专利名称：一种数控机床视频采集卡装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及视频图像采集装置，特别适用于普通机床、数控机床中 进行机床状态数据采集和实时状态监控的一种数控机床视频采集卡装置。
技术背景已有的视频采集卡一般只支持一种视频标准，形式单一，多用于本地监控， 存在传输距离短，不支持组网，而且不能实时存储多幅图像，应用受到制约等 缺陷。 发明内容本实用新型的发明目的是提供一种结构简单、可靠性高、可以实现多种 接口设备兼容、能满足恶劣环境条件下使用的一种数控机床视频采集卡装置为了克服现有技术的缺陷，本实用新型的技术方案是这样解决的为了实 现多种接口设备兼容，系统设计了两路输入信号，本实用新型的改进之处在于 一个来自普通摄像机的模拟电视信号送入第一信号调理A/D转换电路、 一个来自标准VGA设备的VGA模拟视频信号进入第二信号调理A/D转换电路，其第一 信号调理电路和第二信号调理电路的信号转化后的数字视频信号一并送入专 用信号处理逻辑电路，经过专用逻辑电路处理后，信号数据被送往CPU主控电 路，CPU主控电路根据需求，将处理后的数据信号送往本地非易失存储机构或 以太网络电路，人机接口电路将人为设置的信息和CPU主控电路进行交互，CPU 主控电路连接调试信息输出电路，调试信息输出电路与上位机通信，整机共享 直流电源变换电路分别给上述电路供电。本实用新型与现有技术相比，该装置兼容TV信号和VGA信号采集，VGA 信号采集最大支持XGA (1024X768)分辨率，采用百兆以太网传输图像数据， 可以有效地利用现有的网络，实现异地监管和遥控，节省布线成本，更便于多 设备组网，实现全方位视频采集。同时设备支持本地图像数据海量存储，在网 络质量不佳或断线的情况下，将图像首先保存下来，待网络恢复后继续传送， 广泛用数控及普通车床。
图1为本实用新型结构示意框图；图2-1、图2-2为图1的本地硬盘接口和CF卡接口电路原理图； 图3-1、图3-2、图3-3为输入输出接口电路原理图； 图4-1、图4-2为以太网电路原理图； 图5-1、图5-2为CPU扩展资源电路原理图； 图6-1、图6-2、图6-3、图6-4为视频接口电路原理图； 图7-1、图7-2为RS232接口电路原理图； 图8为整机共享直流电源变换电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的内容做进一步的说明。参照图1所示 一个来自普通摄像机的模拟电视信号送入第一信号调理A/D转换电路1、 一个来自标准VGA设备的VGA模拟视频信号进入第二信号调 理A/D转换电路8，其第一信号调理电路1和第二信号调理电路8的信号转化 后的数字视频信号一并送入信号处理逻辑电路2，经过信号处理逻辑电路2处 理后，信号数据被送往CPU主控电路6， CPU主控电路6根据需求，将处理后 的数据信号送往本地非易失存储机构3或以太网络电路5，人机接口电路4将 人为设置的信息与CPU主控电路6进行交互，CPU主控电路6连接调试信息输 出电路7，调试信息输出电路7与上位机通信，整机共享直流电源变换电路9分别给上述电路供电。图2-l、图2-2所示，所述的本地非易失存储机构3包括一个计算机硬盘 驱动器接口 Jl与集成电路芯片U5连接， 一个通用CF多媒体存储卡接口 J2与 集成电路芯片U4连接，由集成电路芯片U4、 U5连接组成接口信号驱动电路， 起到增强信号和隔离，保护电路的作用。电容C1 C8为电源滤波电容，使各个 部件的工作电压更稳定和干净，电阻RfR9为信号上下拉或隔离电阻，集成电 路芯片U4、 U5与CPU主控电路相连，使得CPU主控电路可以访问硬盘驱动器 和CF存储卡，通用CF多媒体存储卡接口 J2上连接一个发光二极管D1。图3-l、图3-2、图3-3所示的输入输出接口电路4包括一个集成电路芯 片U3A与按键K1 K8及状态指示灯LED1 LED8和扩展输入输出接口 J3相互 连接共同组成输入输出接口电路4，集成电路芯片U3A作为CPU主控电路和外 部设备的桥接电路，是一款可编程器件，负责信号格式的转化及CPU主控电路 地址空间分配，扩展输入输出接口 J3只是当需要功能扩展时才使用，电源滤 波电容C10 C21为本模块提供干净的电源，电阻RP1, RP2， R10和RP5 RP12 为上拉电阻，使得在没有输入的情况下保持输入电平的稳定，CPU主控电路外 部中断按键KEX1用于向CPU主控电路提出请求，集成电路芯片U3B连接有配 置插座接口 JP1，滤波电容C9和电阻R10用与滤除按键时的抖动，使得输出电 压平稳。图4-1、图4-2所示，所述的以太网接口电路包括收发器集成电路芯片U6 和CPU主控电路的EMAC模块连接共同组成完整的以太网节点，CPU主控电路 的主端口连接接口 J4,收发器集成电路芯片U6还与晶振器Y1、电容C35、 C36 连接组成振荡电路，提供收发器集成电路芯片U6工作时钟和以太网参考时钟， 收发器集成电路芯片U6、变压器T1、接口 J5连接共同组成以太网接口电路 5，所述收发器集成电路芯片U6的第51、 40、 8脚连接电容C22 C24，电容 C22 C24另一端接地、第21、 22脚连接电容C25 C28和电iLl，电容C25 C28另一端接地，变压器T1的第15、 10脚分别并联连接电容C31 C32 ，接 口J5的4、 5、 7、 8脚分别与电阻R14 R17、 R24 R25、电容C34连接，接 口 J4为CPU主控电路的主端口接口，通过此接口，外部设备可以访问CPU主 控电路的内部资源，保留扩展使用，收发器集成电路芯片U6接受CPU主控电 路过来的以太网MAC层信息，将之转化为以太网物理层电平信号，并发送给变 压器T1，变压器T1起到隔直和隔离作用，隔离后的信号经过RJ45接口 J5发 送到以太网超五类双绞线上，终端匹配电阻为R14 R17，R24 R25，通信指示 灯DS1、 DS2各自分别连接有电阻R20、 R21，提供U6工作时钟和以太网参考时 钟，集成电路芯片U1B的G3脚串联连接有发光二极管D10、电阻R22， Yl脚上 连接一个电阻R12， R12为U1的HPI总线配置电阻，使之工作在16位模式下。图5-l、图5-2所示，集成电路芯片U1C，U7，U8，U9组成主控CPU电路6， 集成电路芯片U9用于存储CPU的运行代码，集成电路芯片U7， U8作为CPU的 扩展内存，用于运行代码和存储数据，集成电路芯片U1C、 U7、 U8、 U9共同组 成DSP最小系统，终端匹配电阻为RP13 RP42，用于阻抗匹配以减少信号反射， 改善信号质量，DSP仿真接口为JP2，用于在线仿真调试用，本模块的电源滤 波电容为C37 C48。图6-l、图6-2、图6-3、图6-4所示，第一信号调理A/D转换电路包括一 个集成电路芯片U21的1脚通过连接的电容C180、电阻R64与扩展接口 JP7 及晶振器XT3和电容C183与集成电路芯片U21的32脚连接共同组成第一信号 调理A/D转换电路1，其中电阻R64、 R66连接组成阻抗匹配网络，扩展输入输 出接口 J12与集成电路芯片U23连接组成第二信号调理A/D转化电路8，所述 的第二信号调理A/D转化电路8包括直流隔离电容C211分别与晶体管Ql、电 阻R72， R75， R77连接共同组成红色视频分量信号跟随缓冲电路；直流隔离电 容C217分别与晶体管Q2、电阻R79， R84， R88连接组成绿色视频分量信号跟 随缓冲电路；直流隔离电容C221分别与晶体管Q3、电阻R89， R95, R98连接组成蓝色视频分量信号跟随缓冲电路；高频抑制电感器L8、 L9和电阻R80， R82， R85， R87、电容C216、 C218连接共同组成低通滤波电路；由电阻R73, R76， R78和电容C212 C214连接组成集成电路芯片U23模拟通道输入阻抗匹 配和直流隔离电路；场效应管Nl、 N2和电阻R90 R93连接组成IIC电平转换 电路，数字视频信号输出阻抗匹配电阻为R56 R62，最大限度得保证信号完整 性，电源滤波电感L3 L7为集成电路芯片U21、 U23模拟电源提供干净的电压， 集成电路芯片U22、 U20和U2组成信号逻辑处理电路2，数据处理在集成电路 芯片U2中进行，集成电路芯片U22作为图像数据缓存，集成电路芯片U20是 集成电路芯片U2的配置器件，用来初始化集成电路芯片U2，扩展接口JP6和 P2是集成电路芯片U2的调试接口。输出阻抗匹配电阻为RP43 RP55，最大限 度得保证信号完整性。从集成电路芯片U2出来的数字图像信息，进入CPU的 图像输入接口 ，进行进一步的信号处理。27M晶振XT4作为CPU主控电路的数 字视频采样参考时钟，扩展接口 J13作为预留备份。图7所示，集成电路芯片U15、 U16、 U17以及扩展接口 JP3、 JP4组成调 试信息输出电路7。集成电路芯片U16为双端口UART器件，集成电路芯片U15 和U17为RS232收发器。CPU主控电路将要发送的信息写入集成电路芯片U16 的缓存，集成电路芯片U16将要发送的信息变换成串行数据流，发送到RS232 收发器集成电路芯片U15和U17，发送给上位机，同时上位机下发的RS232串 行数据流由集成电路芯片U15、 U17变换成TTL电平后，集成电路芯片U16将 U15和U17发送过来的串行数据流变成并行数据，存储在集成电路芯片缓存中， 供CPU主控电路读取。1M晶振器Y2和电阻R39，电容C154、 C155作为集成电 路芯片U16的时钟振荡电路，为集成电路芯片U16提供时钟，电容C150， C151 和电容C160， C161是集成电路芯片U15和U17的电源泵充电电容，用于提供 RS232电平参考电源。电阻R38为振荡电路限流电阻，用于改善EMI特性，减 少电磁辐射。电阻R40， R41保证U16在未配置以前不向U1发出错误的中断申请，C164为U16电源滤波电容。电容C152， Ci53为U15内部电荷泵滤波电 容，C162， C163为U16内部电荷泵滤波电容。C156 C159为U15， U16电源滤 波电容。J7， J8为跳线，当上位机需要本系统提供电源时，只需将J7，J8短路 即可。图8所示，所述的整机共享直流电源变换电路，包括一个集成电路芯片 (U10)两端分别并联连接有电容C131、 C132、 C133、 C134， 一个集成电路芯 片Ull两端分别并联连接有电容C135、 C136、 C137、 C138， 一个集成电路芯 片U12两端分别并联连接有电容C139、 C140、 C141、 C142和节点上连接电阻 R31、 R33， 一个集成电路芯片U13两端分别并联连接有电容C143、 C144、 C145、 C146和节点上连接电阻R32、 R34， 一个集成电路芯片U14—端的节点上连接 电阻R35、 R36、电容C147，其电阻R36、电容C147另一端分别连接有电感器 L2、电容C148、 C149、 二极管Dll共同组成DC/DC直流变换电路，其中接口 J6的1脚与SW1的1脚连接，电源开关SW1的2脚串联连接有电阻R37和通信 指示灯DS3，磁珠BEAD2的一端接数字地，另一端连接在模拟地上，集成电路 芯片U14，电感L2， 二极管Dll，电容C1电阻R35、 R36共同组成高效率DC/DC 变换电路，为集成电路芯片U1提供内核电压。集成电路芯片U12， U13为集成 电路芯片U2提供内核工作电压。集成电路芯片Ull为集成电路芯片U23和U21 提供模拟工作电压。集成电路芯片U10为整机共享电源。综上所述，本装置定安装在车床头部卡头外测，当卡头还未旋转时，打开 装置电源，启动装置工作，此时卡头旋转，摄像机开始摄像，来自普通摄像机 的视频信息进入第一信号调理A/D转换电路,来自数控机床自身带的视频信息 进入第二信号调理A/D转换电路，分别经过各自调理电路转化后的数字视频信 号一并送入专用信号处理逻辑电路，经过专用信号处理逻辑电路内部选择，使 用哪一路作为处理对象，被选择的该路信息被送往主控CPU.主控CPU根据人机接口设置，选择将数据保存在本地非易失存储机构还是发送至百兆以太网， 保存在非易失存储机构的信息将来可能在网络空闲时被发送至以太网。
权利要求1、一种数控机床视频采集卡装置，其特征在于一个来自普通摄像机的模拟电视信号送入第一信号调理A/D转换电路(1)、一个来自标准VGA设备的VGA模拟视频信号进入第二信号调理A/D转换电路(8)，其第一信号调理电路(1)和第二信号调理电路(8)的信号转化后的数字视频信号一并送入信号处理逻辑电路(2)，经过逻辑电路(2)处理后，信号数据被送往CPU主控电路(6)，CPU主控电路(6)根据需求，将处理后的数据信号送往本地非易失存储机构(3)或以太网络电路(5)，人机接口电路(4)将人为设置的信息和CPU主控电路(6)进行交互，CPU主控电路(6)连接调试信息输出电路(7)，调试信息输出电路(7)与上位机通信，整机共享直流电源变换电路(9)分别给上述电路供电。
2、 根据权利要求1所述的一种数控机床视频采集卡装置，其特征在于所 述的本地非易失存储机构(3)包括一个计算机硬盘驱动器接口 (Jl)， 一个 通用CF多媒体存储卡接口 (J2)及由集成电路芯片(U4、 U5)连接组成接口 信号驱动电路。
3、 根据权利要求1所述的一种数控机床视频采集卡装置，其特征在于所 述的输入输出人机接口电路包括一个集成电路芯片(U3)与按键(K1 K8)及 状态指示灯(LED1 LED8)和扩展输入输出接口 (J3)相互连接共同组成输入 输出人机接口电路(4)。
4、 根据权利要求1所述的一种数控机床视频采集卡装置，其特征在于所 述的以太网络电路包括收发器集成电路芯片(U6)和CPU主控电路的EMAC模 块连接共同组成完整的以太网节点，其中CPU主控电路的主端口连接接口(J4)， 收发器集成电路芯片(U6) —侧连接变压器(Tl)，变压器(Tl)另一侧连接 接口 (J5)，收发器集成电路芯片(U6)还与晶振(Yl)、电容(C35、 C36)连 接组成振荡电路。
5、 根据权利要求1所述的一种数控机床视频采集卡装置，其特征在于所述的第一信号调理A/D转换电路包括一个集成电路芯片(U21)的l脚通过连 接的电容(Cl)、电阻(R64)与扩展接口 (JP7)及晶振器(XT3)和电容(C183) 与集成电路芯片(U21)的32脚连接共同组成第一信号调理A/D转换电路(1)， 其中电阻(R64、 R66)连接组成阻抗匹配网络，扩展输入输出接口 (J12)与 集成电路芯片(U23)连接组成第二信号调理A/D转化电路(8)。
6、 根据权利要求1或5所述的一种数控机床视频采集卡装置，其特征在 于所述的第二信号调理A/D转化电路(8)包括直流隔离电容(C211)分别与 晶体管(Ql)、电阻(R72， R75， R77)连接共同组成红色视频分量信号跟随缓 冲电路；直流隔离电容(C217)分别与晶体管(Q2)、电阻(R79， R84， R88) 连接组成绿色视频分量信号跟随缓冲电路；直流隔离电容(C221)分别与晶体 管(Q3)、电阻(R89， R95， R98)连接组成蓝色视频分量信号跟随缓冲电路； 高频抑制电感器(L8、 L9)和电阻(R80, R82， R85， R87)、电容(C216、 C218) 连接共同组成低通滤波电路；由电阻(R73， R76， R78)和电容(C12 C14)连 接组成集成电路芯片(U23)模拟通道输入阻抗匹配和直流隔离电路；场效应 管(N1， N2)和电阻(R90 R93)连接组成IIC电平转换电路。
7、 根据权利要求1所述的一种数控机床视频采集卡装置，其特征在于所 述的调试信息输出电路包括一个集成电路芯片(U15)与集成电路芯片(U16) 连接，集成电路芯片(U16)与集成电路芯片(U17)连接，其中集成电路芯片(U15)另一端与扩展接口 (JP3)连接，集成电路芯片(U17)另一端与扩展 接口 (JP4)连接组成调试信息输出电路(7)。
8、 根据权利要求1所述的一种数控机床视频采集卡装置，其特征在于所 述的整机共享直流电源变换电路，包括一个集成电路芯片(U10)两端分别并 联连接有电容(C131、 C132、 C133、 C134)、 一个集成电路芯片(U11)两端分 别并联连接有电容(C135、 C136、 C137、 C138)、 一个集成电路芯片(U12)两端分别并联连接有电容(C139、 C140、 C141、 C142)和节点上连接电阻R31、 R33、 一个集成电路芯片(U13)两端分别并联连接有电容(C143、 C144、 C145、 C146)和节点上连接电阻(R32、 R34)、 一个集成电路芯片(U14) —端的节点上 连接电阻(R35、 R36)、电容(C147)，其电阻(R36)、电容(C147)另一端 分别连接有电感器(L2)、电容(C148、 C149)、 二极管(Dll)共同组成DC/DC 直流变换电路，其中接口 (J6)的1脚与电源开关(SW1)的1脚连接，电源 开关(SW1)的2脚串联连接有电阻(R37)和通信指示灯(DS3)，磁珠BEAD2 的一端接模拟地，另一端连接在数字地上。
专利摘要本实用新型公开了一种数控机床视频采集卡装置。第一信号调理电路和第二信号调理电路的信号转化后的数字视频信号一并送入信号处理逻辑电路，经过逻辑电路处理后，信号数据被送往主控电路，主控电路根据需求，将处理后的数据信号送往本地非易失存储机构或以太网络电路，人机接口电路将人为设置的信息与主控电路进行交互，主控电路连接输入输出接口电路，输入输出接口电路与上位机通信。该装置采用百兆以太网传输图像数据，可以有效地利用现有的网络，实现异地监管和遥控，节省布线成本，更便于多设备组网，实现全方位视频采集。同时设备支持本地图像数据海量存储，在网络质量不佳或断线的情况下，将图像首先保存下来，待网络恢复后继续传送。
文档编号H04L12/28GK201174762SQ20082002873
公开日2008年12月31日 申请日期2008年4月2日 优先权日2008年4月2日
发明者娜 袁 申请人:西安易博软件有限责任公司