CN108181003B - 基于Zynq SOC的红外传感器控制系统及自助终端 - Google Patents

Abstract

一种基于Zynq SOC的红外传感器控制系统，包括PS部分和PL部分，所述PL部分与N个传感器模块连接，PL部分包括；用于配置红外传感器的驱动参数和采样参数的传感器寄存器单元；对每个红外传感器按预设配置进行分时点灯并同步采样得到采样参数和电平跳变参数的传感器控制单元；用于配置中断使能控制的中断寄存器单元；根据各个所述红外传感器电平跳变参数更新所述中断寄存器单元的中断标志位的中断控制单元。以其片内的双核ARM处理器为核心配以FPGA，降低了硬件设计难度，提供了足够的片内带宽，消除了芯片互联的带宽瓶颈，结构简洁，模块设计简便灵活，可维护性好，通用性强。同时采用AXI总线标准，使通信延迟降低，提高系统的响应速度。

Description

基于Zynq SOC的红外传感器控制系统及自助终端

技术领域

本发明属于传感器技术领域，尤其涉及一种基于Zynq SOC的红外传感器控制系统及自助终端。

背景技术

目前，红外成像探测系统通过红外探测器获得目标的红外图像，然后对红外图像进行预处理和目标检测，最后将目标图像输出到显示屏用于显示观测。实时性好、处理能力强的红外图像处理系统是红外成像探测系统的关键技术。

以往的红外图像处理系统的典型架构如下：红外探测器输出图像至FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程门阵列)，在FPGA完成图像的预处理(非均匀性校正、图像增强等)，然后FPGA将预处理完的图像传输至DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)，实现目标检测，最后将图像传送到主机用于显示。这种传统的FPGA+DSP+PC(Personal Computer)的架构，硬件设计比较复杂，系统也不容易小型化。FPGA和DSP芯片级互联的带宽往往是整个系统的瓶颈，对于高速大数据量的红外图像处理系统，实现起来会比较困难。而且整个架构以DSP为核心，没有统一的总线接口，系统模块的集成与扩展有一定局限性。

因此，设计一种成本低、相应速度快、适用性强的红外图像处理系统非常必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于Zynq SOC的红外传感器控制系统及自助终端。

一种基于Zynq SOC的红外传感器控制系统，所述控制系统包括PS部分和与该PS部分通过AXI总线通讯的PL部分，所述PL部分与N个传感器模块连接，每个所述传感器模块包括至少一个所述红外传感器，所述PL部分包括；

与AXI总线接口连接，用于配置所述红外传感器的驱动参数和采样参数的传感器寄存器单元；

与所述传感器寄存器单元和N个所述传感器模块连接，对每个所述红外传感器按预设配置进行分时点灯并同步采样得到采样参数和电平跳变参数，并根据采样参数校准每个所述红外传感器的驱动参数的传感器控制单元；

与所述AXI总线接口连接，用于配置中断使能控制的中断寄存器单元；

与所述传感器控制单元和所述中断寄存器单元连接，根据各个所述红外传感器电平跳变参数更新所述中断寄存器单元的中断标志位，并根据各个所述红外传感器中断标志位执行相应的使能、置位、清除及中断请求的中断控制单元。

此外，还提供了一种自助终端，包括上述的基于Zynq SOC的红外传感器控制系统。

上述基于Zynq SOC的红外传感器控制系统全可编程平台Zynq以其片内的双核ARM处理器(PS部分)为核心配以FPGA(PL部分)，构建了一种异构多核的红外图像处理系统，该架构降低了硬件设计难度，提供了足够的片内带宽，消除了芯片互联的带宽瓶颈，结构简洁，模块设计简便灵活，可维护性好，通用性强。同时系统采用统一的AXI总线标准，使PL部分和PS部分的通信延迟降低，提高系统的响应速度；对各传感器的发光亮度进行独立控制，可以提高传感器的适应性；对各传感器的发光亮度进行独立校准，延长传感器使用寿命。

附图说明

图1为本发明较佳实施例提供的基于Zynq SOC的红外传感器控制系统的模块示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明较佳实施例提供的一种可以应用在自助金融终端的基于ZynqSOC的红外传感器控制系统，控制系统包括PS(Processing System，处理系统)部分(即CPU)和与该PS部分通过AXI总线通讯的PL(Progarmmable Logic，可编程逻辑)部分(即FPGA)。PL部分与N个传感器模块连接，每个传感器模块包括至少一个红外传感器，PL部分包括传感器寄存器单元、传感器控制单元、中断寄存器单元及中断控制单元。

传感器寄存器单元与AXI总线接口连接，用于配置红外传感器的驱动参数和采样参数；传感器控制单元与传感器寄存器单元和N个传感器模块连接，对每个红外传感器按预设配置进行分时点灯并同步采样得到采样参数和电平跳变参数，并根据采样参数校准每个红外传感器的驱动参数；中断寄存器单元与AXI总线接口连接，用于配置中断使能控制；中断控制单元与传感器控制单元和中断寄存器单元连接，根据各个红外传感器电平跳变参数更新中断寄存器单元的中断标志位，并根据各个红外传感器中断标志位执行相应的使能、置位、清除及中断请求的。如此，同时系统采用统一的AXI总线标准，使PL部分和PS部分的通信延迟降低，提高系统的响应速度；对各传感器的发光亮度进行独立控制，可以提高传感器的适应性；对各传感器的发光亮度进行独立校准，延长传感器使用寿命。

在一个实施方式中，传感器寄存器单元包括传感器公用寄存器组和多个传感器独立寄存器组。

传感器公用寄存器组与AXI总线接口连接，PS部分可对相关寄存器操作，传感器公用寄存器组接收PS部分的控制信息，以配置传感器电源控制、传感器电平状态查询、传感器校准启动、传感器校准状态及传感器校准结果；

多个传感器独立寄存器组，分别匹配各个用于红外传感器，用于对应的红外传感器的PWM配置、高低电平阈值配置、滤波系数配置、传感器发射端电流查询及传感器接收端的采样数据。即各红外传感器单独分配的寄存器组，例如总共有8*N个寄存器组，他们的偏移地址均相同，基地址不同；PS部分操作某个寄存器组，实现对某个特定红外传感器的PWM配置、高低电平阈值配置、滤波系数配置、传感器接发射端电流查询及传感器接收端的采样数据等功能。

传感器控制单元包括PWM发生器、XADC控制器、选通控制器、传感器校准模块及传感器检测模块。

PWM发生器具有N个输出通道，N个输出通道分别与N个传感器模块的发射端连接，用于根据驱动参数发出PWM信号驱动相应的红外传感器。有N个PWM发生模块，生成N个通道的PWM信号，且各通道的PWM值可随时调整。

XADC控制器至少具有2N个采样通道，2N个采样通道对各个红外传感器的发射端和接收端分别进行采样得到发射端参数和接收端参数。采样后进行模数转换，得到各路传感器的发射端发光电流值及接收端的数据值。其中，为了保证XADC控制器采样与选通信号同步，配置XADC控制器工作于事件触发模式。如此，使用了Zynq片内集成的XADC控制器，可以减少物料成本。

选通控制器与各个传感器模块、PWM发生器和XADC控制器连接，用于产生选通信号，对每个红外传感器按预设配置进行分时点灯并同步采样。

传感器校准模块与传感器寄存器单元、PWM发生器和XADC控制器连接，根据发射端参数和/或接收端参数，以传感器寄存器单元配置的目标值为基准，调整对应输出通道的PWM信号。传感器校准模块实现传感器发光电流校准，校准以闭环的方式实现，校准模块将各传感器的采样数据(可以为发射端发光电流值或接收端参数)与对应传感器控制寄存器配置的目标值比较，当偏离较大时，即调整对应通道的PWM信号的占空比、幅值或频率等。

传感器检测模块与XADC控制器连接，根据接收端参数得到各个红外传感器电平跳变参数。

红外传感器包括发射端和接收端，发射端由PWM控制发光亮度，接收端通过XADC控制器以实现模数转换。本实施例中，红外传感器包含N个通道，且每个通道串联8个传感器构成一个传感器模块，固总共有N*8个红外传感器，且发射端和接收端一一对应；所述XADC控制器同时采集发射端发光电流强度和接收端的电平状态，固XADC控制器的模拟通道(采样通道)数为N*2。PWM发生器及XADC控制器采样均与选通控制器产生的选通信号同步，分别实现对8路传感器进行分时点灯与分时采样。如在一个实施例中，因XADC控制器最多有17个可用的模拟通道，所以N值最多为17/2＝8，即单个XADC控制器最多可控制8*8＝64个红外传感器。

传感器检测模块包括比较器、滤波器及沿检测电路。比较器与XADC控制器连接，将红外传感器的接收端参数与传感器寄存器单元对应配置的基准参数进行比较，得到表示红外传感器摭档、不遮挡的电平信号；滤波器与比较器连接，用于电平信号滤波；及沿检测电路与滤波器和中断控制单元连接，在滤波后的电平信号中检测各个红外传感器的电平跳变参数，电平跳变参数包括上升沿及下降沿。

更具体地，中断控制单元用于上报传感器中断，生成传感器中断状态标志位。为了使PS部分读取中断时即知道当前传感器的电平状态，上升沿和下降沿分别分配不同的中断标志位，固总的中断标志位为8*N*2；同时为了保证不同时出现上升沿中断和下降沿中断标志，后产生的上升沿或下降沿在将新的标志位置位的同时，应将原有对立(上升沿和下降沿相互对立)的中断标志位清除。总的来说，中断控制单元实现对所有中断标志位的使能、置位、清除及中断请求的产生等功能。

中断寄存器单元包括中断控制寄存器组、中断控制索引寄存器、多个中断状态寄存器组。

中断控制寄存器组，与AXI总线接口和中断控制单元连接，用于配置对中断使能控制；实现对中断使能控制，包括全局中断使能和各单个标志位的中断使能配置。多个中断状态寄存器组，用于根据各个红外传感器的上升沿、下降沿中断产生中断标志位。PS部分在中断处理程序中需要查询中断状态寄存器组，由于中断状态寄存器数量较多，查询时间可能较长，故加入一个中断控制索引寄存器，其每个bit对应一个中断状态寄存器，用于在PS部分进行中断处理操作时，先读取中断控制索引寄存器，并根据各bit是否置位，查询对应的中断状态寄存器。如此，传感器的中断上报采集索引+中断表的方试，以降低PS部分中断获取时间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于Zynq SOC的红外传感器控制系统，所述控制系统包括PS部分和与该PS部分通过AXI总线通讯的PL部分，其特征在于，所述PL部分与N个传感器模块连接，每个所述传感器模块包括至少一个所述红外传感器，所述PL部分包括；

与AXI总线接口连接，用于配置所述红外传感器的驱动参数和采样参数的传感器寄存器单元；

与所述传感器寄存器单元和N个所述传感器模块连接，对每个所述红外传感器按预设配置进行分时点灯并同步采样得到采样参数和电平跳变参数，并根据采样参数校准每个所述红外传感器的驱动参数的传感器控制单元；

与所述AXI总线接口连接，用于配置中断使能控制的中断寄存器单元；

与所述传感器控制单元和所述中断寄存器单元连接，根据各个所述红外传感器电平跳变参数更新所述中断寄存器单元的中断标志位，并根据各个所述红外传感器中断标志位执行相应的使能、置位、清除及中断请求的中断控制单元；

所述传感器寄存器单元包括：

传感器公用寄存器组，与所述AXI总线接口连接，接收所述PS部分的控制信息，以配置传感器电源控制、传感器电平状态查询、传感器校准启动、传感器校准状态及传感器校准结果；

多个传感器独立寄存器组，分别匹配各个所述红外传感器，用于对应的红外传感器的PWM配置、高低电平阈值配置、滤波系数配置、传感器发射端电流查询及传感器接收端的采样数据。

2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述传感器控制单元包括：

PWM发生器，具有N个输出通道，N个所述输出通道分别与N个所述传感器模块的发射端连接，用于根据所述驱动参数发出PWM信号驱动相应的所述红外传感器；

XADC控制器，至少具有2N个采样通道，2N个所述采样通道对各个所述红外传感器的发射端和接收端分别进行采样得到发射端参数和接收端参数；

选通控制器，与各个所述传感器模块、所述PWM发生器和所述XADC控制器连接，用于产生选通信号，对每个所述红外传感器按预设配置进行分时点灯并同步采样；

传感器校准模块，与所述传感器寄存器单元、所述PWM发生器和所述XADC控制器连接，根据所述发射端参数和/或接收端参数，以所述传感器寄存器单元配置的目标值为基准，调整对应输出通道的PWM信号；以及

传感器检测模块，与所述XADC控制器连接，根据所述接收端参数得到各个所述红外传感器电平跳变参数。

3.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述传感器检测模块包括：

比较器，与所述XADC控制器连接，将所述红外传感器的接收端参数与所述传感器寄存器单元对应配置的基准参数进行比较，得到表示红外传感器摭档、不遮挡的电平信号；

滤波器，与所述比较器连接，用于所述电平信号滤波；及

沿检测电路，与所述滤波器和所述中断控制单元连接，在滤波后的所述电平信号中检测各个红外传感器的电平跳变参数，所述电平跳变参数包括上升沿及下降沿。

4.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述中断寄存器单元包括：

中断控制寄存器组，与所述AXI总线接口和所述中断控制单元连接，用于配置对中断使能控制；

多个中断状态寄存器组，用于根据各个所述红外传感器的上升沿、下降沿中断产生中断标志位；及

中断控制索引寄存器，其每个bit对应一个中断状态寄存器，用于在所述PS部分进行中断处理操作时，先读取所述中断控制索引寄存器，并根据各bit是否置位，查询对应的中断状态寄存器。

5.一种自助终端，其特征在于，包括权利要求1至4任一项所述的基于Zynq SOC的红外传感器控制系统。