CN113050485B - 一种用于智能控制系统的核心控制平台 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及智能控制系统技术领域，具体涉及一种用于智能控制系统的核心控制平台。包括第一SoM嵌入式模块、第二SoM嵌入式模块、低功耗微控制单元、电源模块、输入模块和输出模块；第一SoM嵌入式模块用于数据输入控制，第二SoM嵌入式模块用于数据处理、输出控制和驱动控制，第一SoM嵌入式模块和第二SoM嵌入式模块使用共享的SATA作为数据存储单元，第一SoM嵌入式模块和第二SoM嵌入式模块之间使用GPIO，UART和USB2.0通信接口进行实时数据交换；低功耗微控制单元用于控制供电，电源模块用于供电，且第一SoM嵌入式模块和第二SoM嵌入式模块为单独供电。本发明结构合理，有助于优化管理和提高效率，可以应用于各种AI智能控制系统。

Description

一种用于智能控制系统的核心控制平台
技术领域
本发明涉及智能控制系统技术领域，具体涉及一种用于智能控制系统的核心控制平台。
背景技术
随着AI智能技术和智能制造技术的不断发展，智能控制系统在各个应用领域中的作用显得越来越重要，智能控制系统的数据管理能力严重制约着AI智能技术的发展。现有技术中，智能控制系统大多采用单一的嵌入式模块实现数据管理和处理，因此它的控制能力特别是实时数据分析能力是有限的，难以适应快速更新的发展。多核心系统可以有效解决这个问题，但多核心系统存在着系统设计和系统管理上难度和风险。因此，需要对现有技术中的智能控制系统进行改进，一方面提高系统的数据处理能力，另一部分，还需要降低系统设计和管理上的难度以及风险，以适应AI智能技术的发展和应用。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种可靠，高效，合理和方便的用于智能控制系统的核心控制平台。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种用于智能控制系统的核心控制平台，包括第一SoM嵌入式模块、第二SoM嵌入式模块、低功耗微控制单元、电源模块、输入模块和输出模块；
所述第一SoM嵌入式模块用于数据输入控制，第二SoM嵌入式模块用于数据处理、输出控制和驱动控制，所述第一SoM嵌入式模块和第二SoM嵌入式模块使用共享的 SATA 作为数据存储单元，所述第一SoM嵌入式模块和第二SoM嵌入式模块之间使用 GPIO，UART 和USB2.0通信接口进行实时数据交换；
所述低功耗微控制单元用于控制供电，所述电源模块用于供电，且所述第一SoM嵌入式模块和第二SoM嵌入式模块为单独供电。
进一步地，输入模块与第一SoM嵌入式模块连接，包括附带PoE电源输出的双路工业以太网网口，所述输出模块与第二SoM嵌入式模块连接，包括附带PoE 电源输入的单路工业以太网网口；所述双路工业以太网网口用于输入远端视频或传感器测量数据；所述单路工业以太网网口用于上传处理后的数据，以及用于在系统处于低耗电工作模式时，通过PoE电源输入向系统提供电源。
进一步地，工业以太网网口的芯片模块为netX 52。
进一步地，输入模块包括基本输入端口和应用输入端口；
所述基本输入端口包括2 个工业以太网网口，2 个两通道 MIPI-CSI 接口，USB2.0 Type-A 接口，WiFi/BT 模块；
所述应用输入端口包括LCD 触摸输入端口，数字传感器输入端口，模拟传感器输入端口，前置放大器，光电传感器输入端口，光电前置放大器，4 通道 MIPI-CSI 接口。
进一步地，输出模块包括基本输出端口和应用输出端口；
基本输出端口包括 1 个工业以太网网口，USB3.0/2.0 Type-A 接口，HDMI 接口；
应用输出端口包括步进电机驱动端口、直流电机驱动端口、 LED 阵列驱动端口、半导体激光器驱动端口。
进一步地，所述第一SoM嵌入式模块为MCM-iMX8M-Mini ，所述第二SoM嵌入式模块为NVIDIA Jeton Nano。
进一步地，所述电源模块包括主电源、第一供电模块、第二供电模块、第三供电模块和第四供电模块，所述第一供电模块和第二供电模块分别用于给所述第一SoM嵌入式模块和第二SoM嵌入式模块供电，所述第三供电模块和第四供电模块分别用于给所述输入模块和输出模块供电；所述低功耗微控制单元用于控制所述第一供电模块、第二供电模块、第三供电模块和第四供电模块的供电输出。
进一步地，所述低功耗微控制单元通过UART通信接口与第一SoM嵌入式模块和第二SoM嵌入式模块连接。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明提供了一种用于智能控制系统的核心控制平台，其包含两个SoM（Systemon Module）嵌入式模块作为等价的核心支点，其中一个SoM嵌入式模块主要功能为输入控制；另一个SoM嵌入式模块的主要功能为数据处理，输出控制与驱动控制。作为两个模块之间的通信联系，两个模块使用共享的 SATA 作为数据存储单元；两个模块之间使用 GPIO，UART 和 USB2.0作为通信接口进行实时数据交换，整个系统的布局清晰，合理、有助于优化管理和提高效率，而且，区域内部主模块（嵌入式模块）与配套芯片的电源是单独控制或单独供电的，有利于保护主模块（第一SoM嵌入式模块、第二SoM嵌入式模块）在启动时不会被冲击和损害，同时降低和抑制了整个系统的启动电流过高，本发明通过微控制单元供电模块对系统电源进行管理，电源模块的设计和电源管理更加高效，安全合理。
本申请针对当前智能控制系统技术领域对数据处理的实际需求，同时兼顾了功能，优化了系统设置和管理方式，包括电源管理，通信方式，各个嵌入式芯片的控制范围，输入输出的配置等等，通过这样的优化使得整个系统在运行中高效通畅，安全可靠，成本较低，简化了系统开发的复杂性（包括硬件、软件和测试），可以适用于不同的AI控制领域。本发明可以应用于以视频图像为主体的 AI 智能系统，其应用领域可以包括但不限于以下领域：
多重组合的视频监控系统包括可见视频，短波红外视频和长波红外视频；
智能工业控制与监测系统，智能工业自动化生产线；
智能设备与仪器系统；
智能环保监测体系；
智能农业系统；
与同类产品相比，本发明有如下特点：技术前沿，布局合理功能强大且高效，使用方便灵活适应多种不同的应用领域，同比产品成本更低。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种用于智能控制系统的核心控制平台的结构框图；
图2为本发明实施例中电源模块的电路控制原理框图；
图3为本发明实施例二提供的一种用于智能控制系统的核心控制平台的结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1~2所示，本发明实施例提供了一种用于智能控制系统的核心控制平台，包括第一SoM嵌入式模块、第二SoM嵌入式模块、低功耗微控制单元、电源模块、输入模块和输出模块；所述第一SoM嵌入式模块用于数据输入控制，第二SoM嵌入式模块用于数据处理、输出控制和驱动控制，所述第一SoM嵌入式模块和第二SoM嵌入式模块使用共享的 SATA 作为数据存储单元，所述第一SoM嵌入式模块和第二SoM嵌入式模块之间使用 GPIO，UART 和USB2.0通信接口进行实时数据交换；所述低功耗微控制单元用于控制所述核心控制平台的供电，所述电源模块用于供电，且所述第一SoM嵌入式模块和第二SoM嵌入式模块为单独供电。
进一步地，如图1所示，本实施例中，输入模块与第一SoM嵌入式模块连接，包括附带PoE电源输出的双路工业以太网网口（最高 1GEthernet 网口），作为输入数据端口；所述输出模块与第二SoM嵌入式模块连接，包括附带PoE 电源输入的单路工业以太网网口（最高1GEthernet 网口）；所述双路工业以太网网口用于输入远端视频或传感器测量数据；所述单路工业以太网网口用于上传处理后的数据，以及用于在系统处于低耗电工作模式时，通过PoE电源输入向系统提供电源。
具体地，本实施例中，工业以太网网口的芯片模块为netX 52。所述第一SoM嵌入式模块为MCM-iMX8M-Mini ，所述第二SoM嵌入式模块为NVIDIA Jeton Nano。
进一步地，如图2所示，本实施例中，所述电源模块包括主电源、第一供电模块、第二供电模块、第三供电模块和第四供电模块，所述第一供电模块和第二供电模块分别用于给所述第一SoM嵌入式模块和第二SoM嵌入式模块供电，所述第三供电模块和第四供电模块分别用于给所述输入模块和输出模块供电；所述低功耗微控制单元用于控制所述第一供电模块、第二供电模块、第三供电模块和第四供电模块的供电输出。
本实施例中，核心控制平台的电源系统采用以主模块为核心的区域划分系统，而在区域内部主模块电源与配套芯片的电源是单独控制或单独供电的，有利于保护主模块（第一SoM嵌入式模块、第二SoM嵌入式模块）在启动时不会被冲击和损害，同时降低和抑制了整个系统的启动电流过高。
进一步地，本实施例中，所述低功耗微控制单元通过UART通信接口与第一SoM嵌入式模块和第二SoM嵌入式模块连接。
实施例二
如图3所示，本发明实施例二提供了一种用于智能控制系统的核心控制平台，包括第一SoM嵌入式模块、第二SoM嵌入式模块、低功耗微控制单元、电源模块、输入模块和输出模块；所述第一SoM嵌入式模块用于数据输入控制，第二SoM嵌入式模块用于数据处理、输出控制和驱动控制，所述第一SoM嵌入式模块和第二SoM嵌入式模块使用共享的 SATA 作为数据存储单元，所述第一SoM嵌入式模块和第二SoM嵌入式模块之间使用 GPIO，UART 和USB2.0通信接口进行实时数据交换；所述低功耗微控制单元用于控制所述核心控制平台的供电，所述电源模块用于供电，且所述第一SoM嵌入式模块和第二SoM嵌入式模块为单独供电。其中，GPIO用于常量设置，UART用于低速指令传递，USB用于告诉实时数据传送。其中，PCIe 交换机用于第一SoM嵌入式模块与第二SoM嵌入式模块之间SATA通讯。
与实施例一不同的是，本实施例中，输入模块包括基本输入端口和应用输入端口。输出模块包括基本输出端口和应用输出端口。
其中，所述基本输入端口包括2 个工业以太网网口（最高 1GEthernet 网口），2个两通道 MIPI-CSI 接口，USB2.0 Type-A 接口，WiFi/BT 模块；其中，基本输入端口中的工业以太网网口附带POE电源输出。
所述应用输入端口包括LCD 触摸输入端口，数字传感器输入端口，模拟传感器输入端口，前置放大器，光电传感器输入端口，光电前置放大器，4 通道 MIPI-CSI 接口。其中，基本输出端口包括 1 个工业以太网网口（最高 1GEthernet 网口），USB3.0/2.0 Type-A 接口，HDMI 接口；其中，基本输出端口的工业以太网网口包括POE电源输入，可以向用于数据处理、输出控制和驱动控制的第二SoM嵌入式模块供电。
应用输出端口包括步进电机驱动端口、直流电机驱动端口、 LED 阵列驱动端口、半导体激光器驱动端口等等。其中步进电机驱动端口用于驱动精密步进电机，使得本发明的控制平台可以用于高端测量仪器。直流电机驱动端口用于驱动直流电机，LED阵列驱动端口用于驱动LED阵列，半导体激光器驱动端口用于驱动精密半导体激光器或者精密QCL中红外探测用半导体激光器的驱动。
本实施例中，所述电源模块包括主电源、第一供电模块、第二供电模块、第三供电模块和第四供电模块，所述第一供电模块和第二供电模块分别用于给所述第一SoM嵌入式模块和第二SoM嵌入式模块供电，所述第三供电模块和第四供电模块分别用于给所述输入模块和输出模块供电；所述低功耗微控制单元用于控制所述第一供电模块、第二供电模块、第三供电模块和第四供电模块的供电输出。与实施例一相同的是，本实施例中，第一SoM嵌入式模块与输入模块是单独控制或单独供电的，第二SoM嵌入式模块与输出模块是是单独控制或单独供电的。
进一步地，如图3所示，本实施例中，电源模块还包括微控制单元供电模块、输入保护模块，外接电源输入通过输入保护模块后，输入主电源，然后分为两路，一路作为MCM电源分别向第一供电模块和第三供电模块供电，另一路作为NANO电源分别向第二电源模块和第三电源模块供电。
本实施例提供了一种用于智能控制系统的核心控制平台，通过选择两个合适的嵌入式模块作为系统核心，充分考虑了智能控制系统的合适功能和使用范围，并且降低了系统成本，其不仅可以应用于以视频图像为主体的 AI 系统，同时兼顾了其它的应用，比如该系统有多种视频输入接口，4线-8线的相机专用口，以太网口和高速USB口；在工业数据输入上考虑了长距离，中距离和短距离三种情况；比如QSPI用于工业以太网的接口等等。对于小规模智能控制系统，双嵌入式模块可以简化为单模块控制，无需对系统做修改和改进，即可以应用于各种智能控制系统中。
本实施例中，所述低功耗微控制单元通过UART通信接口与第一SoM嵌入式模块和第二SoM嵌入式模块连接。进一步地，所述低功耗微控制单元还负责整个系统平台的电源管理，电源在个各主要单元的电压电流监控、各主要单元的 Reset，系统温度和散热控制以及LED 指示。
综上所述，本发明提供了用于智能控制系统的核心控制平台，其包含两个SoM（System on Module,）嵌入式模块作为等价的核心支点，其中一个SoM嵌入式模块主要功能为输入控制；另一个SoM嵌入式模块的主要功能为数据处理，输出控制与驱动控制。作为两个模块之间的通信联系，两个模块使用共享的 SATA 作为数据存储单元；两个模块之间使用 GPIO，UART 和 USB2.0作为通信接口进行实时数据交换，整个系统的布局清晰，合理、有助于优化管理和提高效率，而且，区域内部主模块（第二嵌入式模块）与配套芯片的电源是单独控制或单独供电的，有利于保护主模块在启动时不会被冲击和损害，同时降低和抑制了整个系统的启动电流过高。通过微控制单元供电模块对系统电源进行管理，电源模块的设计和电源管理更加高效，安全合理。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种用于智能控制系统的核心控制平台，其特征在于，包括第一SoM嵌入式模块、第二SoM嵌入式模块、低功耗微控制单元、电源模块、输入模块和输出模块；
所述第一SoM嵌入式模块用于数据输入控制，第二SoM嵌入式模块用于对通过第一SoM嵌入式模块输入的数据进行处理、输出控制和驱动控制，所述第一SoM嵌入式模块和第二SoM嵌入式模块使用共享的SATA 作为数据存储单元，所述第一SoM嵌入式模块和第二SoM嵌入式模块之间使用GPIO，UART 和USB2.0通信接口进行实时数据交换；
所述低功耗微控制单元用于控制供电，所述电源模块用于供电，且所述第一SoM嵌入式模块和第二SoM嵌入式模块为单独供电；输入模块与第一SoM嵌入式模块连接，包括附带PoE电源输出的双路工业以太网网口，所述输出模块与第二SoM嵌入式模块连接，包括附带PoE电源输入的单路工业以太网网口；所述双路工业以太网网口用于输入远端视频或传感器测量数据；所述单路工业以太网网口用于上传处理后的数据，以及用于在系统处于低耗电工作模式时，通过PoE电源输入向系统提供电源。
2.根据权利要求1所述的一种用于智能控制系统的核心控制平台，其特征在于，工业以太网网口的芯片模块为netX 52。
3.根据权利要求1所述的一种用于智能控制系统的核心控制平台，其特征在于，输入模块包括基本输入端口和应用输入端口；
所述基本输入端口包括2 个工业以太网网口，2 个两通道MIPI-CSI 接口，USB2.0Type-A 接口，WiFi/BT 模块；
所述应用输入端口包括LCD 触摸输入端口，数字传感器输入端口，模拟传感器输入端口，前置放大器，光电传感器输入端口，光电前置放大器，4 通道MIPI-CSI 接口。
4.根据权利要求1所述的一种用于智能控制系统的核心控制平台，其特征在于，输出模块包括基本输出端口和应用输出端口；
基本输出端口包括1 个工业以太网网口，USB3.0/2.0 Type-A 接口，HDMI 接口；
应用输出端口包括步进电机驱动端口、直流电机驱动端口、LED 阵列驱动端口、半导体激光器驱动端口。
5.根据权利要求1所述的一种用于智能控制系统的核心控制平台，其特征在于，所述第一SoM嵌入式模块为MCM-iMX8M-Mini ，所述第二SoM嵌入式模块为NVIDIA JetonNano。
6.根据权利要求1所述的一种用于智能控制系统的核心控制平台，其特征在于，所述电源模块包括主电源、第一供电模块、第二供电模块、第三供电模块和第四供电模块，所述第一供电模块和第二供电模块分别用于给所述第一SoM嵌入式模块和第二SoM嵌入式模块供电，所述第三供电模块和第四供电模块分别用于给所述输入模块和输出模块供电；所述低功耗微控制单元用于控制所述第一供电模块、第二供电模块、第三供电模块和第四供电模块的供电输出。
7.根据权利要求6所述的一种用于智能控制系统的核心控制平台，其特征在于，所述低功耗微控制单元通过UART通信接口与第一SoM嵌入式模块和第二SoM嵌入式模块连接。
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