專利名稱：基于超小型x86結(jié)構(gòu)的嵌入式工業(yè)計算機的制作方法
基于超小型X86結(jié)構(gòu)的嵌入式工業(yè)計算機
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)計算機的設(shè)計與制造技術(shù)領(lǐng)域，具體的是一種基于超小型X86結(jié)構(gòu)的嵌入式工業(yè)計算機，包括其2. 5英寸主板的設(shè)計和開發(fā)。
背景技術(shù)：
隨著計算機在工業(yè)上應(yīng)用范圍的擴大，使用工業(yè)計算機的領(lǐng)域是越來越多。但是， 由于應(yīng)用環(huán)境相對復(fù)雜，工業(yè)計算機(IPC)與個人電腦(PC)相比被要求具有更高的可靠性和 功能性，在結(jié)構(gòu)上也能更為適應(yīng)各種復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，因此，工業(yè)計算機與個人電腦相比，一般 來說，體積更大，更為笨重，將工業(yè)計算機小型化一直是工控機領(lǐng)域技術(shù)研究的一個方向。目前，基于X86結(jié)構(gòu)的嵌入式工業(yè)計算機主板的尺寸基本上都在3. 5英寸以上，致 使嵌入式工業(yè)計算機的體積也做得較大。但是，車載多媒體、手持智能終端、軍工、儀器儀 表、小型工業(yè)設(shè)備等需要尺寸更小、性能要求較高的嵌入式工業(yè)計算機。要做出小型的嵌入 式工業(yè)計算機，首先需要有能支持它的小型化高性能的工業(yè)計算機主板。而設(shè)計小型化高 性能的工業(yè)計算機主板需要解決的技術(shù)問題包括一是工控機主板的散熱和穩(wěn)定性問題； 二是主板結(jié)構(gòu)的緊湊設(shè)計問題；三是主板EMC電磁兼容性問題；四是主板元器件小型化和 高集成度問題。

發(fā)明內(nèi)容本技術(shù)發(fā)明目的在于，針對目前工業(yè)領(lǐng)域?qū)π⌒突?、高集成度、高性能嵌入式工業(yè) 計算機的巨大需求，提供一種基于超小型X86結(jié)構(gòu)的、采用2. 5英寸主板，集CPU、內(nèi)存、硬 盤、顯示芯片、聲卡、網(wǎng)口、串口等模塊于一體的小型化嵌入式工業(yè)計算機。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種基于超小型X86結(jié)構(gòu)的嵌入式工業(yè)計算機，含有機箱、主板、CPU、內(nèi)存、硬盤、 顯示芯片、聲卡、網(wǎng)口、串口和操作系統(tǒng)，可獨立工作，可外接顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤，其特征是，——采用2. 5英寸主板，主板的結(jié)構(gòu)尺寸為1 IOmmX 72mmX 25mm，顯示芯片采用數(shù) 字多媒體整合型芯片組；—將整合型圖形核心、音頻、內(nèi)存、存儲和HDTV支持集成一體，支持獨立雙顯；——CPU芯片組采用板載VIA Eden ULV CPU和CX700M主芯片組，CPU主頻1. 0GHz， BGA2封裝，板載IGb DDR2內(nèi)存，板載4Gb Flash存儲器，2個SATA 3. OGb/s硬盤接口，AMI BIOS基本輸入輸出系統(tǒng)，支持高級配置和電源管理接口電源管理模式；——采用無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)散熱設(shè)計主板采用緊貼式鋁合金散熱片，將CPU、主芯片組、 板載內(nèi)存、板載Flash硬盤及其他主要芯片設(shè)置于主板與散熱片緊貼面的背面；在散熱片 的左上方設(shè)置LVDS液晶顯示接口，在散熱片的下方設(shè)置以太網(wǎng)口、電源接口、串口、VGA顯 示接口，在散熱片的左邊設(shè)置電池、第一 SATA硬盤接口和第二 SATA硬盤接口?！圆遽樞问剑遢d1個硬盤指示燈，板載1個電源按鈕接口，1個復(fù)位按鈕接□。
所述板載內(nèi)存、板載硬盤的容量能進行相應(yīng)的升級或替換，通過2個SATA硬盤接 口外接和擴展硬盤容量。設(shè)有2個RS-232串口、2個USB接口、1個PS2接口、1個板載10/100Mbps以太網(wǎng) 口、1個板載聲卡(HD Audio)、1個VGA顯示接口、1個LVDS液晶顯示接口，單電源直流6-20V 輸入，支持AT/ATX電源；需要時，通過VGA顯示接口、LVDS液晶顯示接口、串口、USB接口、 PS2、聲卡外設(shè)接口接入顯示、鍵盤、鼠標(biāo)、耳機和其他外圍硬件設(shè)備。
采用16層電路板方式，將各元器件以模塊化分布，提高主板元器件的集成度和整 個系統(tǒng)的EMC電磁兼容性。采用工業(yè)級電子元器件，能在工作溫度為-20°C +60°C，存儲溫度為-40°C +75°C，相對濕度為5% 90%，非凝結(jié)工作環(huán)境中使用。所述的機箱，其尺寸為120mmX SOmmX 40mm，采用不銹鋼材質(zhì)，在機箱正面和四個 側(cè)面中央都開鑿有占據(jù)機箱表面積2/3的魚鱗狀長條形散熱柵孔。一種基于超小型X86結(jié)構(gòu)的嵌入式工業(yè)計算機采用的主板，其特征是，主板的結(jié) 構(gòu)尺寸為110mmX72mmX25mm，采用無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)的散熱片散熱，鋁合金散熱片緊貼主板， CPU、主芯片組、板載內(nèi)存、板載Flash硬盤及其他主要芯片設(shè)置在主板與散熱片緊貼面的 背面，在散熱片的左上方設(shè)置LVDS顯示接口，在散熱片的下方設(shè)置以太網(wǎng)口、電源接口、串 口、VGA顯示接口，在散熱片的左邊設(shè)置電池、第一 SATA硬盤接口和第二 SATA硬盤接口。所述的基于超小型X86結(jié)構(gòu)的嵌入式工業(yè)計算機采用的主板能直接固定于其他 設(shè)備內(nèi)。所述的散熱片占主板面積的三分之二以及三分之二以上。本發(fā)明基于超小型X86結(jié)構(gòu)的嵌入式工業(yè)計算機符合以下標(biāo)準(zhǔn)的要求無線電騷擾限值符合GB9254-1998標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的A級無線電騷擾值的要求；對電磁干擾的抗擾能力符合GB/T17626標(biāo)準(zhǔn)A級抗干擾標(biāo)準(zhǔn)；氣候環(huán)境適合性符合GB/T9813中4. 8. 1中對應(yīng)的級別要求；機械環(huán)境適應(yīng)性中的震動適應(yīng)性、沖擊適應(yīng)性和碰撞適應(yīng)性符合GB/T9813中對 應(yīng)2級別要求；安全性符合GB 4943中1. 7標(biāo)記與說明和2. 3,2. 9電氣結(jié)構(gòu)的要求。本發(fā)明基于超小型X86結(jié)構(gòu)的嵌入式工業(yè)計算機的積極效果是(1)是目前工控機領(lǐng)域內(nèi)主板尺寸最小的一款基于X86結(jié)構(gòu)的嵌入式工業(yè)計算 機；(2)具有很強的處理功能、超低功耗、完備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定可靠的性能，尤其是 具有較強的數(shù)字圖像處理功能；此外，還具有豐富的外設(shè)和功能擴展接口，以及良好的功能 擴展性，支持Windows 2000、Windows XP、LINUX等操作系統(tǒng)；(3)可廣泛應(yīng)用于信息家電、監(jiān)控系統(tǒng)、車載多媒體、安防、儀器儀表、軍事、多媒體 查詢、智能產(chǎn)品等各種嵌入式工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是要求工控機微型化，及環(huán)境條件苛刻的 應(yīng)用場合。

附圖1為本發(fā)明基于超小型X86結(jié)構(gòu)的嵌入式工業(yè)計算機的主板硬件電路原理框圖； 附圖2為本發(fā)明基于超小型X86結(jié)構(gòu)的嵌入式工業(yè)計算機的主板結(jié)構(gòu)布局示意 圖。圖中的標(biāo)識分別為1、液晶顯示接口，2、散熱片，3、以太網(wǎng)口，4、電源接口， 5、串口，6、VGA顯示接口，7、電池，8、第一硬盤接口，9、第二硬盤接口。
具體實施方式以下結(jié)合附圖給出本發(fā)明基于超小型X86結(jié)構(gòu)的嵌入式工業(yè)計算機的具體實施 方式。由于嵌入式工業(yè)計算機的機殼選擇的機會較多，有標(biāo)準(zhǔn)機殼和非標(biāo)機殼，它們可 隨應(yīng)用環(huán)境的不同而進行某些形式的變換，因此在實施中，本發(fā)明主要是解決2. 5英寸主 板的結(jié)構(gòu)和布局，它能與不同形式的機殼配套使用。參見附圖1。一種基于超小型X86結(jié)構(gòu)的嵌入式工業(yè)計算機，采用2. 5英寸主板，含有CPU、南 北橋芯片組、板載內(nèi)存、內(nèi)置硬盤、VGA/LVDS顯示接口、10/100M以太網(wǎng)口(LAN)、硬盤接口 (SATA)、聲卡(HD Audio)、串口 (COM)、接口 (I/O)和USB接口等模塊和接口，其具體配置如 下主板的結(jié)構(gòu)尺寸為IlOmmX 72mmX 25mm ；處理器板載VIA Eden ULV 1. 0GHz，無風(fēng)扇設(shè)計；
CPU 封裝BGA2 封裝；主芯片組VIACX700M ；內(nèi)存板載IGB DDR II內(nèi)存;BIOS =AMI BIOS，支持ACPI先進電源管理功能；顯示接口 一個VGA顯示接口，一個LVDS液晶顯示接口 ；在板LAN :1 個 10/100Mbps 以太網(wǎng) 口 ；在板聲卡板載聲卡(HD Audio)；硬盤接口 2 個 SATA/3. 0Gb/s 接 口 ；板載存儲器板載4G NAND FLASH ；1/0 接口 2 個 RS-232C0M，2 個 USB2. 0 接口，1 個 PS2 接口 ；
電源一個4腳電源接口，單電源直流6 20V輸入；指示燈板載1個電源按鈕接口，1個硬盤指示燈接口，均以插針形式板載；按扭1個復(fù)位按鈕接口，以插針形式板載；存儲溫度-40°C +75°C；工作溫度-20°C +60°C；相對濕度5% 90%，非凝結(jié)；操作系統(tǒng)支持Windows 2000、Windows XP 和 LINUX 操作系統(tǒng)。機箱尺寸為120mmX80mmX40mm，為更好地散熱，可采用Imm厚的不銹鋼材質(zhì)，在 機箱正面和四個側(cè)面中央開鑿占據(jù)機箱表面積2/3的魚鱗狀長條形散熱柵孔。也可根據(jù)應(yīng)用的環(huán)境狀況設(shè)計專門的機箱。參見附圖2。本發(fā)明的主板結(jié)構(gòu)包括CPU、主芯片組、板載內(nèi)存、板載內(nèi)置硬盤等主要芯片，以及 液晶顯示接口 1、散熱片2、以太網(wǎng)口 3、電源接口 4、串口 5、VGA顯示接口 6、電池7、第一硬 盤接口 8和第二硬盤接口 9。為解決主板上元器件的散熱及元器件布局結(jié)構(gòu)緊湊的問題， 本發(fā)明采用了無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)的散熱片散熱，將CPU、主芯片組、板載內(nèi)存、板載內(nèi)置硬盤等主要 芯片置于主板的同一區(qū)域，將散熱片2緊貼CPU、CX700M主芯片組、板載內(nèi)存、板載硬盤等芯 片，最大程度地增加散熱片 2的面積。散熱片2采用鋁合金材質(zhì)的散熱片2，占整個主板面 積的2/3以上。散熱片2的尺寸為99mmX55mmX20mm，并采用彈簧螺絲與電路板機械固定， 提高系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，進行集中散熱。散熱片2也可采用研祥集團新開發(fā)的一種工業(yè)計算機的散熱器其導(dǎo)熱塊由第一 導(dǎo)熱塊(固定部分)和第二導(dǎo)熱塊(活動部分)構(gòu)成，在第一導(dǎo)熱塊的向心面設(shè)有彈簧和 熱管連接結(jié)構(gòu)，在第二導(dǎo)熱塊的上面設(shè)有彈簧、熱管和彈簧連接結(jié)構(gòu)，兩塊導(dǎo)熱塊通過連接 結(jié)構(gòu)能有彈性地結(jié)合，第一導(dǎo)熱塊與計算機外殼固定連接，第二導(dǎo)熱塊通過彈簧結(jié)構(gòu)與主 板充分接觸，使主板上的功率器件能充分散熱。主板電路采用16層電路板方式，各元器件經(jīng)過精心計算后進行布局將CPU、主芯 片組、板載內(nèi)存、板載Flash硬盤等主要芯片置于主板與散熱片2緊貼面的背面，在散熱片 2的左上方設(shè)置LVDS 1，在散熱片2的下方設(shè)置以太網(wǎng)口 3、電源接口 4、串口 5、VGA 6，在 散熱片2的左邊設(shè)置電池7、第一 SATA接口 8和第二 SATA接口 9 ；使本發(fā)明主板上各元器 件的布局更緊湊、集成度更高。通過EMC的一些設(shè)計方案，提高整個系統(tǒng)的EMC電磁兼容性，使整個系統(tǒng)滿足 GB9254-1998和GB/T17626工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的A級無線電抗干擾標(biāo)準(zhǔn)。將Windows或Linux等主流操作系統(tǒng)置于板載Flash硬盤中，并可根據(jù)需要，將應(yīng) 用軟件置于硬盤中，以滿足工業(yè)現(xiàn)場實際控制的需求。
權(quán)利要求
一種基于超小型X86結(jié)構(gòu)的嵌入式工業(yè)計算機，含有機箱、主板、CPU、內(nèi)存、硬盤、顯示芯片、聲卡、網(wǎng)口、串口和操作系統(tǒng)，可獨立工作，可外接顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤，其特征在于——采用2.5英寸主板，主板的結(jié)構(gòu)尺寸為110mm×72mm×25mm，顯示芯片采用數(shù)字多媒體整合型芯片組；——將整合型圖形核心、音頻、內(nèi)存、存儲和HDTV支持集成一體，支持獨立雙顯；——CPU芯片組采用板載VIA Eden ULV CPU和CX700M主芯片組，CPU主頻1.0GHz，BGA2封裝，板載1Gb DDR2內(nèi)存，板載4Gb Flash存儲器，2個SATA 3.0Gb/s硬盤接口，AMI BIOS基本輸入輸出系統(tǒng)，支持高級配置和電源管理接口電源管理模式；——采用無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)散熱設(shè)計主板采用緊貼式鋁合金散熱片，將CPU、主芯片組、板載內(nèi)存、板載Flash硬盤及其他主要芯片設(shè)置于主板與散熱片緊貼面的背面；在散熱片的左上方設(shè)置LVDS液晶顯示接口，在散熱片的下方設(shè)置以太網(wǎng)口、電源接口、串口、VGA顯示接口，在散熱片的左邊設(shè)置電池、第一SATA硬盤接口和第二SATA硬盤接口；——以插針形式，板載1個硬盤指示燈，板載1個電源按鈕接口，1個復(fù)位按鈕接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超小型X86結(jié)構(gòu)的嵌入式工業(yè)計算機，其特征在于，所述 板載內(nèi)存、板載硬盤的容量能進行相應(yīng)的升級或替換，通過2個SATA硬盤接口外接和擴展 硬盤容量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超小型X86結(jié)構(gòu)的嵌入式工業(yè)計算機，其特征在于，設(shè)有 2個RS-232串口、2個USB接口、1個PS2接口、1個板載10/100Mbps以太網(wǎng)口、1個板載聲 卡(HD Audio)、l個VGA顯示接口、1個LVDS液晶顯示接口，單電源直流6-20V輸入，支持 AT/ATX電源；需要時，通過VGA顯示接口、LVDS液晶顯示接口、串口、USB接口、PS2、聲卡外 設(shè)接口接入顯示、鍵盤、鼠標(biāo)、耳機和其他外圍硬件設(shè)備。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超小型X86結(jié)構(gòu)的嵌入式工業(yè)計算機，其特征在于，采用 16層電路板方式，將各元器件以模塊化分布，提高主板元器件的集成度和整個系統(tǒng)的EMC 電磁兼容性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超小型X86結(jié)構(gòu)的嵌入式工業(yè)計算機，其特征在于，采用 工業(yè)級電子元器件，能在工作溫度為-20°C +60°C，存儲溫度為-40°C +75°C，相對濕度 為5 % 90 %，非凝結(jié)工作環(huán)境中使用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超小型X86結(jié)構(gòu)的嵌入式工業(yè)計算機，其特征在于，所述 的機箱，其尺寸為120mmX 80mmX 40mm，采用不銹鋼材質(zhì)，在機箱正面和四個側(cè)面中央都開 鑿有占據(jù)機箱表面積2/3的魚鱗狀長條形散熱柵孔。
7.—種權(quán)利要求1所述的基于超小型X86結(jié)構(gòu)的嵌入式工業(yè)計算機采用的主板，其 特征在于，主板的結(jié)構(gòu)尺寸為110mmX72mmX25mm，采用無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)的散熱片散熱，鋁合金 散熱片緊貼主板，CPU、主芯片組、板載內(nèi)存、板載Flash硬盤及其他主要芯片設(shè)置在主板與 散熱片緊貼面的背面，在散熱片的左上方設(shè)置LVDS顯示接口，在散熱片的下方設(shè)置以太網(wǎng) 口、電源接口、串口、VGA顯示接口，在散熱片的左邊設(shè)置電池、第一 SATA硬盤接口和第二 SATA硬盤接口。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于超小型X86結(jié)構(gòu)的嵌入式工業(yè)計算機采用的主板，其特 征在于，能直接固定于其他設(shè)備內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于超小型X86結(jié)構(gòu)的嵌入式工業(yè)計算機采用的主板，其特 征在于，所述的散熱片占主板面積的三分之二以及三分之二以上。
全文摘要
本發(fā)明基于超小型X86結(jié)構(gòu)的嵌入式工業(yè)計算機，采用2.5英寸主板，顯示芯片采用數(shù)字多媒體整合型芯片組；將圖形核心、音頻、內(nèi)存、存儲和高清電視支持集成一體，支持獨立雙顯；采用板載CPU和主芯片組，CPU主頻1.0GHz，板載1Gb內(nèi)存，板載4Gb存儲器，2個3.0Gb/s硬盤接口，AMI BIOS支持ACPI電源管理模式；采用無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)散熱設(shè)計；可獨立工作，外接顯示器、鼠標(biāo)和鍵盤；本發(fā)明的積極效果是是目前主板尺寸最小的一款嵌入式工業(yè)計算機；有很強的處理功能、超低功耗、完備的系統(tǒng)，性能穩(wěn)定可靠；可廣泛應(yīng)用于多種工業(yè)、軍事領(lǐng)域的嵌入式儀器設(shè)備，尤其是要求工控機微型化，及環(huán)境條件苛刻的應(yīng)用場合。
文檔編號G06F1/16GK101859163SQ20091004903
公開日2010年10月13日 申請日期2009年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月9日
發(fā)明者王小軍 申請人:上海容祥電子技術(shù)有限公司