实时Linux，集成了实时操作系统模块，并可以支持复杂软件和各种外设接口。
[0019]本发明中，所述PC机3与所述母板I之间采用千兆网络和USB3.0，其中USB3.0最大速率可到5Gbps。而市面上产品以支持USB2.0为主。
[0020]本发明中，所述电压调整模块12采用自反馈式电压调整控制逻辑，通过检测电压的实际值和目标值是否一致，如果不一致，通过反馈电路调整电压，增大电压精准程度。从而，彻底解决了其它系统因温度等外界因素造成的断墨烦恼。
[0021 ] 本发明中，为了降低PC通讯模块5和MCU 4之间的通讯压力，采用了 一种流水线式的压缩、解压缩算法，压缩比70%，压缩速率530Mbps，解压速度500Mbps。
[0022]本发明采用多PASS打印，多PASS打印就是同一块区域的不同点，分成多次来打印。一个PASS即小车在轨道上水平移动并打印的过程，各个PASS打印的点，是不会重复的，这样，多PASS能够成倍增加分辨率。对于每个喷嘴来说，间隔喷的效果也要好于满喷，所以，增加PASS也可以提高打印效果。由于相同的区域分到多个PASS来处理了，还可以减轻由于喷嘴堵塞造成的断线情况。
[0023]本发明采用羽化处理以消除PASS道。多个PASS之间，由于机械运转总有偏差，造成两个PASS的点出现重合或者分离的现象，从画面上宏观来看，即产生了所谓的“PASS道”。为了消除PASS道，我们引入了羽化技术，即将前后两个PASS打印的区域进行一定的重合，并将重合的区域的点分配到不同的PASS中去。分配的算法是，如果越靠近上一个PASS的区域，则分配点的比例越多，类似于Photoshop里的羽化(边缘为羽毛状)。
[0024]本发明纵向/横向跳白，提高打印速度:如果发现横向或者纵向空白区域，则可以跳过不打，比起空喷，可以明显提高打印速度。
[0025]本发明中，所述FPGA完成图像处理里面的旋转运算，非常明显地提高了运算速度。市面上产品都由CPU完成图像处理，位计算处理速度比较慢。
[0026]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.采用FPGA实现位运算的高速喷绘机控制系统，包括母板、小车板和PC机，其特征在于:所述母板和所述小车板之间通过LVDS连接，所述母板和所述PC机之间通过网口和/或USB连接；所述母板以MCU为核心，所述MCU上连接有PC通讯模块、小车板通讯模块、FPGA、步进电机控制模块和供墨系统控制模块；所述小车板以单片机为核心，所述单片机上连接有母板通讯模块、电压调整模块和喷头通讯模块；所述小车板通讯模块与所述母板通讯模块利用LVDS连接实现所述母板与所述小车板的信息互通。
2.根据权利要求1所述的采用FPGA实现位运算的高速喷绘机控制系统，其特征在于:所述FPAG中设至少两组MCU可访问的MM寄存器；其中一组用以存储原图像数据，FPAG完成图像处理的位旋转，结果存入一组新的MM寄存器中；MCU将旋转后的图像数据结果回读。
3.根据权利要求1所述的采用FPGA实现位运算的高速喷绘机控制系统，其特征在于:所述MCU采用了嵌入式MCU ARM-Cortex-A8。
4.根据权利要求1所述的采用FPGA实现位运算的高速喷绘机控制系统，其特征在于:所述PC机与所述母板之间采用千兆网络和USB3.0。
5.根据权利要求1所述的采用FPGA实现位运算的高速喷绘机控制系统，其特征在于:所述电压调整模块采用自反馈式电压调整控制逻辑。
6.根据权利要求1所述的采用FPGA实现位运算的高速喷绘机控制系统，其特征在于:所述PC通讯模块和MCU之间采用了一种流水线式的压缩、解压缩算法。
7.根据权利要求1所述的采用FPGA实现位运算的高速喷绘机控制系统，其特征在于:所述喷头通讯模块采用多PASS打印。
8.根据权利要求1所述的采用FPGA实现位运算的高速喷绘机控制系统，其特征在于:所述喷头通讯模块采用羽化处理以消除PASS道。
9.根据权利要求1所述的采用FPGA实现位运算的高速喷绘机控制系统，其特征在于:所述喷头通讯模块采取纵向/横向跳白的打印方式。
【文档编号】G06F3/12GK103660640SQ201210357897
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月24日 优先权日:2012年9月24日
【发明者】罗铁庚 申请人:长沙八思量信息技术有限公司