一種數控工具機視頻採集卡裝置的製作方法

2023-08-09 00:52:26

專利名稱：一種數控工具機視頻採集卡裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及視頻圖像採集裝置，特別適用於普通工具機、數控工具機中 進行工具機狀態數據採集和實時狀態監控的一種數控工具機視頻採集卡裝置。
技術背景已有的視頻採集卡一般只支持一種視頻標準，形式單一，多用於本地監控， 存在傳輸距離短，不支持組網，而且不能實時存儲多幅圖像，應用受到制約等 缺陷。 發明內容本實用新型的發明目的是提供一種結構簡單、可靠性高、可以實現多種 接口設備兼容、能滿足惡劣環境條件下使用的一種數控工具機視頻採集卡裝置為了克服現有技術的缺陷，本實用新型的技術方案是這樣解決的為了實 現多種接口設備兼容，系統設計了兩路輸入信號，本實用新型的改進之處在於 一個來自普通攝像機的模擬電視信號送入第一信號調理A/D轉換電路、 一個來自標準VGA設備的VGA模擬視頻信號進入第二信號調理A/D轉換電路，其第一 信號調理電路和第二信號調理電路的信號轉化後的數字視頻信號一併送入專 用信號處理邏輯電路，經過專用邏輯電路處理後，信號數據被送往CPU主控電 路，CPU主控電路根據需求，將處理後的數據信號送往本地非易失存儲機構或 乙太網絡電路，人機接口電路將人為設置的信息和CPU主控電路進行交互，CPU 主控電路連接調試信息輸出電路，調試信息輸出電路與上位機通信，整機共享 直流電源變換電路分別給上述電路供電。本實用新型與現有技術相比，該裝置兼容TV信號和VGA信號採集，VGA 信號採集最大支持XGA (1024X768)解析度，採用百兆乙太網傳輸圖像數據， 可以有效地利用現有的網絡，實現異地監管和遙控，節省布線成本，更便於多 設備組網，實現全方位視頻採集。同時設備支持本地圖像數據海量存儲，在網 絡質量不佳或斷線的情況下，將圖像首先保存下來，待網絡恢復後繼續傳送， 廣泛用數控及普通車床。

圖1為本實用新型結構示意框圖；圖2-1、圖2-2為圖1的本地硬碟接口和CF卡接口電路原理圖； 圖3-1、圖3-2、圖3-3為輸入輸出接口電路原理圖； 圖4-1、圖4-2為乙太網電路原理圖； 圖5-1、圖5-2為CPU擴展資源電路原理圖； 圖6-1、圖6-2、圖6-3、圖6-4為視頻接口電路原理圖； 圖7-1、圖7-2為RS232接口電路原理圖； 圖8為整機共享直流電源變換電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的內容做進一步的說明。參照圖1所示 一個來自普通攝像機的模擬電視信號送入第一信號調理A/D轉換電路1、 一個來自標準VGA設備的VGA模擬視頻信號進入第二信號調 理A/D轉換電路8，其第一信號調理電路1和第二信號調理電路8的信號轉化 後的數字視頻信號一併送入信號處理邏輯電路2，經過信號處理邏輯電路2處 理後，信號數據被送往CPU主控電路6， CPU主控電路6根據需求，將處理後 的數據信號送往本地非易失存儲機構3或乙太網絡電路5，人機接口電路4將 人為設置的信息與CPU主控電路6進行交互，CPU主控電路6連接調試信息輸 出電路7，調試信息輸出電路7與上位機通信，整機共享直流電源變換電路9分別給上述電路供電。圖2-l、圖2-2所示，所述的本地非易失存儲機構3包括一個計算機硬碟 驅動器接口 Jl與集成電路晶片U5連接， 一個通用CF多媒體存儲卡接口 J2與 集成電路晶片U4連接，由集成電路晶片U4、 U5連接組成接口信號驅動電路， 起到增強信號和隔離，保護電路的作用。電容C1 C8為電源濾波電容，使各個 部件的工作電壓更穩定和乾淨，電阻RfR9為信號上下拉或隔離電阻，集成電 路晶片U4、 U5與CPU主控電路相連，使得CPU主控電路可以訪問硬碟驅動器 和CF存儲卡，通用CF多媒體存儲卡接口 J2上連接一個發光二極體D1。圖3-l、圖3-2、圖3-3所示的輸入輸出接口電路4包括一個集成電路芯 片U3A與按鍵K1 K8及狀態指示燈LED1 LED8和擴展輸入輸出接口 J3相互 連接共同組成輸入輸出接口電路4，集成電路晶片U3A作為CPU主控電路和外 部設備的橋接電路，是一款可編程器件，負責信號格式的轉化及CPU主控電路 地址空間分配，擴展輸入輸出接口 J3隻是當需要功能擴展時才使用，電源濾 波電容C10 C21為本模塊提供乾淨的電源，電阻RP1, RP2， R10和RP5 RP12 為上拉電阻，使得在沒有輸入的情況下保持輸入電平的穩定，CPU主控電路外 部中斷按鍵KEX1用於向CPU主控電路提出請求，集成電路晶片U3B連接有配 置插座接口 JP1，濾波電容C9和電阻R10用與濾除按鍵時的抖動，使得輸出電 壓平穩。圖4-1、圖4-2所示，所述的乙太網接口電路包括收發器集成電路晶片U6 和CPU主控電路的EMAC模塊連接共同組成完整的乙太網節點，CPU主控電路 的主埠連接接口 J4,收發器集成電路晶片U6還與晶振器Y1、電容C35、 C36 連接組成振蕩電路，提供收發器集成電路晶片U6工作時鐘和乙太網參考時鐘， 收發器集成電路晶片U6、變壓器T1、接口 J5連接共同組成乙太網接口電路 5，所述收發器集成電路晶片U6的第51、 40、 8腳連接電容C22 C24，電容 C22 C24另一端接地、第21、 22腳連接電容C25 C28和電iLl，電容C25 C28另一端接地，變壓器T1的第15、 10腳分別並聯連接電容C31 C32 ，接 口J5的4、 5、 7、 8腳分別與電阻R14 R17、 R24 R25、電容C34連接，接 口 J4為CPU主控電路的主埠接口，通過此接口，外部設備可以訪問CPU主 控電路的內部資源，保留擴展使用，收發器集成電路晶片U6接受CPU主控電 路過來的乙太網MAC層信息，將之轉化為乙太網物理層電平信號，並發送給變 壓器T1，變壓器T1起到隔直和隔離作用，隔離後的信號經過RJ45接口 J5發 送到乙太網超五類雙絞線上，終端匹配電阻為R14 R17，R24 R25，通信指示 燈DS1、 DS2各自分別連接有電阻R20、 R21，提供U6工作時鐘和乙太網參考時 鍾，集成電路晶片U1B的G3腳串聯連接有發光二極體D10、電阻R22， Yl腳上 連接一個電阻R12， R12為U1的HPI總線配置電阻，使之工作在16位模式下。圖5-l、圖5-2所示，集成電路晶片U1C，U7，U8，U9組成主控CPU電路6， 集成電路晶片U9用於存儲CPU的運行代碼，集成電路晶片U7， U8作為CPU的 擴展內存，用於運行代碼和存儲數據，集成電路晶片U1C、 U7、 U8、 U9共同組 成DSP最小系統，終端匹配電阻為RP13 RP42，用於阻抗匹配以減少信號反射， 改善信號質量，DSP仿真接口為JP2，用於在線仿真調試用，本模塊的電源濾 波電容為C37 C48。圖6-l、圖6-2、圖6-3、圖6-4所示，第一信號調理A/D轉換電路包括一 個集成電路晶片U21的1腳通過連接的電容C180、電阻R64與擴展接口 JP7 及晶振器XT3和電容C183與集成電路晶片U21的32腳連接共同組成第一信號 調理A/D轉換電路1，其中電阻R64、 R66連接組成阻抗匹配網絡，擴展輸入輸 出接口 J12與集成電路晶片U23連接組成第二信號調理A/D轉化電路8，所述 的第二信號調理A/D轉化電路8包括直流隔離電容C211分別與電晶體Ql、電 阻R72， R75， R77連接共同組成紅色視頻分量信號跟隨緩衝電路；直流隔離電 容C217分別與電晶體Q2、電阻R79， R84， R88連接組成綠色視頻分量信號跟 隨緩衝電路；直流隔離電容C221分別與電晶體Q3、電阻R89， R95, R98連接組成藍色視頻分量信號跟隨緩衝電路；高頻抑制電感器L8、 L9和電阻R80， R82， R85， R87、電容C216、 C218連接共同組成低通濾波電路；由電阻R73, R76， R78和電容C212 C214連接組成集成電路晶片U23模擬通道輸入阻抗匹 配和直流隔離電路；場效應管Nl、 N2和電阻R90 R93連接組成IIC電平轉換 電路，數字視頻信號輸出阻抗匹配電阻為R56 R62，最大限度得保證信號完整 性，電源濾波電感L3 L7為集成電路晶片U21、 U23模擬電源提供乾淨的電壓， 集成電路晶片U22、 U20和U2組成信號邏輯處理電路2，數據處理在集成電路 晶片U2中進行，集成電路晶片U22作為圖像數據緩存，集成電路晶片U20是 集成電路晶片U2的配置器件，用來初始化集成電路晶片U2，擴展接口JP6和 P2是集成電路晶片U2的調試接口。輸出阻抗匹配電阻為RP43 RP55，最大限 度得保證信號完整性。從集成電路晶片U2出來的數字圖像信息，進入CPU的 圖像輸入接口 ，進行進一步的信號處理。27M晶振XT4作為CPU主控電路的數 字視頻採樣參考時鐘，擴展接口 J13作為預留備份。圖7所示，集成電路晶片U15、 U16、 U17以及擴展接口 JP3、 JP4組成調 試信息輸出電路7。集成電路晶片U16為雙埠UART器件，集成電路晶片U15 和U17為RS232收發器。CPU主控電路將要發送的信息寫入集成電路晶片U16 的緩存，集成電路晶片U16將要發送的信息變換成串行數據流，發送到RS232 收發器集成電路晶片U15和U17，發送給上位機，同時上位機下發的RS232串 行數據流由集成電路晶片U15、 U17變換成TTL電平後，集成電路晶片U16將 U15和U17發送過來的串行數據流變成並行數據，存儲在集成電路晶片緩存中， 供CPU主控電路讀取。1M晶振器Y2和電阻R39，電容C154、 C155作為集成電 路晶片U16的時鐘振蕩電路，為集成電路晶片U16提供時鐘，電容C150， C151 和電容C160， C161是集成電路晶片U15和U17的電源泵充電電容，用於提供 RS232電平參考電源。電阻R38為振蕩電路限流電阻，用於改善EMI特性，減 少電磁輻射。電阻R40， R41保證U16在未配置以前不向U1發出錯誤的中斷申請，C164為U16電源濾波電容。電容C152， Ci53為U15內部電荷泵濾波電 容，C162， C163為U16內部電荷泵濾波電容。C156 C159為U15， U16電源濾 波電容。J7， J8為跳線，當上位機需要本系統提供電源時，只需將J7，J8短路 即可。圖8所示，所述的整機共享直流電源變換電路，包括一個集成電路晶片 (U10)兩端分別並聯連接有電容C131、 C132、 C133、 C134， 一個集成電路芯 片Ull兩端分別並聯連接有電容C135、 C136、 C137、 C138， 一個集成電路芯 片U12兩端分別並聯連接有電容C139、 C140、 C141、 C142和節點上連接電阻 R31、 R33， 一個集成電路晶片U13兩端分別並聯連接有電容C143、 C144、 C145、 C146和節點上連接電阻R32、 R34， 一個集成電路晶片U14—端的節點上連接 電阻R35、 R36、電容C147，其電阻R36、電容C147另一端分別連接有電感器 L2、電容C148、 C149、 二極體Dll共同組成DC/DC直流變換電路，其中接口 J6的1腳與SW1的1腳連接，電源開關SW1的2腳串聯連接有電阻R37和通信 指示燈DS3，磁珠BEAD2的一端接數字地，另一端連接在模擬地上，集成電路 晶片U14，電感L2， 二極體Dll，電容C1電阻R35、 R36共同組成高效率DC/DC 變換電路，為集成電路晶片U1提供內核電壓。集成電路晶片U12， U13為集成 電路晶片U2提供內核工作電壓。集成電路晶片Ull為集成電路晶片U23和U21 提供模擬工作電壓。集成電路晶片U10為整機共享電源。綜上所述，本裝置定安裝在車床頭部卡頭外測，當卡頭還未旋轉時，打開 裝置電源，啟動裝置工作，此時卡頭旋轉，攝像機開始攝像，來自普通攝像機 的視頻信息進入第一信號調理A/D轉換電路,來自數控工具機自身帶的視頻信息 進入第二信號調理A/D轉換電路，分別經過各自調理電路轉化後的數字視頻信 號一併送入專用信號處理邏輯電路，經過專用信號處理邏輯電路內部選擇，使 用哪一路作為處理對象，被選擇的該路信息被送往主控CPU.主控CPU根據人機接口設置，選擇將數據保存在本地非易失存儲機構還是發送至百兆乙太網， 保存在非易失存儲機構的信息將來可能在網絡空閒時被發送至乙太網。
權利要求1、一種數控工具機視頻採集卡裝置，其特徵在於一個來自普通攝像機的模擬電視信號送入第一信號調理A/D轉換電路(1)、一個來自標準VGA設備的VGA模擬視頻信號進入第二信號調理A/D轉換電路(8)，其第一信號調理電路(1)和第二信號調理電路(8)的信號轉化後的數字視頻信號一併送入信號處理邏輯電路(2)，經過邏輯電路(2)處理後，信號數據被送往CPU主控電路(6)，CPU主控電路(6)根據需求，將處理後的數據信號送往本地非易失存儲機構(3)或乙太網絡電路(5)，人機接口電路(4)將人為設置的信息和CPU主控電路(6)進行交互，CPU主控電路(6)連接調試信息輸出電路(7)，調試信息輸出電路(7)與上位機通信，整機共享直流電源變換電路(9)分別給上述電路供電。
2、 根據權利要求1所述的一種數控工具機視頻採集卡裝置，其特徵在於所 述的本地非易失存儲機構(3)包括一個計算機硬碟驅動器接口 (Jl)， 一個 通用CF多媒體存儲卡接口 (J2)及由集成電路晶片(U4、 U5)連接組成接口 信號驅動電路。
3、 根據權利要求1所述的一種數控工具機視頻採集卡裝置，其特徵在於所 述的輸入輸出人機接口電路包括一個集成電路晶片(U3)與按鍵(K1 K8)及 狀態指示燈(LED1 LED8)和擴展輸入輸出接口 (J3)相互連接共同組成輸入 輸出人機接口電路(4)。
4、 根據權利要求1所述的一種數控工具機視頻採集卡裝置，其特徵在於所 述的乙太網絡電路包括收發器集成電路晶片(U6)和CPU主控電路的EMAC模 塊連接共同組成完整的乙太網節點，其中CPU主控電路的主埠連接接口(J4)， 收發器集成電路晶片(U6) —側連接變壓器(Tl)，變壓器(Tl)另一側連接 接口 (J5)，收發器集成電路晶片(U6)還與晶振(Yl)、電容(C35、 C36)連 接組成振蕩電路。
5、 根據權利要求1所述的一種數控工具機視頻採集卡裝置，其特徵在於所述的第一信號調理A/D轉換電路包括一個集成電路晶片(U21)的l腳通過連 接的電容(Cl)、電阻(R64)與擴展接口 (JP7)及晶振器(XT3)和電容(C183) 與集成電路晶片(U21)的32腳連接共同組成第一信號調理A/D轉換電路(1)， 其中電阻(R64、 R66)連接組成阻抗匹配網絡，擴展輸入輸出接口 (J12)與 集成電路晶片(U23)連接組成第二信號調理A/D轉化電路(8)。
6、 根據權利要求1或5所述的一種數控工具機視頻採集卡裝置，其特徵在 於所述的第二信號調理A/D轉化電路(8)包括直流隔離電容(C211)分別與 電晶體(Ql)、電阻(R72， R75， R77)連接共同組成紅色視頻分量信號跟隨緩 衝電路；直流隔離電容(C217)分別與電晶體(Q2)、電阻(R79， R84， R88) 連接組成綠色視頻分量信號跟隨緩衝電路；直流隔離電容(C221)分別與晶體 管(Q3)、電阻(R89， R95， R98)連接組成藍色視頻分量信號跟隨緩衝電路； 高頻抑制電感器(L8、 L9)和電阻(R80, R82， R85， R87)、電容(C216、 C218) 連接共同組成低通濾波電路；由電阻(R73， R76， R78)和電容(C12 C14)連 接組成集成電路晶片(U23)模擬通道輸入阻抗匹配和直流隔離電路；場效應 管(N1， N2)和電阻(R90 R93)連接組成IIC電平轉換電路。
7、 根據權利要求1所述的一種數控工具機視頻採集卡裝置，其特徵在於所 述的調試信息輸出電路包括一個集成電路晶片(U15)與集成電路晶片(U16) 連接，集成電路晶片(U16)與集成電路晶片(U17)連接，其中集成電路晶片(U15)另一端與擴展接口 (JP3)連接，集成電路晶片(U17)另一端與擴展 接口 (JP4)連接組成調試信息輸出電路(7)。
8、 根據權利要求1所述的一種數控工具機視頻採集卡裝置，其特徵在於所 述的整機共享直流電源變換電路，包括一個集成電路晶片(U10)兩端分別並 聯連接有電容(C131、 C132、 C133、 C134)、 一個集成電路晶片(U11)兩端分 別並聯連接有電容(C135、 C136、 C137、 C138)、 一個集成電路晶片(U12)兩端分別並聯連接有電容(C139、 C140、 C141、 C142)和節點上連接電阻R31、 R33、 一個集成電路晶片(U13)兩端分別並聯連接有電容(C143、 C144、 C145、 C146)和節點上連接電阻(R32、 R34)、 一個集成電路晶片(U14) —端的節點上 連接電阻(R35、 R36)、電容(C147)，其電阻(R36)、電容(C147)另一端 分別連接有電感器(L2)、電容(C148、 C149)、 二極體(Dll)共同組成DC/DC 直流變換電路，其中接口 (J6)的1腳與電源開關(SW1)的1腳連接，電源 開關(SW1)的2腳串聯連接有電阻(R37)和通信指示燈(DS3)，磁珠BEAD2 的一端接模擬地，另一端連接在數字地上。
專利摘要本實用新型公開了一種數控工具機視頻採集卡裝置。第一信號調理電路和第二信號調理電路的信號轉化後的數字視頻信號一併送入信號處理邏輯電路，經過邏輯電路處理後，信號數據被送往主控電路，主控電路根據需求，將處理後的數據信號送往本地非易失存儲機構或乙太網絡電路，人機接口電路將人為設置的信息與主控電路進行交互，主控電路連接輸入輸出接口電路，輸入輸出接口電路與上位機通信。該裝置採用百兆乙太網傳輸圖像數據，可以有效地利用現有的網絡，實現異地監管和遙控，節省布線成本，更便於多設備組網，實現全方位視頻採集。同時設備支持本地圖像數據海量存儲，在網絡質量不佳或斷線的情況下，將圖像首先保存下來，待網絡恢復後繼續傳送。
文檔編號H04L12/28GK201174762SQ20082002873
公開日2008年12月31日 申請日期2008年4月2日 優先權日2008年4月2日
發明者娜 袁 申請人:西安易博軟體有限責任公司