專利名稱：一種嵌入式列車圖像檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種嵌入式列車圖像檢測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)鐵路建設(shè)向高速化的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的依靠列車檢測(cè)員用檢點(diǎn)錘、提燈和扳手等傳統(tǒng)手工工具進(jìn)行人工檢查列車各個(gè)部位的方法已不能適應(yīng)鐵路運(yùn)輸對(duì)日常列車技檢的要求。新一代的列車圖像檢測(cè)系統(tǒng)是采用高速攝像技術(shù)對(duì)運(yùn)行中的列車各部位進(jìn)行快速抓拍，將抓拍的圖像壓縮存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中，列車檢測(cè)員就可以在環(huán)境較好的列車檢測(cè)室通過計(jì)算機(jī)查看相機(jī)所抓拍的圖片來(lái)檢測(cè)列車的安全狀況。目前所使用的列車圖像檢測(cè)系統(tǒng)中采用的相機(jī)大部分是Basler公司的IEEE 1394a接口的相機(jī)A312f，并使用帶有IEEE 1394a接口的工控機(jī)和Windows操作系統(tǒng)來(lái)對(duì)圖像進(jìn)行采集處理。由于IEEE 1394a接口的最高傳輸速率為400Mbps，傳輸線纜長(zhǎng)度為 4. 5米，因此目前的列車圖像檢測(cè)系統(tǒng)存在以下幾個(gè)主要問題(1)由于IEEE 1394a接口的傳輸速率有限，造成相機(jī)的分辨率和幀率受限，無(wú)法滿足高速列車獲取更清晰照片的需要； (2)采用1394接口來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，在傳輸過程中容易受到電磁等各種因素干擾，另外，由于傳輸線纜長(zhǎng)度有限，在列車圖像檢測(cè)應(yīng)用中必須根據(jù)實(shí)際傳輸距離增加中繼，這樣更容易造成相機(jī)掉線以致獲取圖像不全；(3)由于目前的圖像采集處理是采用工控機(jī)和Windows操作系統(tǒng)的方案，所以存在系統(tǒng)復(fù)雜、體積大、易受病毒感染、在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間工作容易出問題等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種傳輸速率更高、降低了系統(tǒng)復(fù)雜性、提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性、且魯棒性優(yōu)異的嵌入式列車圖像檢測(cè)系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種嵌入式列車圖像檢測(cè)系統(tǒng)，包括千兆網(wǎng)相機(jī)(1)、千兆網(wǎng)接口電路(2)、百兆網(wǎng)接口電路(3)、數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)、圖像壓縮電路(5)、串口硬盤(6)、串口硬盤接口電路 (7)、列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀(8)、RS232接口電路(9)、觸發(fā)控制板(10)和服務(wù)器(11)，其中， 數(shù)據(jù)采集與控制電路⑷通過千兆網(wǎng)接口電路(2)、百兆網(wǎng)接口電路(3)、串口硬盤接口電路(7)、RS232接口電路(9)分別與千兆網(wǎng)相機(jī)(1)、服務(wù)器(11)、串口硬盤(6)、列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀⑶相連，觸發(fā)控制板(10)同時(shí)與數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)、列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀⑶相連，圖像壓縮電路(5)同時(shí)與數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)、串口硬盤接口電路(7)相連；
其中，
千兆網(wǎng)接口電路⑵包括千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器(21)、網(wǎng)絡(luò)變壓器(22)、網(wǎng)絡(luò)接口(23)、 狀態(tài)燈顯示電路(24)和電壓保護(hù)電路(25)，其中，千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器(21)、網(wǎng)絡(luò)變壓器(22)、網(wǎng)絡(luò)接口(23)依次相連，千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器(21)的輸出連接狀態(tài)燈顯示電路(M)、輸入連接電壓保護(hù)電路(25)，千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器還與千兆網(wǎng)接口電路接口 (41)相連，網(wǎng)絡(luò)接口 03)與千兆網(wǎng)相機(jī)(1)相連；
數(shù)據(jù)采集與控制電路由相互連接的FPGA和DSP構(gòu)成，其中，F(xiàn)PGA包括有千兆網(wǎng)接口電路接口(41)、串口硬盤接口電路接口(42)、觸發(fā)信號(hào)接口 ^3)，DSP包括有VPORT接口(44)、EMIF接口(45)、UART接口 (46)和百兆網(wǎng)接口 (47)，千兆網(wǎng)接口電路接口 (41)與千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器連接，串口硬盤接口電路接口 G2)與串口硬盤協(xié)議芯片(71)連接，觸發(fā)信號(hào)接口 G3)的輸入與觸發(fā)信號(hào)輸出接口(103)連接，千兆網(wǎng)接口電路接口 Gl) 和觸發(fā)信號(hào)接口的輸出端還均與圖像壓縮電路( 的輸入端連接，VPORT接口 04)和 EMIF接口 05)的輸入端均與圖像壓縮電路(5)的輸出端連接，UART接口 06)的輸入端與 UART收發(fā)器(93)相連，百兆網(wǎng)接口 07)與百兆網(wǎng)接口電路(3)連接；
圖像壓縮電路(5)由依次相連的數(shù)據(jù)輸入接口(51)、數(shù)據(jù)預(yù)處理電路(52)、數(shù)據(jù)緩存與2維DCT變換電路(53)、Zigzag編碼電路(M)、量化電路(55)、霍夫曼編碼電路(56)和碼流并串轉(zhuǎn)換電路(57)構(gòu)成，其中，數(shù)據(jù)輸入接口(51)的輸入端與千兆網(wǎng)接口電路接口 (41)、觸發(fā)信號(hào)接口 03)的輸出端連接，碼流并串轉(zhuǎn)換電路(57)的輸出端與VPORT接口 (44)、EMIF接口 05)和串口硬盤協(xié)議芯片(71)的輸入端連接；
串口硬盤接口電路(7)包括串口硬盤協(xié)議芯片(71)、串口硬盤線的接插件(72)和電壓保護(hù)電路(73)，其中，串口硬盤協(xié)議芯片(71)與電壓保護(hù)電路(73)、碼流并串轉(zhuǎn)換電路 (57)、串口硬盤接口電路接口連接，其輸出與串口硬盤線的接插件m連接，串口硬盤線接插件與串口硬盤(6)連接；
RS232接口電路(9)由依次相連的RS232-A接口(91)、多通道RS232線性驅(qū)動(dòng)/接收器(92)和UART收發(fā)器(93)構(gòu)成，RS232-A接口(91)連接列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀⑶和多通道RS232線性驅(qū)動(dòng)/接收器(9 的輸入端，多通道RS232線性驅(qū)動(dòng)/接收器(9 的輸出端與UART收發(fā)器(93)的接收端連接，UART收發(fā)器(93)的發(fā)送端與UART接口 06)連接；
觸發(fā)控制板(10)包括觸發(fā)信號(hào)輸入接口(101)、FPGA(102)和觸發(fā)信號(hào)輸出接口 (103)，F(xiàn)PGA (102)分別與觸發(fā)信號(hào)輸入接口(101)的輸出端和觸發(fā)信號(hào)輸出接口(103)的輸入端相連。上述電壓保護(hù)電路05)由極性電容、非極性電容和電感組合而成。所述的極性電容、非極性電容、電感分別為IOuF/IOV規(guī)格、0. IuF規(guī)格、IOuH規(guī)格。上述電壓保護(hù)電路(73)僅由非極性電容組成。所述的非極性電容為0. IuF規(guī)格。
本發(fā)明所述系統(tǒng)安裝在鐵軌旁邊的列檢站，當(dāng)列車要達(dá)到列檢站的時(shí)候，列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀⑶檢測(cè)到列車到來(lái)后，千兆網(wǎng)相機(jī)⑴對(duì)運(yùn)行中的列車的各部位進(jìn)行快速抓拍，將抓拍的圖像通過千兆網(wǎng)接口電路O)、數(shù)據(jù)采集與控制電路⑷傳輸?shù)綀D像壓縮電路 (5)，壓縮后的圖像數(shù)據(jù)通過串口硬盤接口電路(7)存儲(chǔ)到串口硬盤(6)中，同時(shí)通過百兆網(wǎng)接口電路(3)以FTP方式上傳到位于列檢中心的服務(wù)器(11)中，工作人員就可以在列檢中心的服務(wù)器(11)上預(yù)覽千兆網(wǎng)相機(jī)(1)拍攝到的圖像，來(lái)檢測(cè)列車的安全狀態(tài)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果
1、本發(fā)明的嵌入式列車圖像檢測(cè)系統(tǒng)采用嵌入式系統(tǒng)替代了現(xiàn)有的工控機(jī)與Windows
5操作系統(tǒng)，克服了基于工控機(jī)和Windows操作系統(tǒng)的列車圖像檢測(cè)系統(tǒng)經(jīng)常死機(jī)且容易中毒的缺陷，從而使列檢員可以在較好的環(huán)境下通過查看所拍圖像來(lái)檢測(cè)列車的安全狀況；
2、與現(xiàn)有的基于 工控機(jī)和Windows操作系統(tǒng)的列車圖像檢測(cè)系統(tǒng)相比，本發(fā)明方法降低了圖像采集處理系統(tǒng)的復(fù)雜性，同時(shí)還降低了成本、體積以及功耗，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；
3、本發(fā)明的嵌入式列車圖像檢測(cè)系統(tǒng)能控制千兆網(wǎng)相機(jī)進(jìn)行圖像采集，并對(duì)采集到的圖像進(jìn)行硬件JPEG壓縮，而且具有網(wǎng)絡(luò)斷線重傳功能，魯棒性好；
4、采用本發(fā)明系統(tǒng)在武漢某鐵路現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明本發(fā)明系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性，采用本發(fā)明系統(tǒng)所獲得的圖像分辨率高達(dá)1400*1024，圖像幀率為60，圖24 25 是采用本發(fā)明系統(tǒng)獲得的列車圖像，從圖中看出所獲得圖像清晰度良好。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2是千兆網(wǎng)接口電路的結(jié)構(gòu)框圖； 圖3是千兆網(wǎng)接口電路中的千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器的電路圖4是千兆網(wǎng)接口電路中的網(wǎng)絡(luò)變壓器、網(wǎng)絡(luò)接口、狀態(tài)燈顯示電路和電壓保護(hù)電路的電路圖5是數(shù)據(jù)采集與控制電路的結(jié)構(gòu)框圖6是數(shù)據(jù)采集與控制電路中的千兆網(wǎng)接口電路與FPGA的接口的電路圖； 圖7是數(shù)據(jù)采集與控制電路中的串口硬盤接口電路與FPGA的接口的電路圖； 圖8是數(shù)據(jù)采集與控制電路中的DSP的VPORT接口的電路圖； 圖9是數(shù)據(jù)采集與控制電路中的DSP的EMIF接口的電路圖； 圖10是圖像壓縮電路的結(jié)構(gòu)框圖11是圖像壓縮電路中的數(shù)據(jù)輸入接口和數(shù)據(jù)預(yù)處理電路的電路圖； 圖12是圖像壓縮電路中的數(shù)據(jù)緩存與二維DCT變換電路的電路圖； 圖13是圖像壓縮電路中的數(shù)據(jù)緩存與二維DCT變換電路的電路圖(續(xù))； 圖14是圖像壓縮電路中的Zigzag編碼電路的電路圖； 圖15是圖像壓縮電路中的量化電路的電路圖； 圖16是圖像壓縮電路中的霍夫曼編碼電路的電路圖； 圖17是圖像壓縮電路中的碼流并串轉(zhuǎn)換電路的電路圖； 圖18是串口硬盤接口電路的結(jié)構(gòu)框圖； 圖19是串口硬盤接口電路的電路圖； 圖20是列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)框圖； 圖21是RS232接口電路的結(jié)構(gòu)框圖； 圖22是RS232接口電路的電路圖； 圖23是觸發(fā)控制板的結(jié)構(gòu)框圖； 圖24是采用本發(fā)明系統(tǒng)檢測(cè)到列車的第1組圖像； 圖25是采用本發(fā)明系統(tǒng)檢測(cè)到列車的第66組圖像；
圖中千兆網(wǎng)相機(jī)(1)、千兆網(wǎng)接口電路(2)、千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器(21)、網(wǎng)絡(luò)變壓器02)、網(wǎng)絡(luò)接口(23)、狀態(tài)燈顯示電路04)、電壓保護(hù)電路05)、百兆網(wǎng)接口電路(3)、數(shù)據(jù)采集與控制電路G)、千兆網(wǎng)接口電路接口 G1)、串口硬盤接口電路接口(42)、觸發(fā)信號(hào)接口 03)、VPORT 接口 04)、EMIF 接口 05)、UART 接口 06)、百兆網(wǎng)接口(47)、圖像壓縮電路(5)、數(shù)據(jù)輸入接口(51)、數(shù)據(jù)預(yù)處理電路(52)、數(shù)據(jù)緩存與2維DCT變換電路(53)、 Zigzag編碼電路(M)、量化電路(55)、霍夫曼編碼電路(56)、碼流并串轉(zhuǎn)換電路(57)、串口硬盤(6)、串口硬盤接口電路(7)、串口硬盤協(xié)議芯片(71)、串口硬盤線的接插件(72)、電壓保護(hù)電路(73)、列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀(8)、RS232接口電路(9)、RS232-A接口 (91)、多通道RS232線性驅(qū)動(dòng)/接收器(92)、UART收發(fā)器(93)、觸發(fā)控制板(10)、觸發(fā)信號(hào)輸入接口 (101)、FPGA (102)、觸發(fā)信號(hào)輸出接口(103)、服務(wù)器(11)。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的嵌入式列車圖像檢測(cè)系統(tǒng)作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。如圖1所示為本發(fā)明的嵌入式列車圖像檢測(cè)系統(tǒng)，包括千兆網(wǎng)相機(jī)(1)、千兆網(wǎng)接口電路O)、百兆網(wǎng)接口電路(3)、數(shù)據(jù)采集與控制電路G)、圖像壓縮電路(5)、串口硬盤(6)、串口硬盤接口電路(7)、列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀(8)、RS232接口電路(9)、觸發(fā)控制板 (10)和服務(wù)器(11)，其中，數(shù)據(jù)采集與控制電路⑷通過千兆網(wǎng)接口電路O)、百兆網(wǎng)接口電路(3)、串口硬盤接口電路(7)、RS232接口電路(9)分別與千兆網(wǎng)相機(jī)(1)、服務(wù)器(11)、 串口硬盤(6)、列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀⑶相連，觸發(fā)控制板(10)同時(shí)與數(shù)據(jù)采集與控制電路 ⑷、列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀⑶相連，圖像壓縮電路(5)同時(shí)與數(shù)據(jù)采集與控制電路、串口硬盤接口電路(7)相連；
其中，
千兆網(wǎng)接口電路⑵包括千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器、網(wǎng)絡(luò)變壓器02)、網(wǎng)絡(luò)接口 03)、 狀態(tài)燈顯示電路04)和電壓保護(hù)電路(25)，其中，千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器01)、網(wǎng)絡(luò)變壓器(22)、網(wǎng)絡(luò)接口依次相連，千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器的輸出連接狀態(tài)燈顯示電路 (M)、輸入連接電壓保護(hù)電路(25)，千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器還與千兆網(wǎng)接口電路接口 (41)相連，網(wǎng)絡(luò)接口 03)與千兆網(wǎng)相機(jī)(1)相連；
數(shù)據(jù)采集與控制電路由相互連接的FPGA和DSP構(gòu)成，其中，F(xiàn)PGA包括有千兆網(wǎng)接口電路接口(41)、串口硬盤接口電路接口(42)、觸發(fā)信號(hào)接口 ^3)，DSP包括有VPORT接口(44)、EMIF接口(45)、UART接口 (46)和百兆網(wǎng)接口 (47)，千兆網(wǎng)接口電路接口 (41)與千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器連接，串口硬盤接口電路接口 G2)與串口硬盤協(xié)議芯片(71)連接，觸發(fā)信號(hào)接口 G3)的輸入與觸發(fā)信號(hào)輸出接口(103)連接，千兆網(wǎng)接口電路接口 Gl) 和觸發(fā)信號(hào)接口的輸出端還均與圖像壓縮電路( 的輸入端連接，VPORT接口 04)和 EMIF接口 05)的輸入端均與圖像壓縮電路(5)的輸出端連接，UART接口 06)的輸入端與 UART收發(fā)器(93)相連，百兆網(wǎng)接口 07)與百兆網(wǎng)接口電路(3)連接；
圖像壓縮電路(5)由依次相連的數(shù)據(jù)輸入接口(51)、數(shù)據(jù)預(yù)處理電路(52)、數(shù)據(jù)緩存與2維DCT變換電路(53)、Zigzag編碼電路(M)、量化電路(55)、霍夫曼編碼電路(56)和碼流并串轉(zhuǎn)換電路(57)構(gòu)成，其中，數(shù)據(jù)輸入接口(51)的輸入端與千兆網(wǎng)接口電路接口 (41)、觸發(fā)信號(hào)接口 03)的輸出端連接，碼流并串轉(zhuǎn)換電路(57)的輸出端與VPORT接口(44)、EMIF接口(45)和串口硬盤協(xié)議芯片(71)的輸入端連接；
串口硬盤接口電路(7)包括串口硬盤協(xié)議芯片(71)、串口硬盤線的接插件(72)和電壓保護(hù)電路(73)，其中，串口硬盤協(xié)議芯片(71)與電壓保護(hù)電路(73)、碼流并串轉(zhuǎn)換電路 (57)、 串口硬盤接口電路接口(42)連接，其輸出與串口硬盤線的接插件(72)連接，串口硬盤線接插件(72)與串口硬盤(6)連接；
RS232接口電路(9)由依次相連的RS232-A接口(91)、多通道RS232線性驅(qū)動(dòng)/接收器(92)和UART收發(fā)器(93)構(gòu)成，RS232-A接口(91)連接列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀⑶和多通道RS232線性驅(qū)動(dòng)/接收器(92)的輸入端，多通道RS232線性驅(qū)動(dòng)/接收器(92)的輸出端與UART收發(fā)器(93)的接收端連接，UART收發(fā)器(93)的發(fā)送端與UART接口(46)連接；
觸發(fā)控制板(10)包括觸發(fā)信號(hào)輸入接口(101)、FPGA(102)和觸發(fā)信號(hào)輸出接口 (103)，F(xiàn)PGA (102)分別與觸發(fā)信號(hào)輸入接口(101)的輸出端和觸發(fā)信號(hào)輸出接口(103)的輸入端相連。1、千兆網(wǎng)接口電路(2)
千兆網(wǎng)接口電路(2)能控制和調(diào)整千兆網(wǎng)相機(jī)(1)的工作模式、幀率、曝光時(shí)間、 增益等參數(shù)，并且能接收千兆網(wǎng)相機(jī)(1)拍攝的圖像數(shù)據(jù)和發(fā)送相機(jī)命令，千兆網(wǎng)接口電路(2)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，千兆網(wǎng)接口電路(2)的各組成部分的具體電路圖如圖;Γ4 所示。在本實(shí)施例中，千兆網(wǎng)接口電路(2)中的千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器(21)選用 88E1111-RCJ型號(hào)的網(wǎng)絡(luò)芯片；網(wǎng)絡(luò)變壓器(22)選用LF9202A型號(hào)的芯片；網(wǎng)絡(luò)接口(23) 選用RJ45網(wǎng)絡(luò)接插件；狀態(tài)燈顯示電路(24)中的指示燈選用LED ；電壓保護(hù)電路(25)是由極性電容、非極性電容和電感組合而成，其中，極性電容選用IOuF/IOV規(guī)格，非極性電容選用0. IuF規(guī)格，電感選用IOuH規(guī)格，電壓保護(hù)電路(25)有兩個(gè)，分別為電壓保護(hù)電路(25a) 和電壓保護(hù)電路(25b)，具體電路如圖4所示，電壓保護(hù)電路(25a)連接2. 5V直流電源并同時(shí)接地，電壓保護(hù)電路(25b)連接1. 2V直流電源并同時(shí)接地。網(wǎng)絡(luò)接口(23)與LF9202A 芯片的 P13、P14、P16、P17、P19、P20、P22、P23 端口連接；LF9202A 型號(hào)芯片的 P12、P11、P9、 P8、P6、P5、P3、P2 端口分別與 88E1111-RCJ 型號(hào)芯片的 MDI_0_P、MDI_0_N、MDI_1_P、MDI_1_ N、MDI_2_P、MDI_2_N、MDI_3_P、MDI_3_N 端口 連接；88E1111-RCJ 型號(hào)芯片的 5 個(gè)輸出引腳 LED_TX、LED_RX、LED_LINK100、LED_LINK1000、LED_DUPLEX 與狀態(tài)燈顯示電路(24)連接，從而可顯示千兆網(wǎng)接口電路(2)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和工作方式，其中，千兆網(wǎng)接口電路(2)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)包括網(wǎng)絡(luò)通與不通，工作方式包括IOM網(wǎng)、100M網(wǎng)和千兆網(wǎng)等工作方式；88E1111-RCJ型號(hào)芯片的 GTXCLK、TX_CLK、TXEN、TXER、TXD0 7、RXCLK, RXDV, RXER、RXD0 7、CRS, COL、MDC, MDIO、INTn端口與數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)的千兆網(wǎng)接口電路接口(41)連接(圖5所示)， 從而可以實(shí)現(xiàn)千兆網(wǎng)圖像數(shù)據(jù)的接收和千兆網(wǎng)相機(jī)的命令控制。千兆網(wǎng)接口電路(2)通過外接晶振提供時(shí)鐘信號(hào)，千兆網(wǎng)接口電路⑵所接的外接晶振頻率為25MHz，經(jīng)FPGA的鎖相環(huán)倍頻為125MHz的工作頻率。在本實(shí)施例中千兆網(wǎng)接口電路(2)可實(shí)現(xiàn)的最高傳輸速率為 656. 25Mbps。2、百兆網(wǎng)接口電路(3)
百兆網(wǎng)接口(47)通過百兆網(wǎng)接口電路(3)與服務(wù)器(11)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，其可以通過TCP/IP協(xié)議傳送壓縮后的圖像碼流給服務(wù)器(11)，使得服務(wù)器(11)能實(shí)時(shí)預(yù)覽圖像；也可以通過FTP協(xié)議傳送壓縮后的圖像文件給服務(wù)器(11)，便于以后的故障檢測(cè)。本實(shí)施例中所采用的百兆網(wǎng)接口 G7)和百兆網(wǎng)接口電路C3)是現(xiàn)有技術(shù)中已有的，具體實(shí)施方法可參考DM642型DSP的技術(shù)手冊(cè)。3、數(shù)據(jù)采集與控制電路
數(shù)據(jù)采集與控制電路⑷分別與千兆網(wǎng)接口電路O)、百兆網(wǎng)接口電路(3)、圖像壓縮電路(5)、串口硬盤接口電路(7)、RS232接口電路(9)、觸發(fā)控制板(10)連接，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)與千兆網(wǎng)接口電路( 連接實(shí)現(xiàn)千兆網(wǎng)圖像數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)與百兆網(wǎng)接口電路C3)連接實(shí)現(xiàn)將壓縮文件上傳給服務(wù)器(11)，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)與圖像壓縮電路( 連接實(shí)現(xiàn)將圖像數(shù)據(jù)傳輸給圖像壓縮電路( 從而進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)與串口硬盤接口電路(7)連接實(shí)現(xiàn)將壓縮碼流傳輸給串口硬盤接口電路(7)從而將數(shù)據(jù)存盤，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)與RS232接口電路(9)連接用來(lái)接收列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀(8)傳過來(lái)的命令，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)與觸發(fā)控制板(10)連接用來(lái)接收列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀(8)傳過來(lái)的觸發(fā)信號(hào)。其結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示，各組成部分的具體電路圖如圖6、所示。本實(shí)施中數(shù)據(jù)采集與控制電路⑷是由FPGA 和DSP來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，F(xiàn)PGA選用的是ALTERA公司的EP2S60F1020C5N型FPGA芯片，DSP選用的是美國(guó)德州儀器公司(Tl)的TMS320DM642型DSP芯片，千兆網(wǎng)接口電路接口 (41)、串口硬盤接口電路接口 G2)和觸發(fā)信號(hào)接口 G3)在同一個(gè)FPGA芯片上，VPORT接口(44)、 EMIF接口(45)、UART接口(46)、百兆網(wǎng)接口 07)與FPGA芯片相連。4、圖像壓縮電路⑶
圖像壓縮電路(5)的結(jié)構(gòu)框圖如圖10所示，其各組成部分的具體電路圖如圖1廣17所示。本實(shí)施例中的圖像壓縮電路(5)也是由FPGA實(shí)現(xiàn)，其各個(gè)子電路模塊的實(shí)現(xiàn)按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)JPEG編碼算法完成，工作頻率為100MHz，由FPGA的鎖相環(huán)倍頻輸出。數(shù)據(jù)采集與控制電路⑷向數(shù)據(jù)輸入接口(51)提供復(fù)位信號(hào)pRST、時(shí)鐘信號(hào)clk_100M、行有效信號(hào)LVAL、 數(shù)據(jù)有效信號(hào)Data_clk和圖像數(shù)據(jù)Cam_Data[7. . 0]，碼流并串轉(zhuǎn)換電路(57)與VPORT接口 04)和EMIF接口 05)連接，如圖7、所示，從而可將壓縮后的碼流傳給DSP。本實(shí)施例中的圖像壓縮電路(5)最高能實(shí)現(xiàn)每秒60幀、每幀140萬(wàn)像素黑白相機(jī)圖像數(shù)據(jù)壓縮的電路。5、串口硬盤接口電路(7)
串口硬盤接口電路(7)的結(jié)構(gòu)框圖如圖18所示，圖19是其具體電路圖。串口硬盤接口電路⑵能將圖像壓縮電路(5)壓縮后的圖像數(shù)據(jù)存入串口硬盤(6)，也可以讀取串口硬盤(6)中的圖像數(shù)據(jù)并將讀取的圖像數(shù)據(jù)上傳給數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)。本實(shí)施例中，串口硬盤協(xié)議芯片(71)選用JM20330型號(hào)芯片，串口硬盤線的接插件(72)選用直插式接插件，電壓保護(hù)電路(73)僅由非極性電容組成，且非極性電容選用0. IuF規(guī)格的，具體如圖19 所示。串口硬盤線的接插件(72)通過引腳A+、A-、B+、B-分別與JM20330型號(hào)芯片的TXP、 TXN、RXP、RXN端口連接，電壓保護(hù)電路(73)連接3. 3V直流電源并接地，JM20330型號(hào)芯片的 ATA_DD0 15、RESETn, DMARQ, DIOWn、DIORn、IORDY, DMACK, INTRQ、DA0 2、CSOn, CSln 端口與串口硬盤接口電路接口 G2)連接，從而實(shí)現(xiàn)串口硬盤的讀寫，圖像數(shù)據(jù)通過串口硬盤線最高能以SOMBps的速度實(shí)時(shí)存入串口硬盤(6)。串口硬盤協(xié)議芯片(71)的外接晶振為25MHz，經(jīng)FPGA的鎖相環(huán)倍頻為125MHz的串口硬盤存儲(chǔ)工作頻率。6、列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀(8)
列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀(8)能實(shí)現(xiàn)采圖觸發(fā)發(fā)生功能和串口命令發(fā)送功能，其結(jié)構(gòu)框圖如圖20所示。本實(shí)施例中列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀(8)由觸發(fā)發(fā)生模塊和命令發(fā)生模塊組成， 其中，觸發(fā)發(fā)生模塊與 觸發(fā)控制板(10)的觸發(fā)信號(hào)輸入接口(101)連接，命令發(fā)生模塊與 RS232 接口電路(9)的 RS232-A 接口(91)連接。7、RS232 接口電路(9)
RS232接口電路(9)能接收列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀(8)發(fā)出的接車開始、接車結(jié)束和千兆網(wǎng)相機(jī)參數(shù)控制命令，其中，千兆網(wǎng)相機(jī)參數(shù)控制命令包括對(duì)相機(jī)曝光時(shí)間、增益等參數(shù)的控制，上述參數(shù)由列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀⑶發(fā)出，然后通過RS232接口電路(9)將參數(shù)發(fā)送至數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)將接收到的參數(shù)數(shù)據(jù)通過千兆網(wǎng)相機(jī)接口(2)發(fā)給千兆網(wǎng)相機(jī)(1)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)相機(jī)參數(shù)的更改。RS232接口電路(9)的結(jié)構(gòu)框圖如圖21所示，其具體電路圖如圖22所示。本實(shí)施例中，RS232-A接口(91)采用母頭串口接插件，多通道RS232線性驅(qū)動(dòng)/接收器(92)采用MAX3243C型號(hào)芯片，UART收發(fā)器 (93)采用 TL16C752B 型號(hào)芯片，其晶振為 29. 4912 MHz。RS232-A 接口(91)與 MAX3243C 型號(hào)芯片的引腳 TlOUT、T20UT、T30UT、R1IN、R2IN、R3IN、R4IN、R5IN 連接，MAX3243C 型號(hào)芯片通過引腳 T1IN、T2IN、T3IN、RlOUT, R20UT、R30UT、R40UT、R50UT 分別與 TL16C752B 芯片
的引腳JIIS4、TXA、5Si、^i、
IsEl > RXA、^^、;iii連接；TL16C752B 芯片通過引腳 D0 7、Α(Γ2、^1、RESET、Μ 、
iOJR 、jLS /)E4、:aaDZ4 與 UART 接口 (46)連接。8、觸發(fā)控制板(10)
觸發(fā)控制板(10)能將單脈沖觸發(fā)輸入轉(zhuǎn)換為雙脈沖觸發(fā)輸出，便于觸發(fā)線較長(zhǎng)時(shí)消除信號(hào)毛刺，以達(dá)到精確控制觸發(fā)數(shù)量的目的，其結(jié)構(gòu)框圖如圖23所示。9、服務(wù)器(11)
工作人員可以通過服務(wù)器(11)接收J(rèn)PEG圖像碼流，實(shí)時(shí)解碼并預(yù)覽圖像，還可以通過百兆網(wǎng)接口電路⑶向數(shù)據(jù)采集與控制電路⑷發(fā)送命令，改變相機(jī)的曝光時(shí)間、增益等設(shè)置。本實(shí)施例中服務(wù)器(11)采用配置為因特爾酷睿雙核CPU(15-480)、1TB硬盤、4GB內(nèi)存、Windows Server 2003操作系統(tǒng)、具備百兆網(wǎng)接口、安裝了 Serv-U軟件，在Serv-U軟件中設(shè)定用戶名等信息，并指定圖像存放目錄。下面將詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的嵌入式列車圖像檢測(cè)系統(tǒng)的工作過程
本發(fā)明所述系統(tǒng)安裝在鐵軌旁邊的列檢站，當(dāng)列車要達(dá)到列檢站的時(shí)候，列車進(jìn)/ 出站檢測(cè)儀(8)檢測(cè)到鋪設(shè)于鐵軌的磁鋼信號(hào)，通過命令發(fā)生模塊的串口發(fā)出一個(gè)字節(jié) (OxFF)的接車開始命令給RS232接口電路(9)，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)接收到RS232接口電路(9)傳來(lái)的開始命令后，通過千兆網(wǎng)相機(jī)接口電路(2)開啟千兆網(wǎng)相機(jī)(1)，同時(shí)，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)通過百兆網(wǎng)接口電路(3)、并采用FTP通信協(xié)議在服務(wù)器(11)的某路徑下新建一個(gè)以當(dāng)前日期和當(dāng)前時(shí)間為目錄名的2級(jí)子目錄。在列車通過列檢站的過程中，即接車過程中，列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀(8)會(huì)不斷地檢測(cè)到磁鋼信號(hào)從而通過觸發(fā)發(fā)生模塊發(fā)出脈沖觸發(fā)信號(hào)給觸發(fā)控制板(10)。由于鐵軌離列車檢測(cè)室較遠(yuǎn)，觸發(fā)線較長(zhǎng)，容易使列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀(8)發(fā)出的脈沖觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生毛刺，觸發(fā)控制板(10)將收到的單脈沖觸發(fā)信號(hào)通過FPGA(102)轉(zhuǎn)換為有一定時(shí)間間隔的雙脈沖觸發(fā)信號(hào)，并將雙脈沖觸發(fā)信號(hào)發(fā)送給數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)，數(shù)據(jù)采集與控制電路 (4)每收到一個(gè)雙脈沖觸發(fā)信號(hào)就通過千兆網(wǎng)相機(jī)接口電路O)向千兆網(wǎng)相機(jī)(1)傳送抓拍一幀圖像的信號(hào)，千兆網(wǎng)相機(jī)(1)將抓拍后的圖像數(shù)據(jù)通過千兆網(wǎng)相機(jī)接口電路(2)上傳給數(shù)據(jù)采集與控制電路G)，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)將接收到的圖像數(shù)據(jù)通過圖像壓縮電路( 進(jìn)行JPEG壓縮，形成壓縮圖像碼流，該圖像碼流通過串口硬盤接口電路(7)存入串口硬盤(6)，同時(shí)，圖像壓縮電路( 將壓縮圖像碼流回傳給圖像數(shù)據(jù)采集與控制電路 (4)，碼流加上JPEG文件頭和JPEG文件尾后形成JPEG圖像文件，該圖像文件通過百兆網(wǎng)接口電路(3)，以FTP協(xié)議傳輸?shù)搅袡z中心的服務(wù)器(11)建立的2級(jí)子目錄中。當(dāng)列車離開列檢站的時(shí)候，列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀⑶檢測(cè)到鋪設(shè)于鐵軌的磁鋼信號(hào)，通過檢測(cè)儀上的命令發(fā)生模塊的串口發(fā)出一個(gè)字節(jié)(OxFD)的接車結(jié)束命令給RS232接口電路(9)，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)接收到RS232接口電路(9)傳來(lái)的結(jié)束命令后，通過千兆網(wǎng)相機(jī)接口電路⑵關(guān)閉千兆網(wǎng)相機(jī)(1)。在列車到達(dá)列檢站之前和離開列檢站之后，還可以通過服務(wù)器(11)進(jìn)行圖像實(shí)時(shí)預(yù)覽來(lái)檢查相機(jī)擺放位置是否正確、并可測(cè)試網(wǎng)絡(luò)和相機(jī)的工作狀態(tài)。圖像實(shí)時(shí)預(yù)覽的工作過程為服務(wù)器(11)通過百兆網(wǎng)接口電路C3)發(fā)送相機(jī)開啟命令給數(shù)據(jù)采集與控制電路G)，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)通過千兆網(wǎng)相機(jī)接口電路( 開啟千兆網(wǎng)相機(jī)(1)，采集與控制電路(4)通過百兆網(wǎng)接口電路C3)通過TCP/IP協(xié)議傳送壓縮后的圖像碼流給服務(wù)器(11)，服務(wù)器(11)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)解碼并預(yù)覽圖像。本發(fā)明所述系統(tǒng)在工作的時(shí)候，由于震動(dòng)或連接不當(dāng)可能存在網(wǎng)線松動(dòng)，從而導(dǎo)致接車過程中的圖像文件未能成功上傳到服務(wù)器(11)中。但由于已將壓縮圖像碼流通過串口硬盤接口電路(7)存入串口硬盤(6)，因此可以由服務(wù)器(11)通過百兆網(wǎng)接口電路 (3)發(fā)命令給數(shù)據(jù)采集與控制電路G)，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)通過串口硬盤接口電路 (7)讀取串口硬盤(6)中的圖像碼流數(shù)據(jù)，圖像碼流加上JPEG文件頭和JPEG文件尾后形成 JPEG圖像文件，將得到的圖像文件通過百兆網(wǎng)接口電路(3)，以FTP協(xié)議傳輸?shù)搅袡z中心的服務(wù)器(11)建立的2級(jí)子目錄中，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)斷線重傳功能。采用本發(fā)明的嵌入式列車圖像檢測(cè)系統(tǒng)在武漢某鐵路現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)過兩年多時(shí)間的運(yùn)行，本發(fā)明系統(tǒng)均能穩(wěn)定工作，且測(cè)試效果良好。圖對(duì)和圖25是2009年9月2 日在鐵路現(xiàn)場(chǎng)由5個(gè)相機(jī)在某列車通過時(shí)獲取的該列車第1組和第66組圖像，從圖中看出圖像清晰良好。表1為本發(fā)明系統(tǒng)和現(xiàn)有的基于工控機(jī)的列車圖像檢測(cè)系統(tǒng)的比較表，從表中可以看出，本發(fā)明系統(tǒng)更簡(jiǎn)便、具有更小的體積、更低的功耗、優(yōu)異的系統(tǒng)穩(wěn)定性、更高的輸出速率，采用本發(fā)明系統(tǒng)可以獲得更清晰的圖像。 表1本發(fā)明系統(tǒng)和基于工控機(jī)的列車圖像檢測(cè)系統(tǒng)的比較
權(quán)利要求
1.一種嵌入式列車圖像檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括千兆網(wǎng)相機(jī)⑴、千兆網(wǎng)接口電路⑵、百兆網(wǎng)接口電路⑶、數(shù)據(jù)采集與控制電路⑷、 圖像壓縮電路(5)、串口硬盤(6)、串口硬盤接口電路(7)、列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀(8)、RS232 接口電路(9)、觸發(fā)控制板(10)和服務(wù)器(11)，其中，數(shù)據(jù)采集與控制電路(4)通過千兆網(wǎng)接口電路O)、百兆網(wǎng)接口電路(3)、串口硬盤接口電路(7)、RS232接口電路(9)分別與千兆網(wǎng)相機(jī)(1)、服務(wù)器(11)、串口硬盤(6)、列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀(8)相連，觸發(fā)控制板 (10)同時(shí)與數(shù)據(jù)采集與控制電路G)、列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀⑶相連，圖像壓縮電路(5)同時(shí)與數(shù)據(jù)采集與控制電路G)、串口硬盤接口電路(7)相連；所述的千兆網(wǎng)接口電路( 包括千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器(21)、網(wǎng)絡(luò)變壓器(22)、網(wǎng)絡(luò)接口(23)、狀態(tài)燈顯示電路04)和電壓保護(hù)電路05)，其中，千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器01)、網(wǎng)絡(luò)變壓器(22)、網(wǎng)絡(luò)接口依次相連，千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器的輸出連接狀態(tài)燈顯示電路(M)、輸入連接電壓保護(hù)電路(25)，千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器(21)還與千兆網(wǎng)接口電路接口 Gl)相連，網(wǎng)絡(luò)接口 03)與千兆網(wǎng)相機(jī)(1)相連；所述的數(shù)據(jù)采集與控制電路由相互連接的FPGA和DSP構(gòu)成，其中，F(xiàn)PGA包括千兆網(wǎng)接口電路接口 01)、串口硬盤接口電路接口(42)、觸發(fā)信號(hào)接口 ^3)，DSP包括有VPORT 接口(44)、EMIF接口(45)、UART接口 06)和百兆網(wǎng)接口(47)，千兆網(wǎng)接口電路接口與千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器連接，串口硬盤接口電路接口 G2)與串口硬盤協(xié)議芯片(71) 連接，觸發(fā)信號(hào)接口的輸入與觸發(fā)信號(hào)輸出接口(10 連接，千兆網(wǎng)接口電路接口 (41)和觸發(fā)信號(hào)接口 G3)的輸出端均與圖像壓縮電路(5)的輸入端連接，VPORT接口 04) 和EMIF接口 05)的輸入端均與圖像壓縮電路(5)的輸出端連接，UART接口 06)的輸入端與UART收發(fā)器(93)相連，百兆網(wǎng)接口 07)與百兆網(wǎng)接口電路(3)連接；所述的圖像壓縮電路(5)由依次相連的數(shù)據(jù)輸入接口(51)、數(shù)據(jù)預(yù)處理電路(52)、數(shù)據(jù)緩存與2維DCT變換電路(53)、Zigzag編碼電路(54)、量化電路(55)、霍夫曼編碼電路 (56)和碼流并串轉(zhuǎn)換電路(57)構(gòu)成，其中，數(shù)據(jù)輸入接口(51)的輸入端與千兆網(wǎng)接口電路接口(41)、觸發(fā)信號(hào)接口連接，碼流并串轉(zhuǎn)換電路(57)的輸出端與VPORT接口 04)、 EMIF接口 05)和串口硬盤協(xié)議芯片(71)連接；所述的串口硬盤接口電路⑵包括串口硬盤協(xié)議芯片(71)、串口硬盤線的接插件(72) 和電壓保護(hù)電路(73)，其中，串口硬盤協(xié)議芯片(71)與電壓保護(hù)電路(73)、碼流并串轉(zhuǎn)換電路(57)、串口硬盤接口電路接口 0 連接，其輸出與串口硬盤線的接插件(7 連接，串口硬盤線接插件與串口硬盤(6)連接；所述的RS232接口電路(9)由依次相連的RS232-A接口(91)、多通道RS232線性驅(qū)動(dòng) /接收器(92)和UART收發(fā)器(93)構(gòu)成，RS232-A接口(91)連接列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀⑶ 和多通道RS232線性驅(qū)動(dòng)/接收器(9 的輸入端，多通道RS232線性驅(qū)動(dòng)/接收器(92) 的輸出端與UART收發(fā)器(93)的接收端連接，UART收發(fā)器(93)的發(fā)送端與UART接口 06) 連接；所述的觸發(fā)控制板(10)包括觸發(fā)信號(hào)輸入接口(101)、FPGA(102)和觸發(fā)信號(hào)輸出接口(103)，F(xiàn)PGA (102)分別與觸發(fā)信號(hào)輸入接口(101)的輸出端和觸發(fā)信號(hào)輸出接口(103) 的輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式列車圖像檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的電壓保護(hù)電路0 由極性電容、非極性電容和電感組合而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的嵌入式列車圖像檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的極性電容、非極性電容、電感分別為IOUF/IOV規(guī)格、0. IuF規(guī)格、IOuH規(guī)格。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的嵌入式列車圖像檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于 所述的電壓保護(hù)電路(7 僅由非極性電容組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的嵌入式列車圖像檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于 所述的非極性電容為0. IuF規(guī)格。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種嵌入式列車圖像檢測(cè)系統(tǒng)，包括千兆網(wǎng)相機(jī)、千兆網(wǎng)接口電路、百兆網(wǎng)接口電路、數(shù)據(jù)采集與控制電路、圖像壓縮電路、串口硬盤、串口硬盤接口電路、列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀、RS232接口電路、觸發(fā)控制板和服務(wù)器，其中，數(shù)據(jù)采集與控制電路通過千兆網(wǎng)接口電路、百兆網(wǎng)接口電路、串口硬盤接口電路、RS232接口電路分別與千兆網(wǎng)相機(jī)、服務(wù)器、串口硬盤、列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀相連，觸發(fā)控制板同時(shí)與數(shù)據(jù)采集與控制電路、列車進(jìn)/出站檢測(cè)儀相連，圖像壓縮電路同時(shí)與數(shù)據(jù)采集與控制電路、串口硬盤接口電路相連。與傳統(tǒng)的列車圖像檢測(cè)系統(tǒng)相比，本發(fā)明降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性、成本、體積和功耗，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并具有優(yōu)異的魯棒性。
文檔編號(hào)H04N7/18GK102158377SQ20111005593
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月8日
發(fā)明者夏巧橋, 宋冬立, 張青林, 李婕, 石文軒, 陳曦, 黃騰 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)