采用fpga實現(xiàn)位運算的高速噴繪機控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】采用FPGA實現(xiàn)位運算的高速噴繪機控制系統(tǒng)，包括母板、小車板和PC機，所述母板和所述小車板之間通過LVDS連接，所述母板和所述PC機之間通過網(wǎng)口和/或USB連接；所述母板以MCU為核心，所述MCU上連接有PC通訊模塊、小車板通訊模塊、FPGA、步進(jìn)電機控制模塊和供墨系統(tǒng)控制模塊；所述小車板以單片機為核心，所述單片機上連接有母板通訊模塊、電壓調(diào)整模塊和噴頭通訊模塊；所述小車板通訊模塊與所述母板通訊模塊利用LVDS連接實現(xiàn)所述母板與所述小車板的信息互通。本發(fā)明明顯地提高了運算速度，同時打印速度也可以明顯提高。
【專利說明】采用FPGA實現(xiàn)位運算的高速噴繪機控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及噴繪【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及采用FPGA實現(xiàn)位運算的高速噴繪機控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，市場上高品質(zhì)影像輸出、彩色渲染圖輸出、展覽廣告設(shè)計、地理信息系統(tǒng)圖輸出、大幅面海報打印、戶外看板制作等業(yè)務(wù)的需求量劇增，導(dǎo)致廣告業(yè)和印刷業(yè)對大幅面彩色噴繪機有著很大的需求，具備噴繪質(zhì)量精美、操作靈活、價格低廉、出圖速度快、噴繪模式多樣以及能夠提供戶內(nèi)、戶外等方式的噴繪設(shè)備更是炙手可熱。目前市場上應(yīng)用的噴繪機一般是3.2米或5米，主要應(yīng)用在廣告行業(yè)上，用于大型戶外廣告。噴繪機系統(tǒng)實現(xiàn)噴繪的過程是:PC主機負(fù)責(zé)發(fā)送控制命令和需要噴繪的圖像數(shù)據(jù)；噴繪機負(fù)責(zé)接收和執(zhí)行PC機發(fā)來的控制命令，并接收PC機發(fā)來的圖像數(shù)據(jù)，將圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后送到噴頭，在合適時機命令噴頭做點火動作，打印出廣告圖像。
[0003]但是現(xiàn)在的噴繪機控制系統(tǒng)多存在如下缺陷:1.市面上的國產(chǎn)噴繪機控制系統(tǒng)都把圖像處理放到PC機上來完成，母板要么插在PC機的插槽上，要么MCU處理能力很弱(最好的是用ARM 9)，國際上的高端產(chǎn)品則是由母板來完成圖像處理功能，國內(nèi)達(dá)不到這個條件；2.市面上產(chǎn)品都由CPU完成圖像處理，位計算處理速度比較慢；3.利用硬件控制邏輯可以隨噴頭溫度變化調(diào)整噴頭點火電壓，這是行業(yè)內(nèi)的一般做法，有時會出現(xiàn)實際電壓和目標(biāo)電壓有明顯偏差的情況；4.多個PASS之間，由于機械運轉(zhuǎn)總有偏差，造成兩個PASS的點出現(xiàn)重合或者分離的現(xiàn)象，從畫面上宏觀來看，即產(chǎn)生了所謂的“PASS道”；5.對橫向或者縱向空白區(qū)域，會出現(xiàn)空噴，打印速度太慢。
[0004]綜上所述，有必要對噴繪機控制系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化改進(jìn)，以提高其性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供采用FPGA實現(xiàn)位運算的高速噴繪機控制系統(tǒng)，從而解決上述【背景技術(shù)】中的問題。
[0006]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
采用FPGA實現(xiàn)位運算的高速噴繪機控制系統(tǒng)，包括母板、小車板和PC機，所述母板和所述小車板之間通過LVDS連接，所述母板和所述PC機之間通過網(wǎng)口和/或USB連接；所述母板以MCU為核心，所述MCU上連接有PC通訊模塊、小車板通訊模塊、FPGA、步進(jìn)電機控制模塊和供墨系統(tǒng)控制模塊；所述小車板以單片機為核心，所述單片機上連接有母板通訊模塊、電壓調(diào)整模塊和噴頭通訊模塊；所述小車板通訊模塊與所述母板通訊模塊利用LVDS連接實現(xiàn)所述母板與所述小車板的信息互通。
[0007]作為一種改進(jìn)，所述MCU采用了行業(yè)內(nèi)性能優(yōu)異的嵌入式MCU ARM-Cortex_A8，和ARM9、ARM11相比，其體系結(jié)構(gòu)完全不同，性能有了明顯的提高，最大可達(dá)2400MIPS。操作系統(tǒng)采用定制的嵌入式實時Linux，集成了實時操作系統(tǒng)模塊，并可以支持復(fù)雜軟件和各種外設(shè)接口。
[0008]作為一種改進(jìn)，所述PC機與所述母板之間采用千兆網(wǎng)絡(luò)和USB3.0，其中USB3.0最大速率可到5Gbps。市面上產(chǎn)品以支持USB2.0為主。
[0009]作為一種改進(jìn)，所述電壓調(diào)整模塊采用自反饋式電壓調(diào)整控制邏輯，通過檢測電壓的實際值和目標(biāo)值是否一致，如果不一致，通過反饋電路調(diào)整電壓，增大電壓精準(zhǔn)程度。從而，徹底解決了其它系統(tǒng)因溫度等外界因素造成的斷墨煩惱。
[0010]本發(fā)明中，為了降低PC通訊模塊和MCU之間的通訊壓力，采用了 一種流水線式的壓縮、解壓縮算法，壓縮比70%，壓縮速率530Mbps，解壓速度500Mbps。
[0011]本發(fā)明的噴頭通訊模塊采用多PASS打印，多PASS打印就是同一塊區(qū)域的不同點，分成多次來打印。一個PASS即小車在軌道上水平移動并打印的過程，各個PASS打印的點，是不會重復(fù)的，這樣，多PASS能夠成倍增加分辨率。對于每個噴嘴來說，間隔噴的效果也要好于滿噴，所以，增加PASS也可以提高打印效果。由于相同的區(qū)域分到多個PASS來處理了，還可以減輕由于噴嘴堵塞造成的斷線情況。
[0012]本發(fā)明的噴頭通訊模塊采用羽化處理以消除PASS道。多個PASS之間，由于機械運轉(zhuǎn)總有偏差，造成兩個PASS的點出現(xiàn)重合或者分離的現(xiàn)象，從畫面上宏觀來看，即產(chǎn)生了所謂的“PASS道”。為了消除PASS道，我們引入了羽化技術(shù)，即將前后兩個PASS打印的區(qū)域進(jìn)行一定的重合，并將重合的區(qū)域的點分配到不同的PASS中去。分配的算法是，如果越靠近上一個PASS的區(qū)域，則分配點的比例越多，類似于Photoshop里的羽化(邊緣為羽毛狀)。
[0013]本發(fā)明的噴頭通訊模塊縱向/橫向跳白，提高打印速度:如果發(fā)現(xiàn)橫向或者縱向空白區(qū)域，則可以跳過不打，比起空噴，可以明顯提高打印速度。
[0014]本發(fā)明中，所述FPGA完成圖像處理里面的旋轉(zhuǎn)位運算，非常明顯地提高了運算速度。市面上產(chǎn)品都由CPU完成圖像旋轉(zhuǎn)處理，軟件實現(xiàn)的位計算處理速度比較慢。用FPGA實現(xiàn)圖像處理的位運算的原理是:在FPAG中設(shè)一組MCU可訪問的麗寄存器，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備還后，旋轉(zhuǎn)使能啟動位運算，只需一個時鐘節(jié)拍即可完成圖像處理的位旋轉(zhuǎn)，結(jié)果存入一組新的MM寄存器中。MCU將旋轉(zhuǎn)后的數(shù)據(jù)結(jié)果回讀。這種方式要比純軟件實現(xiàn)的圖像旋轉(zhuǎn)位遠(yuǎn)算，速度要快！
由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益效果:
本發(fā)明針對噴繪機控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，解決了高速圖像文件傳輸、壓縮/解壓縮、嵌入式高速圖像處理、硬件旋轉(zhuǎn)算法、多PASS圖像打印、羽化處理、雙向跳白等關(guān)鍵技術(shù)難題，明顯地提高了運算速度，同時打印速度也可以明顯提高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的原理框圖；
圖2為母板的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為小車板的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0016]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0017]參見圖1、圖2和圖3，采用FPGA實現(xiàn)位運算的高速噴繪機控制系統(tǒng)，包括母板1、小車板2和PC機3，所述母板I和所述小車板2之間通過LVDS連接，所述母板I和所述PC機3之間通過網(wǎng)口和USB連接；所述母板I以MCU 4為核心，所述MCU 4上連接有PC通訊模塊5、小車板通訊模塊6、FPGA 7、步進(jìn)電機控制模塊8和供墨系統(tǒng)控制模塊9 ;所述小車板2以單片機10為核心，所述單片機10上連接有母板通訊模塊11、電壓調(diào)整模塊12和噴頭通訊模塊13 ;所述小車板通訊模塊6與所述母板通訊模塊11利用LVDS連接實現(xiàn)所述母板I與所述小車板2的信息互通。
[0018]本發(fā)明中，所述MCU 4采用了行業(yè)內(nèi)性能優(yōu)異的嵌入式MCU ARM-Cortex_A8，和ARM9、ARM11相比，其體系結(jié)構(gòu)完全不同，性能有了明顯的提高，最大可達(dá)2400MIPS。操作系統(tǒng)采用定制的嵌入式實時Linux，集成了實時操作系統(tǒng)模塊，并可以支持復(fù)雜軟件和各種外設(shè)接口。
[0019]本發(fā)明中，所述PC機3與所述母板I之間采用千兆網(wǎng)絡(luò)和USB3.0，其中USB3.0最大速率可到5Gbps。而市面上產(chǎn)品以支持USB2.0為主。
[0020]本發(fā)明中，所述電壓調(diào)整模塊12采用自反饋式電壓調(diào)整控制邏輯，通過檢測電壓的實際值和目標(biāo)值是否一致，如果不一致，通過反饋電路調(diào)整電壓，增大電壓精準(zhǔn)程度。從而，徹底解決了其它系統(tǒng)因溫度等外界因素造成的斷墨煩惱。
[0021 ] 本發(fā)明中，為了降低PC通訊模塊5和MCU 4之間的通訊壓力，采用了 一種流水線式的壓縮、解壓縮算法，壓縮比70%，壓縮速率530Mbps，解壓速度500Mbps。
[0022]本發(fā)明采用多PASS打印，多PASS打印就是同一塊區(qū)域的不同點，分成多次來打印。一個PASS即小車在軌道上水平移動并打印的過程，各個PASS打印的點，是不會重復(fù)的，這樣，多PASS能夠成倍增加分辨率。對于每個噴嘴來說，間隔噴的效果也要好于滿噴，所以，增加PASS也可以提高打印效果。由于相同的區(qū)域分到多個PASS來處理了，還可以減輕由于噴嘴堵塞造成的斷線情況。
[0023]本發(fā)明采用羽化處理以消除PASS道。多個PASS之間，由于機械運轉(zhuǎn)總有偏差，造成兩個PASS的點出現(xiàn)重合或者分離的現(xiàn)象，從畫面上宏觀來看，即產(chǎn)生了所謂的“PASS道”。為了消除PASS道，我們引入了羽化技術(shù)，即將前后兩個PASS打印的區(qū)域進(jìn)行一定的重合，并將重合的區(qū)域的點分配到不同的PASS中去。分配的算法是，如果越靠近上一個PASS的區(qū)域，則分配點的比例越多，類似于Photoshop里的羽化(邊緣為羽毛狀)。
[0024]本發(fā)明縱向/橫向跳白，提高打印速度:如果發(fā)現(xiàn)橫向或者縱向空白區(qū)域，則可以跳過不打，比起空噴，可以明顯提高打印速度。
[0025]本發(fā)明中，所述FPGA完成圖像處理里面的旋轉(zhuǎn)運算，非常明顯地提高了運算速度。市面上產(chǎn)品都由CPU完成圖像處理，位計算處理速度比較慢。
[0026]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征及本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.采用FPGA實現(xiàn)位運算的高速噴繪機控制系統(tǒng)，包括母板、小車板和PC機，其特征在于:所述母板和所述小車板之間通過LVDS連接，所述母板和所述PC機之間通過網(wǎng)口和/或USB連接；所述母板以MCU為核心，所述MCU上連接有PC通訊模塊、小車板通訊模塊、FPGA、步進(jìn)電機控制模塊和供墨系統(tǒng)控制模塊；所述小車板以單片機為核心，所述單片機上連接有母板通訊模塊、電壓調(diào)整模塊和噴頭通訊模塊；所述小車板通訊模塊與所述母板通訊模塊利用LVDS連接實現(xiàn)所述母板與所述小車板的信息互通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用FPGA實現(xiàn)位運算的高速噴繪機控制系統(tǒng)，其特征在于:所述FPAG中設(shè)至少兩組MCU可訪問的MM寄存器；其中一組用以存儲原圖像數(shù)據(jù)，F(xiàn)PAG完成圖像處理的位旋轉(zhuǎn)，結(jié)果存入一組新的MM寄存器中；MCU將旋轉(zhuǎn)后的圖像數(shù)據(jù)結(jié)果回讀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用FPGA實現(xiàn)位運算的高速噴繪機控制系統(tǒng)，其特征在于:所述MCU采用了嵌入式MCU ARM-Cortex-A8。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用FPGA實現(xiàn)位運算的高速噴繪機控制系統(tǒng)，其特征在于:所述PC機與所述母板之間采用千兆網(wǎng)絡(luò)和USB3.0。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用FPGA實現(xiàn)位運算的高速噴繪機控制系統(tǒng)，其特征在于:所述電壓調(diào)整模塊采用自反饋式電壓調(diào)整控制邏輯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用FPGA實現(xiàn)位運算的高速噴繪機控制系統(tǒng)，其特征在于:所述PC通訊模塊和MCU之間采用了一種流水線式的壓縮、解壓縮算法。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用FPGA實現(xiàn)位運算的高速噴繪機控制系統(tǒng)，其特征在于:所述噴頭通訊模塊采用多PASS打印。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用FPGA實現(xiàn)位運算的高速噴繪機控制系統(tǒng)，其特征在于:所述噴頭通訊模塊采用羽化處理以消除PASS道。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用FPGA實現(xiàn)位運算的高速噴繪機控制系統(tǒng)，其特征在于:所述噴頭通訊模塊采取縱向/橫向跳白的打印方式。
【文檔編號】G06F3/12GK103660640SQ201210357897
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月24日
【發(fā)明者】羅鐵庚 申請人:長沙八思量信息技術(shù)有限公司