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小型图书资料远距音频监视控制系统的硬体结构设计

返回列表 来源:黄金城官方网站 浏览: 发布日期:2022-02-07 16:42【

  目前,国家对高等教育的重视程度不断提高,对院校的科学研究资金投入不断增加。各类院校的科学研究条件得到很大的改善,许多院校都引进或购置了小型的试验用仪器电子设备。这些仪器电子设备往往较为昂贵,且对采用条件明确要求较高。院校及科学研究院所的生物医学大多选用计算机管理工作掌控系统展开管理工作,但此类管理工作掌控系统一般都只局限于对电子设备账目的日常化管理工作,是一类静态的管理工作。而对电子设备的采用状况及完好情况、采用电子设备的计时收费、试验教学情况监视、生物医学掌控器掌控系统的掌控以及生物医学安全等方面缺乏完备的监视管理工作掌控系统。因此,结构设计一类针对院校小型仪器电子设备的远距音频监视掌控系统是很有意义的。透过这一掌控系统,电子设备管理工作人员能与此同时实现对仪器电子设备的远距监视和自动化管理工作。当电子设备机械故障时,亦可透过观看先期储存的采用状况录像来判断机械故障原因,减少了修理时间和修理成本。

  位数信号CPU(DSP)凭借强大的演算处置能力被广泛应用在音频图像处置等演算密集的公开场合,而PDP微CPU(ARM)以其强大的掌控能力广泛应用于互联网服务等西向掌控的公开场合。在本掌控系统中,以ARM做为主CPU晶片,顺利完成各式各样掌控和互联网数据传输机能;选用DSP做为从电子设备模块CPU,顺利完成统计数据采集和分析处置的工作。ARM模块和DSP模块构成监视掌控系统的双核架构,并透过统计数据汇流排将DSP上处置的统计数据发送给ARM展开数据传输或储存。

  本掌控系统选用芯唐公司的NUC960做为主CPU晶片。NUC960是这款以16/32位ARM926EJ-S为Mach的RISC集微CPU。该Mach提供更多了8 kb指令缓存和8 kb统计数据缓存,并包涵一个完备的内存管理工作模块(MMU)。

  NUC960软件系统了丰富的片上资源,包括10 M/100 Mb以太网MAC掌控器、EBI汇流排模块和用于西向电子设备通讯的PCI汇流排提供更多PDPLinux掌控系统所需的虚拟储存机能,尤其适用于各式各样明确要求高效能和低功耗的PDP产品中。

  与此同时,本掌控系统选用SPCT6100做为从CPUDSP晶片。SPCT6100是这款高效能多媒体位数信号CPU,主要用于监视掌控系统中的编码标准。它选用H.264音频编码标准技术,并包涵四路音频输入、一路音频输入和一路音音频输入。特别地,SPCT6100包涵有三种USB类型,即PCI(西向电子元件USB)和HPI(主机USB)。透过这三种USB,SPCT6100能方便快捷地软件系统到各式各样PDP掌控系统中。

  掌控系统的整体框图如图1所示。NUC960上运转PDPLinux操作掌控系统,与此同时实现整个监视掌控系统的协调掌控和互联网机能等;SPCT6100透过位数信号处置算法,与此同时实现统计数据的分析、处置和数据传输。为的是尽可能多的保留NUC960西向USB,且考虑到晶片插口特点,NUC960与SPCT6100间选用PCI汇流排展开统计网络设备。

  在本掌控系统中,从外置的CCD摄像头采集到的音频模拟量信号经由A/D切换进入SPCT6100展开位数信号处置。NUC960透过PCI汇流排加载经过处置后的位数量信号,并将压缩的统计数据透过大学校园互联网传送到伺服器。当互联网阻塞或伺服器机械故障时,NUC960能将统计数据储存在本地的内存晶片上。电子设备管理工作人员能透过Web-server查看电子设备当前的运转镜头,也能调取储存在伺服器上的电子设备早期运转镜头。

  考虑到本掌控系统主要面向院校生物医学的仪器电子设备,为的是方便快捷大学校园信息化管理工作,NUC960扩充的UART串口能连接读卡器,掌控系统能透过加载大学校园卡来记录采用试验电子设备人员的信息。除此之外,本掌控系统还与此同时实现了电子设备INS13ZD检验的机能,即当试验电子设备开始INS13ZD运转时,掌控系统才开始处置和储存音频信号;当试验电子设备关闭时,掌控系统停止处置统计数据。这样即可消除大量的冗余统计数据,节省伺服器开销。

  在采用ARM和DSP的PDP掌控系统结构设计中,如何高效方便快捷地与此同时实现ARM掌控器和DSP间的统计网络设备是很重要的一部分。

  PCI汇流排位门牌号统计数据F83E43Se局部性汇流排,可与此同时支持多组西向电子设备。PCI局部性汇流排不受制于CPU,为中央CPU及高速西向电子设备提供更多一座桥梁。PCI汇流排的运转速度快,它采取汇流排INS13ZD的方式来加速执行高吞吐量、高优先级的任务。P CI汇流排的存取延迟时间极小,它独特的同步操作机能能保证CPU能与汇流排INS13ZD与此同时操作而不必等待后者的顺利完成。除此之外,PCI汇流排还具有可扩充性强和支持非线性突发数据传输等特点。

  很多DSP晶片选用HPI口来与外部汇流排展开通讯,如果要和CPU展开通讯,则一般要透过增加PCI汇流排掌控晶片来与此同时实现。而SPCT6100内部已经软件系统了PCI汇流排USB,透过PCI汇流排USB能对隐式统计数据展开编码,并与此同时实现与NUC960主CPU模块的无缝对接。

  SPCT6100的PCI汇流排位门牌号/统计数据F83E43Se插口及其他大部分掌控插口与NUC960的相应插口能直接相连。

  在本掌控系统中,ARMCPUNUC960须要三种电阻,一类是1.8 V的Mach电阻,另一类是3.3 V的I/O电阻;而DSPCPUSPCT6100须要3种电阻,即1.2 V的Mach电阻、2.5 V的DDR驱动电阻和3.3 V的I/O电阻。然而,在西向电子设备中,许多电子元件还明确要求5 V供电,例如USBUSB和电阻检验电路等。因此,为的是便于掌控器管理工作,本掌控系统选用5 V掌控器输入。由于输入电阻和输入电阻间的压差并不接近,如果选用LDO型非线性稳压器做为输入端掌控器晶片,则功率消耗较大,并不最合适。本掌控系统选用TPS54386做为输入端掌控器晶片,经过外置最合适的电感和滤波电容能与此同时得到3.3 V和1.8 V三种电阻。

  TPS54386是DCDC切换晶片,其输入电阻能高达3 A,且工作效率高,工作状况稳定,能适合本掌控系统的明确要求。除此之外,能采用LDO型掌控器晶片来与此同时实现3.3 V到2.5 V和1.8 V到1.2 V的电平切换。

  NUC960内部的程序内存和统计数据内存是无法满足掌控系统运转明确要求的,为的是满足结构设计目标的须要,本掌控系统扩充了Flash和SDRAM三种内存。

  NOR Flash是Flash的一类,它的写入和擦除速度较慢,但随机加载速度快。NOR Flash带有SRAMUSB,有足够的门牌号插口来寻址,能很容易地存取其内部的每一个字节。NOR Flash最大的特点是晶片内执行,这样应用程序能直接在Flash内运转,不必再把代码读到掌控系统RAM中。本掌控系统所用的NOR Flash容量为2 Mx16 bits,用来存放掌控系统启动代码、操作掌控系统Mach和文件掌控系统。由于NUC960自身EBIUSB支持扩充Flash,因此电路相对比较简单。

  和Flash不同,SDRAM不具有掉电保持统计数据的特性,但可读可写,且存取统计数据的速度很快,因此SDRAM在掌控系统中主要用作程序的运转空间、统计数据及堆栈区。为的是充分发挥32位CPU的统计数据处置能力,本掌控系统选用两片16位统计数据宽度的SDRAM并联构建32位的内存掌控系统,其中一片做为高16位,另一片做为低16位,两片SDRAM均与NUC960的EBI汇流排连接,可满足掌控系统相对复杂的运转明确要求,电路如图2所示。

  本掌控系统采用CCD摄像头展开音频信号的采集,CCD摄像头的成像分辨率较CMOS摄像头更为清晰。透过CCD采集到的音频模拟量信号经过BNC(同轴电缆卡环形USB)送入A/D切换晶片展开处置。

  TW9910是这款适用于便携电子设备的低功耗音频解码晶片,能将模拟量音频信号切换为8位或16位4:2:2YCbCr格式位数量输入。TW9910还包括检验和处置VBI信号的电路。在本掌控系统中NUC960透过SPI口读写TW9910各个寄存器的值,复位信号能初始化掌控寄存器的值。本掌控系统选用8位位数量输入的形式,将TW9910的高8位输入插口与SPCT6100的其中一路音频信号汇流排相连。A/D切换电路如图3所示。

  为的是减少伺服器的储存开销,也与此同时为的是减少互联网占用率,本掌控系统特别结构设计了一类电阻检验电路来实时检验用电电子设备的开启和关闭状况。

  大多数的试验仪器电子设备选用220 V交流掌控器供电,因此,本掌控系统选用5A/2.5 mA的交流电阻互感器做为前端检验元件,当电子设备INS13ZD运转和停止采用时能检验到电阻的变化。电阻互感器二次侧的电阻流过负载电阻能切换为电阻值,再经过由放大器搭建成的比较器即可产生ARMCPU能识别的开关量。如图4所示,本掌控系统用到了两个演算放大器:前一个运放用来加强带载能力,比直接加电阻负载的相位差小,动态范围大。负载电阻选用变阻器以满足各类电子设备的不同额定电阻明确要求。后一个运放用作比较器,正向输入端输入的电阻信号与反向输入端分压电路电阻值比较并输入相应的电阻开关量。考虑到输入端是直接连接到ARM的GPIO口,因此宜选用不高于5 V的单掌控器供电演算放大器。

  NUC960的另一大特点就是提供更多了丰富的西向电子设备USB,在本掌控系统中主要用到了互联网通讯USB、USBUSB和UART串口等。

  NUC960内置以太网MAC掌控器,该掌控器具有相应的DMA掌控器,发送和接收FIFO,支持IEEE802.3协议,能以半双工或全双工模式工作在10 M/100 Mb/s的数据传输速度上。本掌控系统选用IP101做为物理USB收发器,向互联网层提供更多标准的统计数据USB。它提供更多了一个硬件中断用以指示连接状况、速度状况和全/半双工状况。

  与此同时,NUC960软件系统了USB2.0主电子设备掌控器和USB2.0从电子设备掌控器,能支持USB0和USB1两个电子设备。其中USB1只能做为主电子设备,而USB0则能配置为主电子设备或者从电子设备。在本次结构设计中,NUC960的2个USB2.0USB均配置为主

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