專(zhuān)利名稱(chēng)：數(shù)據(jù)緩沖式多通道監(jiān)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種監(jiān)控系統(tǒng)，具體地說(shuō)是一種數(shù)據(jù)緩沖式監(jiān)控系統(tǒng)。
(二)
背景技術(shù)：
現(xiàn)在普遍使用的監(jiān)控系統(tǒng)主要有以下幾種
1、 利用LED顯示屏顯示如船舶等裝置的狀況。缺點(diǎn)是顯示信息單調(diào)，不能
顯示視頻信息。
2、 利用能夠顯示視頻信息的視頻監(jiān)視器顯示船舶主舵、翼舵等裝置的情況。 但這種監(jiān)控方式只能單純地顯示圖像信息，不能對(duì)圖像信息進(jìn)行深層次處理，而 且， 一套顯示系統(tǒng)只能顯示一路圖像，不具備分屏顯示多路視頻圖像的功能。
3、 利用基于PC平臺(tái)的監(jiān)控顯示系統(tǒng)。這種系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)顯示主舵、翼舵 等裝置的運(yùn)行情況，并且能夠?qū)D像進(jìn)行深層次分析，同時(shí)能夠顯示多路圖像。 但這種系統(tǒng)需要特殊的視頻采集卡，安裝調(diào)試需要較高知識(shí)水平，而且成本高， 體積龐大，在空間要求嚴(yán)格的裝置上推廣困難。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可靠性高、適用性好的數(shù)據(jù)緩沖式多通道監(jiān)控裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
它包括數(shù)字信號(hào)處理器U1、可編程邏輯器件CPLDU2、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣 列FPGA U3、液晶顯示屏U4、多路選擇開(kāi)關(guān)U5、通信接口 RS232 CAN U6、 GPS信號(hào)板U7、 PC機(jī)U8、 CCD光電轉(zhuǎn)換器U9、視頻解碼器UIO、故障報(bào)警 接口 Ul 1、外部存儲(chǔ)器U12，數(shù)字信號(hào)處理器Ul連接可編程邏輯器件CPLD U2、 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGAU3、多路選擇開(kāi)關(guān)U5、通信接口 RS232 CANU6、故 障報(bào)警接口Ull、外部存儲(chǔ)器U12，可編程邏輯器件CPLDU2連接現(xiàn)場(chǎng)可編程 門(mén)陣列FPGAU3、視頻解碼器U10、外部存儲(chǔ)器U12，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA U3連接液晶顯示屏U4，多路選擇開(kāi)關(guān)U5連接如風(fēng)速傳感器、水流傳感器、溫度傳感器等，通信接口 RS232 CAN U6連接GPS信號(hào)板U7、 PC機(jī)U8， CCD光 電轉(zhuǎn)換器U9連接視頻解碼器UIO。
本發(fā)明還可以包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征
1、 數(shù)字信號(hào)處理器U1采用數(shù)字信號(hào)處理器TMS320C6713芯片，包括 ADC、 MCBSP、 EMIF和eCAN部分，ADC部分連接多路選擇開(kāi)關(guān)U5， MCBSP 部分連接現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGAU3， EMIF部分連接視頻解碼器UIO、故障 報(bào)警接口 Ul 1 、外部存儲(chǔ)器U12， eCAN連接通信接口 RS232 CAN U6。
2、 可編程邏輯器件CPLD U2采用CPLDXC9536XL芯片，對(duì)外部器件起邏 輯控制作用，并且內(nèi)部設(shè)置有系統(tǒng)保護(hù)電路。
3 、通信接口 RS232 CAN U6為CAN 口 。
4、外部存儲(chǔ)器U12為SRAM存儲(chǔ)器。
本發(fā)明中控制信號(hào)是由PC機(jī)通過(guò)通訊接口 U6給定的信號(hào)。
GPS信號(hào)板U7輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)通信接口 RS232 CAN U6輸入到數(shù)字信號(hào)處 理器U1，并且通過(guò)DSP的多功能緩沖串口 (MCBSP)存入DSP的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 中。
由如風(fēng)速、水流、溫度等傳感器采集的信息經(jīng)過(guò)多路選擇開(kāi)關(guān)U5輸入到 A/D轉(zhuǎn)換器件，并且通過(guò)DSP的多功能緩沖串口 (MCBSP)存入DSP的數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器中。
CCD光電轉(zhuǎn)換器U9將視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化成模擬視頻數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的模擬視頻 數(shù)據(jù)再由視頻解碼器U10轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號(hào)，數(shù)字視頻信號(hào)經(jīng)FIFO緩沖，最 后被采集到DSP的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。
對(duì)視頻數(shù)據(jù)采用圖像處理的方法進(jìn)行算法處理，能夠識(shí)別如主舵、翼舵等裝 置是否出現(xiàn)故障，如果發(fā)生故障，故障信息經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器U1輸入到故障 報(bào)警接口Ull，發(fā)出警報(bào)。
PC機(jī)U8模擬如船舶襟翼舵等裝置運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控裝置產(chǎn)生數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包括 主舵參數(shù)、翼舵參數(shù)、海情、加載參數(shù)等，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)通信接口 RS232 CAN U6 輸入到數(shù)字信號(hào)處理器U1的多功能緩沖串口 (MCBSP)，然后經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)可編程 門(mén)陣列FPGAU3處理后由液晶顯示屏U4顯示出來(lái)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果在于將系統(tǒng)各個(gè)模塊的數(shù)據(jù)通過(guò)多通道數(shù)據(jù)緩沖技術(shù) 進(jìn)行處理，最終提供了一套高可靠性、全面實(shí)用的監(jiān)控系統(tǒng)
(1) 以性?xún)r(jià)比高、功耗低的TMS320C6713芯片為核心處理器，通過(guò)擴(kuò)展程序 區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)，使用可快速訪問(wèn)的SRAM和可重復(fù)讀寫(xiě)、掉電保護(hù)的FLASH芯片， 保證系統(tǒng)的可靠性。利用其自身A/D轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)了如風(fēng)速、水流、溫度等數(shù) 據(jù)的采集；利用其自身的多功能緩沖串口 (MCBSP)實(shí)現(xiàn)GPS信號(hào)、風(fēng)速、水 流、溫度等數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。
(2) 采用可編程邏輯器件(CPLD)代替分立邏輯器件和模擬器件，通過(guò)對(duì) CPLD編程實(shí)現(xiàn)的電路集成度高，抗干擾能力強(qiáng)；此外CPLD還完成對(duì)DSP輸 出脈沖的邏輯保護(hù)功能，并對(duì)系統(tǒng)反饋的狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)故障響應(yīng)，保 護(hù)系統(tǒng)；另外，大規(guī)模邏輯可編程器件與小規(guī)模電路邏輯器件比，增加了集成度， 減少了布線(xiàn)密度，提高系統(tǒng)可靠性。
(四)


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)程序流程圖3為本發(fā)明的的可編程邏輯器件的電路原理圖4為本發(fā)明的系統(tǒng)故障報(bào)警電路原理圖5為本發(fā)明的現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA電路原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述
結(jié)合圖l，本發(fā)明包括數(shù)字信號(hào)處理器U1、可編程邏輯器件CPLDU2、現(xiàn) 場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGAU3、液晶顯示屏U4、多路選擇開(kāi)關(guān)U5、通信接口 RS232 CANU6、 GPS信號(hào)板U7、 PC機(jī)U8、 CCD光電轉(zhuǎn)換器U9、視頻解碼器UIO、 故障報(bào)警接口Ull、外部存儲(chǔ)器U12，數(shù)字信號(hào)處理器U1連接可編程邏輯器件 CPLDU2、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGAU3、多路選擇開(kāi)關(guān)U5、通信接口 RS232 CAN U6、故障報(bào)警接口 Ull、外部存儲(chǔ)器U12，可編程邏輯器件CPLD U2連接 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGAU3、視頻解碼器UIO、外部存儲(chǔ)器U12，現(xiàn)場(chǎng)可編程 門(mén)陣列FPGAU3連接液晶顯示屏U4，多路選擇開(kāi)關(guān)U5連接風(fēng)速傳感器、水流 傳感器、溫度傳感器，通信接口 RS232 CAN U6連接GPS信號(hào)板U7、 PC機(jī)U8，
5CCD光電轉(zhuǎn)換器U9連接視頻解碼器UIO。數(shù)字信號(hào)處理器Ul采用數(shù)字信號(hào)處 理器TMS320C6713芯片，包括ADC、 MCBSP、 EMIF和eCAN， ADC部分連 接多路選擇開(kāi)關(guān)U5， MCBSP部分連接現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGAU3， EMIF部 分連接視頻解碼器UIO、故障報(bào)警接口Ull、外部存儲(chǔ)器U12， eCAN連接通信 接口 RS232 CAN U6?？删幊踢壿嬈骷﨏PLD U2采用CPLDXC9536XL芯片，對(duì) 外部器件起邏輯控制作用，并且內(nèi)部設(shè)置有系統(tǒng)保護(hù)電路。通信接口 RS232 CAN U6為CAN 口 。
結(jié)合圖2，本發(fā)明的工作流程為系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，首先從FLASH加載應(yīng)用程 序，然后開(kāi)始運(yùn)行程序，進(jìn)行系統(tǒng)初始化，包括對(duì)DSP時(shí)鐘、串口、 DMA通道、 定時(shí)器及采樣模塊和顯示控制器進(jìn)行初始化，系統(tǒng)開(kāi)始正常工作。當(dāng)視頻數(shù)據(jù)場(chǎng) 中斷發(fā)生時(shí)，啟動(dòng)視頻數(shù)據(jù)中斷服務(wù)子程序，對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并存儲(chǔ)；當(dāng)串 口l中斷發(fā)生時(shí)，啟動(dòng)GPS采集服務(wù)子程序，對(duì)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并存儲(chǔ)；當(dāng) 串口2中斷發(fā)生時(shí)，啟動(dòng)如海況狀態(tài)采集中斷服務(wù)子程序，對(duì)海況狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行 采集并存儲(chǔ)。在軟件設(shè)計(jì)上對(duì)于視頻數(shù)據(jù)采取三幀緩沖區(qū)方法，其中一個(gè)幀緩沖 區(qū)用于實(shí)時(shí)處理及顯示，另兩個(gè)幀緩沖區(qū)用于采集存儲(chǔ)，三個(gè)幀緩沖區(qū)在兩個(gè)狀 態(tài)之間循環(huán)。對(duì)采集的信號(hào)，采用數(shù)據(jù)融合算法對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合處理，數(shù)據(jù) 處理后啟動(dòng)顯示程序，顯示器實(shí)時(shí)顯示；同時(shí)對(duì)視頻數(shù)據(jù)采用圖像處理的方法進(jìn) 行算法處理，能夠識(shí)別主舵、翼舵等裝置是否出現(xiàn)故障，如果發(fā)生故障，啟動(dòng)報(bào) 警程序，發(fā)出警報(bào)。
圖3為本發(fā)明的可編程邏輯器件的電路原理圖，如圖3所示，可編程邏輯器 件U2采用CPLD的XC9536XL芯片，CPLD芯片的2-8腳為PWM6-PWM1輸 出，分別連接電阻R37- R42到+3.3V電源，7腳為PWM的Tl引腳，35腳為PWM 的T2引腳，9腳為DRIVE引腳，10、 23、 31腳接DGND， 15腳為T(mén)DI—CPLD 輸入，30腳為T(mén)DO—CPLD輸出，16腳為T(mén)MS—CPLD引腳，17腳為T(mén)CK—CPLD 引腳，20腳為HV—S引腳，22腳為L(zhǎng)V—S引腳，24腳連接開(kāi)關(guān)S1、電容C48 至IJDGND、連接電阻R103到+3.3V電源，21、 32、 41腳連接+3.3V電源，25-29、 33腳為PWM60、 PWM40、 PWM20、 PWM50、 PWM30和PWMIO引腳，38 腳為IPMF—S引腳，39腳為BREAK引腳，可編程邏輯器件的JTAG-CPLD芯片 的TCK1腳為T(mén)CK—CPLD引腳，GND2腳接DGND， TDI3腳為T(mén)DI—CPLD引源，TMS5腳為T(mén)MS—CPLD引腳，TD09腳為T(mén)DO—CPLD 引腳，電容C54-C56連接+3.3V到DGND。
圖4為本發(fā)明的現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA電路原理圖，如圖4所示，現(xiàn)場(chǎng) 可編程門(mén)陣列FPGA采用XC2S200-5PQ208C芯片，F(xiàn)PGA芯片的12、 26、 39、 53、 65、 92、 105、 117、 130、 144、 150、 170、 184、 198、 208腳為VCC 弓l腳，3腳為FPGA一RST引腳，77腳為IFCLK引腳，80腳為FPGA—CLK引腳， 2腳為T(mén)MS引腳，157腳為T(mén)DO引腳，207腳為T(mén)CK引腳，106腳為PROG引 腳。電容C46-C57連接+2.5V到DGND，電容C58-C73連接+3.3V到DGND。
圖5為本發(fā)明的系統(tǒng)故障報(bào)警電路圖，如圖5所示，輸入信號(hào)母線(xiàn)電壓IPMP 連接電阻R81 、R82到運(yùn)放U8A和運(yùn)放U8B ，連接電阻R83 、電容C35到P—GND， 運(yùn)放U8A連接電阻R74、電容Cl 1到P—GND、電阻R32到VCC+15V，運(yùn)放 U8A的輸出連接電阻R32到VCC+15V、電阻R71到三極管Q5基電極，三極管 Q5共射級(jí)到P一GND、集電極輸出連接電阻R53到01單元，01單元連接電阻 RI4到VCC+5V、輸出連接HV一S過(guò)壓報(bào)警信號(hào)，運(yùn)放U8B連接電阻R55、電 容C12到P—GND、電阻R90到VCC+15V，運(yùn)放U8B的輸出連接電阻R75至lj VCC+15V、電阻R72到三極管Q6基電極，三極管Q6共射級(jí)到P一GND、集電 極輸出連接電阻R54到02單元，02單元連接電阻R16到VCC+5V、輸出連接 LV_S欠壓報(bào)警信號(hào)。
圖5中母線(xiàn)電壓IPMP通過(guò)電阻R81、R82及R83的分壓得到電壓實(shí)際檢測(cè) 電壓Ud, Ud接運(yùn)放LM339的5腳。高壓報(bào)警的基準(zhǔn)電壓通過(guò)+15V電壓由R32 和R74分壓得到，高壓基準(zhǔn)電壓接LM339的4腳。當(dāng)檢測(cè)電壓Ud高于高壓基 準(zhǔn)電壓時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，LM339的2腳輸出高壓使Q5導(dǎo)通，01中通過(guò)電流， 使HV—S過(guò)壓報(bào)警信號(hào)置高，輸出報(bào)警信號(hào)。低壓檢測(cè)Ud接LM339的6腳。 低壓基準(zhǔn)電壓+15V電壓由R90和R55分壓得到，低壓檢測(cè)接LM339的7腳。 當(dāng)檢測(cè)電壓Ud低于低壓基準(zhǔn)電壓時(shí)，LM39的l角輸出高壓，使Q6導(dǎo)通。02 通有電流使LV S欠壓報(bào)警信號(hào)置高，輸出報(bào)警信號(hào)。
權(quán)利要求
1、一種數(shù)據(jù)緩沖式多通道監(jiān)控裝置，它包括數(shù)字信號(hào)處理器(U1)、可編程邏輯器件(U2)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(U3)、液晶顯示屏(U4)、多路選擇開(kāi)關(guān)(U5)、通信接口(U6)、GPS信號(hào)板(U7)、PC機(jī)(U8)、CCD光電轉(zhuǎn)換器(U9)、視頻解碼器(U10)、故障報(bào)警接口(U11)和外部存儲(chǔ)器(U12)，其特征是數(shù)字信號(hào)處理器(U1)連接可編程邏輯器件(U2)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(U3)、多路選擇開(kāi)關(guān)(U5)、通信接口(U6)、故障報(bào)警接口(U11)、外部存儲(chǔ)器(U12)，可編程邏輯器件(U2)連接現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(U3)、視頻解碼器(U10)、外部存儲(chǔ)器(U12)，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(U3)連接液晶顯示屏(U4)，多路選擇開(kāi)關(guān)(U5)連接如風(fēng)速傳感器、水流傳感器、溫度傳感器，通信接口(U6)連接GPS信號(hào)板(U7)、PC機(jī)(U8)，CCD光電轉(zhuǎn)換器(U9)連接視頻解碼器(U10)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的數(shù)據(jù)緩沖式多通道監(jiān)控裝置，其特征是所述的 數(shù)字信號(hào)處理器(Ul)采用數(shù)字信號(hào)處理器TMS320C6713芯片，包括ADC、 MCBSP、 EMIF和eCAN部分，ADC部分連接多路選擇開(kāi)關(guān)(U5) ， MCBSP 部分連接現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(U3) ， EMIF部分連接視頻解碼器(U10)、故 障報(bào)警接口 (U11)、外部存儲(chǔ)器(U12) ， eCAN連接通信接口 (U6)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)緩沖式多通道監(jiān)控裝置，其特征是可編程 邏輯器件(U2)采用CPLDXC9536XL芯片，對(duì)外部器件起邏輯控制作用，并 且內(nèi)部設(shè)置有系統(tǒng)保護(hù)電路。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)據(jù)緩沖式多通道監(jiān)控裝置，其特征是通信接 口(U6)為CAN 口。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)據(jù)緩沖式多通道監(jiān)控裝置，其特征是外部存 儲(chǔ)器(U12)為SRAM存儲(chǔ)器。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種數(shù)據(jù)緩沖式多通道監(jiān)控裝置。數(shù)字信號(hào)處理器(U1)連接可編程邏輯器件(U2)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(U3)、多路選擇開(kāi)關(guān)(U5)、通信接口(U6)、故障報(bào)警接口(U11)、外部存儲(chǔ)器(U12)，可編程邏輯器件(U2)連接現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(U3)、視頻解碼器(U10)、外部存儲(chǔ)器(U12)，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(U3)連接液晶顯示屏(U4)，多路選擇開(kāi)關(guān)(U5)連接如風(fēng)速傳感器、水流傳感器、溫度傳感器，通信接口(U6)連接GPS信號(hào)板(U7)、PC機(jī)(U8)，CCD光電轉(zhuǎn)換器(U9)連接視頻解碼器(U10)。本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)和效果在于將系統(tǒng)各個(gè)模塊的數(shù)據(jù)通過(guò)多通道數(shù)據(jù)緩沖技術(shù)進(jìn)行處理，最終提供了一套高可靠性、全面實(shí)用的監(jiān)控系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H04N7/18GK101510349SQ20091007167
公開(kāi)日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2009年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者楊 劉, 勝 劉, 冰 李, 李高云, 杜春洋 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)