专利名称：一种模块化高速相机控制板的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电子自动控制技术领域，涉及图像检测中的高速控制板卡设计， 将自动化控制技术应用于图像处理中的高速相机图像采集和对处理结果进行高速、精确延时控制，为一种模块化高速相机控制板。
背景技术：
随着计算机技术的发展，图像检测设备在生产制造中也得到了广泛的应用。在硬币成品检测中，用图像检测技术在线检测来替代人工，可节省大量时间、降低制造成本。硬币在线检测涉及以下几个方面图像快速采集，缺陷币快速剔除以及设备的电气控制。其中，图像采集部分根据检测的内容不同，检测系统会使用多部相机。硬币在线检测，检测速度达到2000枚/分钟，因此要求控制设备能提供多路连续而又精准的延时，来控制相机对硬币图像的快速采集，并且能够根据各相机的图像处理结果将不合格的硬币快速剔除。常规图像检测设备使用计算机板卡或PLC控制相机采集，设备其它机构采用PLC 控制。在常用的操作系统下，计算机无法提供连续、精准的毫秒级延时，要达到在线检测的要求，则需要安装专用的控制板卡来实现，而高速控制板卡价格往往很高。如果使用PLC来控制高速相机，由于提供的延时精度达不到要求，实际使用中，存在图像位置偏移问题，造成后期的图像处理不准确。随着嵌入式系统的发展，使用MCU或者FPGA的单板机也逐渐应用到高速相机的控制中，一般的设计都是针对特定的需求，将系统集中到一个整板中。硬币在线检测，需要同步控制和处理多部相机的采集和结果，若使用单MCU或FPGA实现则需要选用价格较高的高速高性能芯片，并且对设计人员的设计水平也提出了更高的要求。另外，将整个控制系统集中到一个整板时，当设备发生故障时，比如某一路相机的图像采集出现故障，维修人员很难直接判断发生故障的地方，只能更换整个控制板。
发明内容本实用新型要解决的问题是在硬币的在线图像检测中，高速相机的控制需要连续、精准的毫秒级延时，目前的PLC无法提供满足要求的延时精度，而采用电子自动控制技术中常用的精度较高的单MCU或FPGA等进行控制，成本较高，对设计人员的要求高，整体集成的设计不易维护。本实用新型的技术方案为一种模块化高速相机控制板，包括控制底板、集中控制单元、相机快速控制单元，每个相机快速控制单元设有独立的MCU，一个相机快速控制单元对应连接一台相机，各相机快速控制单元分别连接至集中控制单元，集中控制单元和相机快速控制单元通过标准接插件安装在控制底板上，集中控制单元和相机快速控制单元通过串行总线连接。设有检查单元，所述检查单元通过串行总线和集中控制单元连接，各相机快速控制单元的所有输入输出信号经光电隔离器后输入检查单元。本实用新型采用了模块化电子系统设计方式，将自动化控制技术应用于图像处理中的高速相机图像采集和对处理结果进行高速、精确延时控制，本实用新型为高速相机、快速执行机构提供精准的控制，并方便用户的快速检修。本实用新型的优点1)采用模块化设计，系统功能划分明确，当发生故障时，用户可根据故障情况快速地判断出故障单元，只需换对应的控制单元，无需拆线，就可恢复设备的运转，保证了正常生产。2)每路相机由独立的模块单元控制，各控制单元之间相对独立互不影响，保证了各功能控制的精确性、稳定性，并且可根据实际需求，增加或减少控制模块。3)每路相机由独立的模块单元控制，MCU的运行负荷相对不大，8位单片机的性能就可以满足使用要求，大大降低了设计水平要求。
图1为本实用新型的结构框图。
具体实施方式
本实用新型将系统按照使用功能划分多个模块单元，每个模块使用标准接插件安装在底板上，每个模块使用独立的MCU控制，各模块间通信通过串行总线连接，本实用新型包括用于为各模块提供通信连接、电源、以及I/O连接用的控制底板，用于设备整体控制的集中控制单元，用于单个相机控制的相机快速控制单元，进一步的，还有用于各单元工作状态的检查单元。每个相机快速控制单元设有独立的MCU，一个相机快速控制单元对应连接一台相机，各相机快速控制单元分别连接至集中控制单元，集中控制单元和相机快速控制单元通过标准接插件安装在控制底板上，集中控制单元和相机快速控制单元通过串行总线连接，检查单元通过串行总线和集中控制单元连接，各相机快速控制单元的所有输入输出信号经光电隔离器后输入检查单元。其中，控制底板提供安装底座用于安装其它单元模块，为各单元提供所需的电压，提供串行总线接口用于各单元间通信连接，并装有各式接插件为各单元的I/O的接线提供连接。集中控制单元为系统核心控制单元，提供USB接口用于和计算机通信，接收计算机的操作命令和参数设置，自动保存工作参数。提供信号输入输出，用于设备的各种控制。 提供串行接口和其它单元通信。相机快速控制单元每个单元有独立的MCU，单独负责一路相机的控制。软件上采用FIFO延时队列设计，配合MCU自带的硬件定时器可为高速相机采集触发和不合格品的快速剔除提供毫秒级的延时。由于每个相机快速控制单元仅控制一路相机，MCU的运行负荷相对不大，8位单片机的性能就可以满足使用要求，大大降低了设计水平要求。检查单元对各控制单元的输入输出信号进行统计检查，判断各执行机构是否工作正常。如图1，本实用新型基于嵌入式系统，实现硬币图像检测设备的图像处理辅助控制，采用模块化设计，其组成包括用于控制板整体控制的集中控制单元，用于单个相机控制的相机快速控制单元，用于各单元工作状态的检查单元。计算机通过USB接口和控制板通信，对控制板进行工作参数的设置和读取，以及对控制板各单元的控制和工作状态查询。其中，集中控制单元为控制板的主控单元，通过USB接口和计算机进行通信，通过计算机可设置系统的工作参数以及其它运行操作；通过光电隔离的输入输出接口控制设备操作面板、报警信号，以及各部件正常运行控制；通过串行总线接口与其它单元通信。控制板上电或参数设置时，集中控制单元将工作参数通过串行总线设置到各相机快速控制单元。相机快速控制单元，每个单元均是独立的模块，拥有独立的MCU微控制器，通过串行总线和集中控制单元相通信，单独控制一路相机的采集、结果处理操作。隔离输出端使用独立的外接电源，软件延时控制使用FIFO延时队列设计，为相机的采集触发、剔除控制提供了精准的延时控制。控制单元通过传感器检测到硬币传输过来时，将相机采集触发延时值压入延时队列，延时结束时，硬币到达相机下方，控制单元发出控制信号控制相机采集硬币图像。同步检测图像处理结果，当检测到不合格信号时，将剔除延时值压入另外一组延时队列，延时结束时，硬币到达剔除口，控制单元发送剔除信号来开启高速气阀将硬币剔除。检查单元，该单元为可选单元，使用串行总线和集中控制单元相通信。相机快速控制单元的所有输入输出信号，均经过光电隔离输入该单元，通过监控各输入、输出信号的变换，来判断各相机快速控制单元是否工作正常。集中控制单元通过查询该单元，得到各相机快速控制单元的工作状态。
权利要求1.一种模块化高速相机控制板，其特征是包括控制底板、集中控制单元、相机快速控制单元，每个相机快速控制单元设有独立的MCU，一个相机快速控制单元对应连接一台相机， 各相机快速控制单元分别连接至集中控制单元，集中控制单元和相机快速控制单元通过标准接插件安装在控制底板上，集中控制单元和相机快速控制单元通过串行总线连接。
2.根据权利要求1所述的一种模块化高速相机控制板，其特征是设有检查单元，所述检查单元通过串行总线和集中控制单元连接，各相机快速控制单元的所有输入输出信号经光电隔离器后输入检查单元。
专利摘要一种模块化高速相机控制板，包括控制底板、集中控制单元、相机快速控制单元，每个相机快速控制单元设有独立的MCU，一个相机快速控制单元对应连接一台相机，各相机快速控制单元分别连接至集中控制单元，集中控制单元和相机快速控制单元通过标准接插件安装在控制底板上，集中控制单元和相机快速控制单元通过串行总线连接。本实用新型采用了模块化电子系统设计方式，将自动化控制技术应用于图像处理中的高速相机图像采集和对处理结果进行高速、精确延时控制，本实用新型为高速相机、快速执行机构提供精准的控制，并方便用户的快速检修。
文档编号G01N21/88GK202084095SQ201120185899
公开日2011年12月21日 申请日期2011年6月3日 优先权日2011年6月3日
发明者徐大建, 许群波 申请人:江苏科思机电工程有限公司