基于1394图像采集

仪器仪表用户 1.3 红外避障电路 检测元件选用反射式红外传感ST188，其具有以下特点: 采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组 成，检测距离可调范围大，采用非接触检测方式。经实验验证， 在弱光环境下，该电路反应灵敏，无误报，输出波型平滑，具很 好的监测效果。 1.4 红外热释电处理电路 人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长 10vm 左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的 10vm 左右的红外线而进行工作的。人体发射的10vm 左右的 红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外 感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐 射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电 路经检测处理后就能产生报警信号。本文采用热释电传感器 KDSg，配以红外热释电处理芯片BISS厌X)l，可以实现防盗报 警功能。 1.5 烟雾检测模块 MQ一2型气体传感器具有探测范围广泛、高灵敏度、快速 响应恢复、高稳定性、寿命长、驱动电路简单等特点。适宜于液 化气、丁烷、丙烷、甲烷、洒精、氢气、烟雾等的探测，常用于家庭 和工厂可燃气体泄漏检测和报警装置。在传感器正常工作 时，电路输出电压V。随周围环境气体浓度的变化而变化，气 体浓度越大，输出电压V。越大。为更好利用传感器的性能， 电路中RL采用lookn电位器，使其探测灵敏度可调。 工作时，将VO输人单片机，经灯D转换，与设定值比较，当V。 超过设定值时，单片机播放火警语音，当烟雾散开，浓度降低 到一定浓度，Vo 下降到设定值之下，机器人停止报警。 1.6 无线数据收发模块 本文为机器人增加了无线数据收发模块进行无线数据传 输，将当前的状态远程传送，可实现远程报警和控制功能。 2 软件实现 该系统软件采用模块式结构，主要分为两部分:第一部分 为主程序，第二部分为语音播放子程序、避障功能子程序、烟 雾监测子程序、防盗报警子程序、无线收发子程序等。主程序 流程图如图3所示。 口科研设计成果口 图3主程序流程框图 3 结论 经测试机器人能准确的识别各条语音指令，对应指令做 出向前走，后退、左转、右转、跳舞、左右瞄准、发射等动作，并在 动作过程主动避障。在机器人无动作时，当用手靠近机器人， 机器人发出防盗报警;当周围有烟雾时，机器人发出火警报警。 测试表明，机器人各项功能运作良好。口 参考文献 【1」雷思孝，李伯成 ，雷向莉.单片机原理及实用技术一 凌阳16 位单片机原理及应用。西安:西安电子科技大学出版社，2仪峙. 80一197. 【2]李晶皎.嵌人式语音技术及凌阳16位单片机应用.北京:北 京航天航空大学出版社，2003，354一411. 【3」〔日」船仓一郎等(宗光华等译)。机器人创意与制作一机器人 控制电子学.北京:科学出版社，2创)4. 【4〕〔美〕迈克.普瑞德科.(宗光华李大寨译).机器人的控制器 与程序.北京:科学出版社，2沉碎.195一287. 作者简历:赵书朵，女，1982年9月生，现西南石油大学攻读硕士学位. 专业为测试计量技术及仪器。 收稿日期:20()7一11一23《7801) 文章编号:1671一1041【20()8)03一以抖1一03 基于IEEE1394接口的图像传输控制器设计 杨庆勇’，2。刘 方3，张覃平‘ 【1.中国科学院光电技术研究所国家863光束控制重点实验室，四川成都610209; 2.中国科学院研究生院北京，100039 摘要:介绍了一种新型的基于IEEE1394接口的图像数据高速传输方 法。给出了基于FPGA的图像传输控制平台的硬件连线图，以及该平 台的软件编程实现。测试结果表明，该平台可以实现图像数据的高速 传输。 关键词:IEEE1394接口;即GA;图像传输;VHDL 中图分类号二TP274 文献标识码:A DesignofimagecontrolIerbasedonFPGA YANGQing·yong，。2，LIUFan扩，2壬LANGQi。一ping， (1.】此titU抚Of0Pti份andEleCtrooiCS，Chln砚沦Academyof ;3.胜利油田油气集输总厂，257000) SdeuceS，Chengdu，610209，China;2.Gradua扭Sch00IOfthe C】1加撰 Academyofsciences，Beijinglo以)39.Chi皿) Abatract:Anew w即ofimagetransmissionbasedonlEEEl394in- terfsceisintroduced.ThedesignandimPIementationofhardware andsoftwareoftheim如econtrollerisalsogiven.TheeXPeriment resultdemonstratesthatthisPlattormcanrealizethehighSPeed transferotdigitalvideodata. 助ywords:IEEE1394inte血ce:FPGA;digltalvideotransfer;VHDL 随着微机技术的发展，特别视频图像数据对传输实时性 欢迎订阅欢迎撰稿 欢迎发布产品广告信息 EIC VOI.15 2008 N0.3 41 万方数据 口科研设计成果口 要求的提高，对总线带宽的要求越来越高。同时，出于对 化的需求，还必须采用标准接口技术，目的就是为了实现设备 和软件之间的兼容。IEEE13男技术就是在这种情况下应运而生。 IEEE1394是一种与平台无关的高速串行总线，最初由 Ap讨e公司于1987年将其命名为Firewire(火线)，并于1995 年被IEEE正式认可为IEEE1394一1995，2仪旧年又推出 了IEEE1394a一2仪幻规范。其传输数率较高，可提供 looMbp。、ZooMbpo和400Mbps的传输速率，而正在发展中的 IEEE1394b的传输速率可达3.ZGbps。IEEE1394作为一种高 速串行总线，具有如下特点: 高速可升级性:支持looMb/。、ZooMb/。和400Mb/s的传 输速率; 支持点到点传输，即插即用，热插拔; 节点距离最远为4.sm，加上中继器，可达72m; 支持两类事务:等时和异步传输方式; 树型或菊花链拓扑结构; 公平仲裁，线缆供电等。 鉴于IEEE1394的高速传输速率和脱离主机控制的优点， 被广泛应用于大容量数据实时传输的领域，如数码相机和数 字摄像机等。 本文提出了一种基于IEEE1394接口的数字图像传输控 制平台，以FPGA作为核心控制器，实现了带有1394接口的相 机与图像处理平台的通信。 仪器仪表用户 ‘等时传输强调数据的实时性，不同于异步传输那样强调 数据传输的正确性，因此等时传输不需要进行确认，但等时传 输进行的必要条件是从等时资源管理器中获得总线带宽和等 时信道号码。 I IEEE1394传输协议 简要介绍IEEE1394的协议的核心部分:寻址体系，分层 协议栈结构以及两种传输方式:等时传输和异步传输。 1.1 1394的寻址体系 1394总线遵循CSR体系结构，64位固定寻址方式，CSR 寻址结构见图1。其中高16位为节点标识，余下48位作为节 点内部寻址。总容量为248的1394节点空间又分为初始内存 空间、私有空间和初始寄存器空间。 2 硬件电路设计 2.1 器件选择 从系统的稳定性和兼容性考虑，最终选定了TI公司的 Tsbl2lv01b(链路层)和TsMlab3(物理层)两款芯片。即GA 器件选定了xuinx 公司的SPa州Lan系列芯片XCZsZoo - PQ208，该器件具有20万门，56k的BLOCKRam，四个全局 时钟输人端口。另外，两款 SRAM 芯片选取型号为 GS 71108，容量为:128k又8。 2.2 系统硬件结构 平台主要以 FpGA为控制核心，以 Ts汉lab3 和 TsblZlvolb为传输通道，分别完成1394协议栈的物理层功能 和链路层功能，配合输入输出接口和外围电路，构成整个图像 传输系统，系统结构框图见图2。 图像数据首先由数字相机输入，进人物理层之后，由物理 层打包成为1394等时数据包格式，经链路层进人FPGA。FP- GA根据等时数据包事务代码号(OA)检测数据包头，分离出 单纯的图像数据存人SRAM声PGA设计两款SRAM读写“乒 乓操作”，提高图像数据传输的实时性，可以不间断进行数据 传输，同时提取出帧同步信号，与图像数据一起发送到CPCI 接口，进行下一步的图像处理。 图2系统硬件总体结构 曰 C阴体系结构圈 1.2 1394的协议栈结构 1394协议中一共定义了三个协议层:事务层、链路层、物 理层，用于在请求者和响应者之间的数据传输过程中完成相 关服务。其中事务层主要完成异步传输的读、写和锁定操作; 链路层主要实现对等时和异步数据包的寻址、数据校验、分析 等功能，将事务层请求转化为相应的包或子事务，准备发送到 总线上。链路层还提供了等时传输服务;物理层主要为串行 总线的传输提供了实际接口和物理介质。 现在，协议层中的物理层和链路层功能都已经有了单独 的芯片来完成，事务层的设计可以通过主机处理器或其他处 理单元来控制实现。 1.3 传输模式 (1)异步传输模式 异步传输需要确认数据，每个事务有两个基本子事务组 成:请求子事务和响应子事务。异步传输模式一般用于对数 据传输的准确性要求较高的场合。 (2)等时传输模式 2.3 Tsb12lv01b与TsMlab3芯片组接口设计 Tsbl2lv()lb和TsMlab3都是3.3v供电。Tsb12lv()lb是一 款完全支持IEEE1394一1995高性能总线协议芯片，支持等时 和异步数据传输，可以充当循环控制器，产生并检查32位的 CRc校验;具有通用的犯位主机总线接口，内部嵌有中断产 生寄存器、ZkFIFO等功能模块，可以方便实现图像数据的收 发。Ts哄lab3是一款与链路层芯片(Tsbl21v01b)完全兼容的 物理层芯片，主要提供了电气和机械接口，检测总线上设备，可 以实现仲裁总线，数据位的编解码等功能。 物理层与链路层接口连接图见图3，另外，物理层芯片需 要外接24.576MHz晶振，作为1394协议数据包传输的时 钟源。 图 3Tsb12!v01b与Tsb41ab3接口 图4 接收的1394数据包格式 3 系统软件设计 软件设计主要是FPGA设计。系统加电以后，首先由FP- GA对TshlZlvolb的寄存器进行配置，包括控制寄存器工作方 式的设置、开中断、FIFO大小的设置、诊断寄存器读写允许的 设置等。配置完成以后，总线上会依次发生:总线复位、树标 42 EIC VOI.15 2008 N0.3 欢迎光临本刊网站http://，n~w.eiC.COm·Cn 万方数据 仪器仪表用户 识、自标识、仲裁。FPGA读取自标识数据包之后，可以获得对 方节点的PHYes1D，进行下一步的配置相机过程。 FPGA利用内部的BlockRam构造ROM，ROM的初始化数 据为事先破解的相机的控制信号数据。FPGA对RoM的读 写，都是通过寻址方式实现。接收图像模块的实现，采用了 FSM设计，整个模块由中断判断、控制状态数据的读、包头判 断、去除包头等多个状态组成。由于接收的数据是1394等时 数据包的形式，其格式见图4。而存储或者下一步传输需要单 纯的图像数据，因此，在存储图像数据之前必须进行“去除数 据包头，提取图像数据”的操作。由于图像数据是通过等时数 据包传送，而等时数据包的代码标志是“1010”，即“oA”，因此， 可以根据这个标志来判断包头。 Reti笋2(XX)R相机的一帧图像最小为:2(X)xl50xsbit，最 大为16(X)x1200x12bit。FPGA内部的RAM空间无法满足缓 冲图片的要求。设计中采用了两块SRAM，对它们的读写利用 “乒乓操作”，实现了图像数据的快速传输。 输出口为CPCI接口，FPGA把象素时钟(sclk)、行标志 (HS)、场标志(VS)以及数据总线(加一D15)输出到CPCI口， 进行下一步的图像处理。 口科研设计成果口 为核心，成功设计出针对图像处理平台的1394接口卡，实现了 研究室一款国外相机和图像处理平台的通信。而且，该设计 平台对以后逐渐成熟的1394b技术有重要的参考价值，整个硬 件平台可以稍作调整就可以作为1394b的拓展。1394b的传 输速率可以达到1.6Gbps，甚至3.ZGbps。1394作为一种高速 串行总线，在音视频传输领域中的应用前景将更为广泛。口 参考文献 川 IEEE1394协议及接口设计.张大朴等编著.西安电子科技大 学出版社. 仁2〕IEEEStdl394一1995IEEEsland耐 foraHi沙Perlbrmance SeriaIBus. 【3〕徐志军，徐光辉.CPLD/FPGA的开发与应用〔MI.北京:电子 工业出版社，2以)2，1一17. [4]仆B4lAB3.IEEE1394a一2(xX) THREE一PO盯 CABLE TRANSCEIVER/ARBITER. [5]rI’SBl2Lv0lBDataManual IEEEl394一1995High一speedse- rial一Bu。Link一肠yerCon饰ller [6〕竹INS，，RuMENT，仆B12lJV0lB/飞B4lAB3Refer即ce阮hen对ic. 4 结束语 论文以FPGA为控制器，以Tl公司的两款1394协议芯片 作者简介:杨庆勇(1983.3一).男《汉族)，山东菏泽人，硕士研究生。 主要研究方向为数字图像处理。 基金项目:国家863高技术项目资助 收稿日期:2以〕7一11一13(7769) 文章编号:1671一1041(2(X)8)03-(刃43一03 单通道便携式声波/振动探生仪的研制 李 源，周冬梅，肖忠源，郭 勇 (成都理工大学信息学院。成都610059) 摘要:设计和实现了一种用于灾害救援的单通道便携式声波/振动探生 仪。能够实现对地下声/振信号的捕捉、放大功能，并以声音的方式传 送至监听耳机.以供救援队员确定该区域是否有生命存在，为进一步使 用多通道声波/振动探生仪等系统救援设备进行准确、系统的救援提供 可靠的依据，能大大提高救援速度。该设备灵敏度高，体积小.功耗低， 通过实验验证.可用于实际救援和信号探测工作。(该项目获成都理 工大学研究基金支持。) 关键词:探生仪;单通道;重力加速度传感器;便携式 中图分类号二TN98 文献标示码:A Thedesignand加Plcmen扭tionofsingle一channel 脚由blelife exPlorerba义donsoundwave/讨bra柱。 LIYuan，ZHOUDong一mei，XLAOZhong一yuan，GUOYong 《ChengduU川ve川tyofTec腼010群，Chcngdu6loo59.China) AbstraCt:Onekindofsingle一ChannelpertablelifeexPlorer(SC· PLE)basedonsoundwaVe/vib以ionforli资esavjngaffernaturaldis· asterisdesjgnedandimPlemented.!tcolleCtsandamPlifiesvarious vib阁ionsfromthenJinsthensendsthattothemonitoraground，。W· ingtowhich，therescuingteamcanconfirmwhethertherearesurviv· alsundertheruins.ItwouIdoff6rCredibIeevjdenceforthefurther Preciseandsystemresearchandrescue，andcanalsoimProve the efficienCy.TheSCPLEhasahighsensitivity，pertablesizeandlow PowerconsumPtion.TheexPerimentshows thatitcanhelPalotin th6s的传hand沦SCUework. Keywords:lifeexPlorer;single一channel;sensorbasedontheac· celerstionofg『aVity;Portablility 近年来地质灾害、地震、建筑物垮塌以及各类突发事件等 灾害时有发生。当灾害发生时，很多人由于不能及时逃生而被 压埋在废墟内，如何快速高效地进行灾害救助已成为全世界 各国政府正在关心和考虑的一件大事，灾害救助的发展程度 是一个国家先进性的标志。国内外灾后生命救助的事实证明， 对压埋人员救出的速度越快、抢救越及时，生还的可能性就越 大。一般来说，在灾后72小时内是救助被困人员的关键时期， 尤其是对已经确定幸存的人员实施救助是最有效的救援方 法。幸存的人可能会以各种方式发出求救信号，如呼救、击打 等，但这些信号往往由于瓦砾、断垣等的阻挡或者由于呼救者 自身生命垂危等原因而变得十分微弱。因此，为确保在灾难紧 急救援中以最短的时间找到被压埋人员，研究先进的、快速的 灾后救助生命探测技术和设备，尤其是以声波/振动方法进行 快速搜索具有十分重要的意义。 目前，世界各国都在大力研究和开发生命探测与定位技 术和设备。我闰在高新生命探测与定位技术和设备的研制方 面已进行了一定的工作，开发了一些产品，但生产方面还较为 落后，还未形成系列。现在，己经有相关研发部门在进行多通 道的声波/振动探测仪的研究。多通道声/振探生仪需要预先 对搜索区域安装相关设备，用于对被困人员的精确定位，使用 和安装的周期比较长，设备成本较高、体积大、搜索速度较慢。 而单通道声/振探生仪体积小，成本低，便于救援人员随身携 带。在多通道声/振探生仪等系统救援设备使用之前，先用单 通道声/振探生仪探测某区域是否有生命存在，确定有生命存 在的区域，再使用多通道声/振探生仪等系统救援设备进行准 确、系统的救援，这样可以大大提高救援速度。 欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息 EIC V01.15 2008 N0.3 43 万方数据