CN104104820A - 一种低功耗图像采集装置及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种低功耗图像采集装置及其实现方法，包括双向连接有型号为CYUSB3014的USB3.0控制器的上位机，与USB3.0控制器双向连接的flash存储器，输入端与USB3.0控制器输出端连接的电源模块，输入端与电源模块输出端连接并与USB3.0控制器双向连接的CPU，以及CIS模拟前端；CIS模拟前端包括与CPU连接的CIS光源驱动模块，与CIS光源驱动模块连接的CIS传感器，以及输入端与CIS传感器输出端连接、输出端与CPU输入端连接的模数转换器；CIS光源驱动模块、CIS传感器和模数转换器均与电源模块输出端连接。本发明有效降低了图像采集装置静态时的功耗，延长了设备的使用寿命。

Description

一种低功耗图像采集装置及其实现方法

 

技术领域

    本发明涉及一种低功耗图像采集装置及其实现方法。

背景技术

目前，现有的图像采集设备（例如打印机、扫描仪），其核心部分（图像采集处理）由于设计上的原因，因此均存在着一些共同的缺陷：

（1）静态功耗高，在不工作时，其静态功耗高达1W；

（2）使用寿命不长、图像采集效果不佳，现有的图像采集设备都是长时间工作的，在长时间给图像采集模块供电的情况下，大幅缩短了其PCB板上的电子元器件的使用寿命，设备老化速度快，而这在很大程度上也影响了图像的采集效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低功耗图像采集装置及其实现方法，主要解决现有的图像采集装置存在静态功耗高、设备老化快的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种低功耗图像采集装置，包括上位机，与该上位机双向连接的型号为CYUSB3014的USB3.0控制器，与USB3.0控制器双向连接的flash存储器，输入端与该USB3.0控制器输出端连接的电源模块，输入端与电源模块输出端连接、并由该电源模块提供工作电源的CPU，以及CIS模拟前端；所述CPU与USB3.0控制器双向连接，所述CIS模拟前端包括与CPU连接的CIS光源驱动模块，与该CIS光源驱动模块连接的CIS传感器，以及输入端与CIS传感器输出端连接、输出端与CPU输入端连接的模数转换器；所述CIS光源驱动模块、CIS传感器和模数转换器均与电源模块的输出端连接。

进一步地，本发明还包括输入端与电源模块输出端连接的随机存取存储器，该随机存取存储器与CPU双向连接。

在上述硬件结构基础上，本发明还提供了该低功耗图像采集装置的实现方法，包括以下步骤：

（1）上位机向USB3.0控制器发出工作指令，USB3.0控制器接收指令后，控制电源模块上的各个使能打开，令CPU、CIS模拟前端和随机存取存储器上电工作；

（2）USB3.0控制器根据CPU中的电阻R和电容C，确定CPU从上电开始到正常工作所需要的过渡时间，延时将指令发送至CPU； 

（3）CPU接收指令并进行处理，产生时钟信号，然后控制CIS模拟前端采集图像数据；

（4）CIS模拟前端采集完图像数据后反馈至CPU进行处理，然后通过USB3.0控制器传输至上位机；

（5）上位机对接收的数据进行进一步的处理，并将图像显示，同时向USB3.0控制器发送图像采集完毕指令；

（6）USB3.0控制器根据指令，在确定各个模块的放电时间，延时控制电源模块关闭各个模块的使能，使各个模块进入低功耗状态。

进一步地，所述步骤（3）中，CPU在处理CIS模拟前端反馈的图像数据的过程中，还将数据临时存储在随机存取存储器中。

具体地说，所述步骤（3）中，CIS模拟前端采集图像数据的具体过程如下：

（3a）CPU向CIS光源驱动模块传输指令，CIS光源驱动模块点亮CIS传感器，并控制CIS传感器采集图像数据；

（3b）CIS传感器采集图像数据后向模数转换器传输模拟电平信号；

（3c）模数转换器接收模拟电平信号后，将其转换成数字电平信号。

再进一步地，所述步骤（1）～（6）中，USB3.0控制器从flash存储器中调用相应的运行代码。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明通过设置的上位机、USB3.0控制器、CPU及CIS模拟前端，可以很好地完成发出图像采集指令—图像采集结束—装置进入静态低功耗的过程，本发明采用功耗低、传输速度快的型号为CYUSB3014的USB3.0控制器，并结合了RC延时控制技术，实现了USB3.0控制器对CPU及CIS模拟前端的实时监控，从而做到了采集图像时各模块正常工作、图像采集处理结束时失能的效果，其智能化的控制方式既确保了图像采集装置的正常采集图像工作，又确保了装置在不工作的静态情况下，所消耗的功耗达到最低，延缓了设备的老化速度，保证了图像的采集效果，并且也降低了成本的投入，通过测试，本发明在静态时，其功耗可低至0.3W。

（2）本发明中的USB3.0控制器通过电源模块延时开关CPU，在CPU和CIS模拟前端开始工作前，先计算出CPU需要上电稳定工作的过渡时长，以便电源模块供电稳定，然后再传输图像采集指令，令CPU和CIS模拟前端开始工作；待图像采集完毕后，再根据CPU和CIS模拟前端使能释放完毕的时间延时关闭电源模块，进入低功耗状态。这种方式不仅能将各模块的性能最大程度的发挥出来，而且能避免其持续处于高能状态，影响CPU的使用寿命。

（3）本发明设置了flash存储器，其用于储存USB3.0控制器的运行代码，由于flash存储器具有断电也能长久保持数据的特点，因此，其也确保了USB3.0控制器能够在任何时候接收到上位机指令和CPU反馈的数据后快速调用相应的运行代码，并进行相应的处理工作。

（4）本发明运行稳定、性能优异，可适用于任何图像采集设备，因此，其具有广泛的市场应用前景，非常适合在图像采集领域中推广应用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1所示，本发明包括上位机、USB3.0控制器、flash存储器、电源模块、CPU和CIS模拟前端，其中，上位机、CPU和flash存储器均与USB3.0控制器双向连接，flash存储器用于存储USB3.0控制器的运行代码，并在USB3.0控制器工作时从中调用出相应的代码。本实施例中，USB3.0控制器的型号为CYUSB3014，该种USB3.0控制器的特点是功耗低，工作速度快，能将接收到的数据快速传给上位机。所述电源模块用于向CPU和CIS模拟前端提供工作电源，其输入端与USB3.0控制器连接，而输出端则分别与CPU和CIS模拟前端各自的输入端连接。

所述CIS模拟前端用于采集图像数据，其包括与CPU连接的CIS光源驱动模块，与该CIS光源驱动模块连接的CIS传感器，以及输入端与CIS传感器输出端连接、输出端与CPU输入端连接的模数转换器。

而所述CPU作为图像采集数据的核心处理部分，其在处理数据的过程中，为方便处理数据，会将部分数据临时存储在与其双向连接的随机存取存储器（即RAM）中，而该随机存取存储器的输入端也与电源模块的输出端连接。

本发明的工作流程如下：

（1）上位机向USB3.0控制器发出工作指令，USB3.0控制器接收指令后，控制电源模块上的各个使能打开，令CPU、CIS模拟前端和随机存取存储器上电工作；

（2）USB3.0控制器根据CPU中的电阻R和电容C，确定CPU从上电开始到正常工作所需要的过渡时间，延时将指令发送至CPU；该步骤中，CPU从上电开始到正常工作所需要的过渡时间是利用了时间常数τ=RC来确定的，因此，时间常数越大，电路达到稳态的时间越长，过渡过程也越长；

（3）CPU接收指令并进行处理，产生时钟信号，然后控制CIS模拟前端采集图像数据；

该步骤中，CIS模拟前端采集图像数据的具体过程如下：

（3a）CPU向CIS光源驱动模块传输指令，CIS光源驱动模块点亮CIS传感器，并控制CIS传感器采集图像数据；

（3b）CIS传感器采集图像数据后向模数转换器传输模拟电平信号；

（3c）模数转换器接收模拟电平信号后，将其转换成数字电平信号；

（4）CIS模拟前端采集完图像数据后反馈至CPU进行处理，然后通过USB3.0控制器传输至上位机；

（5）上位机对接收的数据进行进一步的处理，并将图像显示，同时向USB3.0控制器发送图像采集完毕指令；

（6）USB3.0控制器根据指令，在确定各个模块的放电时间，延时控制电源模块关闭各个模块的使能，使各个模块进入低功耗状态。

本发明通过合理的系统设计，实现了图像采集模块静态功耗低、图像采集效果好的目的。虽然本发明在硬件结构方面，设计不复杂，但是需要很好地与设计的软件相结合，这样，根据硬件结构进行合理的编程，实现软硬件的良好结合，才能实现相应的功能，并对系统起到正面的优化作用，因此，其设计并不简单，本发明相比现有技术来说，是具有明显的技术进步的。

上述实施例仅为本发明较佳的实现方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神原则下所作出的毫无实质意义的改动或润色，或是进行等同置换的技术方案，其所解决的技术问题实质上与本发明一致的，均应当概括在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种低功耗图像采集装置，其特征在于，包括上位机，与该上位机双向连接的型号为CYUSB3014的USB3.0控制器，与USB3.0控制器双向连接的flash存储器，输入端与该USB3.0控制器输出端连接的电源模块，输入端与电源模块输出端连接、并由该电源模块提供工作电源的CPU，以及CIS模拟前端；所述CPU与USB3.0控制器双向连接，所述CIS模拟前端包括与CPU连接的CIS光源驱动模块，与该CIS光源驱动模块连接的CIS传感器，以及输入端与CIS传感器输出端连接、输出端与CPU输入端连接的模数转换器；所述CIS光源驱动模块、CIS传感器和模数转换器均与电源模块的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的一种低功耗图像采集装置，其特征在于，还包括输入端与电源模块输出端连接的随机存取存储器，该随机存取存储器与CPU双向连接。

3.一种低功耗图像采集装置的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）上位机向USB3.0控制器发出工作指令，USB3.0控制器接收指令后，控制电源模块上的各个使能打开，令CPU、CIS模拟前端和随机存取存储器上电工作；

（2）USB3.0控制器根据CPU中的电阻R和电容C，确定CPU从上电开始到正常工作所需要的过渡时间，延时将指令发送至CPU； 

（3）CPU接收指令并进行处理，产生时钟信号，然后控制CIS模拟前端采集图像数据；

（4）CIS模拟前端采集完图像数据后反馈至CPU进行处理，然后通过USB3.0控制器传输至上位机；

（5）上位机对接收的数据进行进一步的处理，并将图像显示，同时向USB3.0控制器发送图像采集完毕指令；

（6）USB3.0控制器根据指令，在确定各个模块的放电时间，延时控制电源模块关闭各个模块的使能，使各个模块进入低功耗状态。

4.根据权利要求3所述的一种低功耗图像采集装置的实现方法，其特征在于，所述步骤（3）中，CPU在处理CIS模拟前端反馈的图像数据的过程中，还将数据临时存储在随机存取存储器中。

5.根据权利要求4所述的一种低功耗图像采集装置的实现方法，其特征在于，所述步骤（3）中，CIS模拟前端采集图像数据的具体过程如下：

（3a）CPU向CIS光源驱动模块传输指令，CIS光源驱动模块点亮CIS传感器，并控制CIS传感器采集图像数据；

（3b）CIS传感器采集图像数据后向模数转换器传输模拟电平信号；

（3c）模数转换器接收模拟电平信号后，将其转换成数字电平信号。

6.根据权利要求3～5任意一条所述的一种低功耗图像采集装置的实现方法，其特征在于，所述步骤（1）～（6）中，USB3.0控制器从flash存储器中调用相应的运行代码。