CN101610398A - 基于dsp芯片的嵌入式视觉传感器 - Google Patents

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贾建禄
赵金宇
杨轻云
吴元昊
王鸣浩
王斌
王国强
郭爽
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基于DSP芯片的嵌入式视觉传感器，属于图像信息处理中传感器技术领域。该视觉传感器包括存储模块、采集模块、处理模块、通信模块、I/O模块、显示模块、电源模块、光学镜头，以上八个单元依次连接，构成嵌入式视觉传感器；采集模块接收来自于光学镜头的光信息，并通过CMOS图像传感器转换为数字图像，处理模块采用高速DSP和CPLD作为核心芯片来控制图像采集和处理，并将数据存储在存储模块中，然后将处理结果通过通信模块的以太网、串口或者DSP自带的USB模块上传到总的控制中心，或者通过I/O模块直接将处理结果转化为控制命令，同时送至液晶显示。该视觉传感器具有功能齐全、集成度高、结构紧凑、智能化程度高、降低成本、使用和维护方便等特点。

Description

基于DSP芯片的嵌入式视觉传感器
技术领域
本发明属于传感器领域，主要涉及对图像信息的捕获、处理、存储、传输和识别的设备。
背景技术
传统的视觉传感器是基于PC(Personal Computer)机的视觉传感器，其由摄像头、采集卡和PC机组成。摄像头完成图像的捕获，采集卡完成图像的采集和传输，最终由PC机完成图像处理给出执行动作。其主要缺点是处理速度缓慢，智能化程度低；并且费用较高，实现起来系统庞大，不利于维护和使用。
发明内容
本发明提供一款嵌入式视觉传感器，其既可以克服基于PC机的视觉传感器高费用、低产出，又可以形成我国自己的知识产权，便于升级、维护和二次开发。
整体技术方案如附图1所示，共有八个单元组成：存储模块、采集模块、处理模块、通信模块、I/O模块、显示模块、电源模块、光学镜头。
各单元的连接关系：采集模块接收来自于光学镜头的光信息，并通过CMOS图像传感器转换为数字图像，处理模块采用高速DSP和CPLD作为核心芯片来控制图像采集和处理，并将数据存储在存储模块中，然后将处理结果通过通信模块的以太网、串口或者DSP自带的USB模块上传到总的控制中心，或者通过I/O模块直接将处理结果转化为控制命令，同时送至显示模块的液晶显示屏进行显示。
具体结构如下：
存储模块：该模块主要用以存储系统运行的程序、配置数据以及采集的图像数据和图象处理结果。
采集模块：该模块对处理模块或I/O模块发出的采集信号进行图像数据的采集，将采集到的数据送至存储模块进行临时的存储，待处理模块对其进行处理或直接送至显示模块进行显示。
处理模块：采用数字信号处理(DSP)芯片，该模块是整个嵌入式系统的核心，它控制，协调整个系统的工作。通过处理图像提取出图像中有用的信息并做出判断，控制执行机构做出动作。
通信模块：该模块主要完成系统与外部的数据交换，提供多种通用的通信接口。同时还可以通过以太网实现多个视觉传感器的联网，方便实现安装在生产线上的多台视觉传感器联合工作。
I/O模块：通过该模块可以方便的引入外部触发信号，实现对控制和监测事件的感知。同时，还可以将控制动作通过该模块传送到外部的执行机构。
显示模块：通过带有触摸屏的液晶显示，方便的实现了人机交互。
电源模块：该模块采用通用的供电方式，为整个系统提供稳定的电源环境。
光学镜头：该单元采用普通的光学镜头。
以上八个单元依次连接，构成嵌入式视觉传感器。
该视觉传感器使用CMOS为图像传感器直接采集数字图像，采用高速DSP和CPLD作为核心芯片来控制图像采集和处理，并将数据存储在存储模块中；系统设计了多种通用的通信接口，其中USB和以太网都是高速通信接口，可以通过以太网将图像数据传输到联网计算机，利于图像传输与保存，与其他视觉传感器通信交换数据，组成视觉网络，并与PLC、机器人和其他自动化装置通信。扩展了液晶屏和触摸屏，可以脱离微机自成系统的完成图像数据的采集处理任务，回放处理结果，方便发现故障。
本发明的有益效果：嵌入式视觉传感器具有功能齐全、集成度高、结构紧凑、智能化程度高、使用和维护方便的特点，简化了电路的复杂度，提高了系统的集成度，降低了成本。并在啤酒液位检测和袍罩药品包装生产检测线上得到试验论证。
附图说明
图1嵌入式视觉传感器的结构示意图，包括存储模块1、采集模块2、处理模块3、通信模块4、I/O模块5、显示模块6、电源模块7.
图2实施方式结构示意图，包括由闪存设备(FLASH)(SST73T400A)和外部存储器(SDRAM)(HY57V651620)组成的存储模块1，由CMOS图像传感器(OV7640)和先进先出(FIFO)器件(CY7C4291V)及可编程逻辑器件(CPLD)(EPM240)组成的采集模块2，由数字信号处理(DSP)芯片(TMS320VC5509A)组成的处理模块3，由以太网硬件实现芯片(W5100)、串口电平转换芯片(MAX232)以及数字信号处理(DSP)芯片(TMS320VC5509A)自带的USB模块组成的通信模块4，I/O模块5，由液晶控制芯片(SSD1906)和带有触摸的液晶显示屏(PT035TN01V.6)组成显示模块6，电源芯片(LM1117)模块7。
具体实施方式
前面技术方案给出的是整体的技术路线，具体的实现时，对七大模块应分别采用不同的具体部件。如附图2所示，焊接固定在印刷线路板上，最终组合起来并放置在一个小型机壳中，安装上光学镜头，就构成了一个集成度高的嵌入式视觉传感器。
各单元的连接关系及信号流程：采集模块2接收来自于光学镜头8的光信和CPLD作为核心芯片来控制图像采集和处理，并将数据存储在存储模块1中，然后将处理结果通过通信模块4的以太网、串口或者DSP自带的USB模块上传到总的控制中心，或者通过I/O模块5直接将处理结果转化为控制命令，同时送至显示模块6的液晶显示屏进行显示。
各模块的具体部件分别是：
闪存设备(FLASH)(SST73T400A)和外部存储器(SDRAM)(HY57V651620)：这两个部件主要完成系统所用程序、配置数据和图像数据的存储模块1。
CMOS图像传感器(OV7640)和先进先出(FIFO)器件(CY7C4291V)：这两个部件完成图像数据捕获和采集功能的采集模块2。
可编程逻辑器件(CPLD)(EPM240)：该部件配合DSP完成整个系统的时序控制功能。应用在采集模块、处理控制模块和I/O模块中。
数字信号处理(DSP)芯片(TMS320VC5509A)：该部件用来实现处理模块3的功能，是整个系统的核心。
以太网硬件实现芯片(W5100)和串口电平转换芯片(MAX232)：这两个部件主要完成以太网和串口通信功能，同时通过数字信号处理(DSP)芯片(TMS320VC5509A)自带的USB模块完成USB通信，组成通信模块4。
液晶控制芯片(SSD1906)和带有触摸的液晶显示屏(PT035TN01V.6)：这两个部件主要完成显示和人机交互的功能，组成显示模块6。
电源模块7(LM1117)：该器件主要为系统提供稳定的供电功能。
光学镜头8采用普通的光学镜头。
嵌入式视觉传感器具有以下三个特征：
1)图像数据的有效捕获和处理
视觉传感器在接收到触发信号后启动，CMOS图像传感器(OV7640)捕获图像数据，并在CPLD(EPM240)和FIFO(CY7C4291V)的控制下完成对图像数据的采集和转移，并临时存储在SDRAM(HY57V651620)中，等待核心处理芯片DSP(TMS320VC5509A)的处理，并将处理结果通过以太网(W5100)、串口或者DSP(TMS320VC5509A)自带的USB模块上传到总的控制中心，或者可以通过I/O模块直接将处理结果转化为控制命令控制外部的PLC设备做出动作，同时还可以送至液晶显示屏(PT035TN01V.6)进行显示。
2)高速的数据通信
该款嵌入式视觉传感器设计了100M以太网和USB 2.0两个高速通信接口，W5100是一款硬件以太网固件芯片，通过DSP(TMS320VC5509A)对其进行一定的配置就可以完成网络的设置，实现网络通信和互联。DSP(TMS320VC5509A)本身含有USB 2.0模块，可以很方便的实现USB通信。
3)方便的人机交互
液晶显示屏通过专用芯片SSD1906控制，其内部集成了256KB的SRAM显存，可以支持单色和彩色LCD，并且采用了带触摸屏的液晶屏，达到人机接口的目的，有效的控制系统，实现可自成系统的脱机独立视觉系统。

Claims (3)

1、基于DSP芯片的嵌入式视觉传感器，其特征在于该DSP芯片嵌入式视觉传感器包括存储模块(1)、采集模块(2)、处理模块(3)、通信模块(4)、I/O模块(5)、显示模块(6)、电源模块(7)、光学镜头(8)，以上八个单元依次连接，并放置在一个小型机壳中，构成了一个基于DSP芯片的的嵌入式视觉传感器；
各单元之间的连接关系：
采集模块(2)接收来自于光学镜头(8)的光信息，并通过CMOS图像传感器转换为数字图像，处理模块(3)采用高速DSP和CPLD作为核心芯片来控制图像采集和处理，并将数据存储在存储模块(1)中，然后将处理结果通过通信模块(4)的以太网、串口或者DSP自带的USB模块上传到总的控制中心，或者通过I/O模块(5)直接将处理结果转化为控制命令，同时送至显示模块(6)的液晶显示屏进行显示。
2、根据权利要求1所述的基于DSP芯片的嵌入式视觉传感器，其特征在于该视觉传感器设计了以太网和USB两个高速通信接口，实现网络通信和互联，DSP本身含有USB模块，可以很方便的实现USB通信。
3、根据权利要求1所述的基于DSP芯片的嵌入式视觉传感器，其特征在于该视觉传感器液晶显示屏通过专用芯片控制，其内部集成了SRAM显存，可以支持单色和彩色LCD，并且采用了带触摸屏的液晶屏，达到了人机交互，实现可自成系统的脱机独立视觉系统。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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