李 偉，張公永

（1.山東東華水泥有限公司 山東 淄博 255144；2.濱州學(xué)院 山東 濱州 256600）

基于S3C2410A的嵌入式織物密度檢測(cè)裝置研究

李 偉1，張公永2

（1.山東東華水泥有限公司 山東 淄博 255144；2.濱州學(xué)院 山東 濱州 256600）

針對(duì)目前我國(guó)紡織行業(yè)中測(cè)量織物密度存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、出錯(cuò)率高、靈活性差等問題，在嵌入式技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出一種基于ARM的嵌入式織物密度檢測(cè)裝置，利用純數(shù)學(xué)計(jì)算測(cè)量織物密度，這樣不僅大大減少軟件運(yùn)算量，還可擺脫P(yáng)C機(jī)限制。經(jīng)實(shí)驗(yàn)對(duì)比測(cè)試，該檢測(cè)裝置測(cè)量織物密度準(zhǔn)確度較高。

ARM；織物密度；攝像頭；圖像處理；Linux

織物密度檢測(cè)是紡織品質(zhì)量檢測(cè)不可或缺的環(huán)節(jié)之一，是指測(cè)定10 cm長(zhǎng)紡織品的經(jīng)緯線根數(shù)[1]。我國(guó)紡織行業(yè)普遍采用織物密度鏡進(jìn)行測(cè)試，但這種方法是人眼測(cè)量，存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、出錯(cuò)率高、效率低的問題，受主觀因素影響，亟須改進(jìn)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)紡織品密度計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量均有一定研究，如文獻(xiàn)[2-4]，但是織物密度的測(cè)量軟件只能在PC機(jī)上運(yùn)行，使得測(cè)量受到很大制約。這里以ARM920T內(nèi)核的S3C2410A作為嵌入式微處理器，外圍擴(kuò)展各種嵌入式模塊，在其上移植嵌入式操作系統(tǒng)Linux，設(shè)計(jì)一種脫離PC機(jī)運(yùn)行的嵌入式織物密度檢測(cè)裝置，使得織物密度測(cè)量擺脫P(yáng)C機(jī)限制，降低測(cè)量成本。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

嵌入式密度織物密度檢測(cè)裝置的硬件設(shè)計(jì)是以S3C2410A作為控制核心，并包括外圍擴(kuò)展圖像采集、存儲(chǔ)、液晶顯示、電源等模塊。圖1為該檢測(cè)裝置的硬件設(shè)計(jì)框圖。

圖1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖

圖像采集模塊[5]采用45萬像素的黑白數(shù)字CCD攝像頭拍攝織物圖片，生成768×576的8位bmp格式圖片，通過USB接口傳輸?shù)絊3C2410A進(jìn)行處理。影響成像質(zhì)量的關(guān)鍵是鏡頭和照明，鏡頭必須滿足畸變小和視場(chǎng)大的要求。這里選用12 mm焦距鏡頭。在鏡頭前面套上一個(gè)長(zhǎng)4 cm，直徑5 cm的圓柱形空心遮光罩，下端開口，上端有直徑2.5 cm的孔，可以套入鏡頭。內(nèi)孔周圍均勻分布6個(gè)直徑5 mm的大角度白光LED，輸入電壓為3 V，能夠提供比較均勻的照明。將織物平放在桌面上，遮光罩蓋在織物上，計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行拍攝[6]。

該檢測(cè)裝置系統(tǒng)擴(kuò)展一片SST39VF1601作為系統(tǒng)外部ROM，用于存儲(chǔ)系統(tǒng)的啟動(dòng)代碼和智能監(jiān)護(hù)應(yīng)用程序。SST39VF1601是SST公司的1 MB×16的CMOS多用途 Flash ROM。該程序存儲(chǔ)模塊電路的讀寫操作采用2.7～3.6 V的單一電源，可擦寫100 000個(gè)周期，數(shù)據(jù)能夠保存100年，能檢測(cè)寫結(jié)束操作。其接口電路如圖2所示。

在完成系統(tǒng)的初始化后，程序代碼一般應(yīng)在SDRAM中運(yùn)行，以提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度；同時(shí)，系統(tǒng)及用戶堆棧、運(yùn)行數(shù)據(jù)也放在RAM中，以供快速的讀、寫操作。從實(shí)際需要和成本考慮，該系統(tǒng)采用Hynix公司的HY57V651620作為系統(tǒng)SDRAM。圖3為HY57V651620與S3C2410A的接口電路。

由于系統(tǒng)存儲(chǔ)攝像頭發(fā)送來的圖像數(shù)據(jù)，因此，該檢測(cè)裝置系統(tǒng)應(yīng)擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。SD卡是一種大容量、性價(jià)比高、體積小、訪問接口簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)器。S3C2410A微控制器已提供SD主機(jī)控制器接口，該SD卡驅(qū)動(dòng)電路只需將這些接口相應(yīng)接到SD卡卡座即可。圖4給出SD卡與S3C2410A的接口電路。

圖2 SST39VF1601與S3C2410A接口電路

圖3 HY57V651620與S3C2410A的接口電路

圖4 SD卡與S3C2410A接口電路

該檢測(cè)裝置的顯示模塊顯示織物密度數(shù)值，S3C2410A有專門的顯示控制器，只需連接相應(yīng)的控制線和地址線即可。鍵盤電路設(shè)計(jì)兩個(gè)獨(dú)立按鍵，負(fù)責(zé)采集啟動(dòng)和顯示控制。由于按鍵較少，以使用S3C2410A的GPIO實(shí)現(xiàn)獨(dú)立式按鍵，每個(gè)按鍵占用一個(gè)GPIO引腳，通過判斷引腳的電平狀態(tài)確定按鍵是否按下。而對(duì)于電源、時(shí)鐘和復(fù)位電路設(shè)計(jì)，由于S3C2410A需1.8 V的內(nèi)核供電，3.3 V的存儲(chǔ)供電,以及3.3 V的外部I/O供電，并有4組電源輸入：數(shù)字3.3 V、數(shù)字1.8 V、模擬 3.3 V和模擬1.8 V。便攜式設(shè)備 。一般采用3 V電池供電系統(tǒng)供電，因而以上4組電源要通過3 V電池供電的電源變換得到，所以采用 MAX1703、SPX1117M3-3.3和SPX1117M3-1.8設(shè)計(jì)電源模塊。圖5為+3 V到+5 V的電源轉(zhuǎn)換電路。

圖5 +3 V到+5 V電源轉(zhuǎn)換電路

該系統(tǒng)采用12 MHz晶體為S3C2410A提供系統(tǒng)時(shí)鐘，通過S3C2410A內(nèi)部集成的時(shí)鐘控制邏輯產(chǎn)生系統(tǒng)所需的不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)；另一個(gè)32.768 kHz時(shí)鐘用于實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）工作，提供年、月、日、時(shí)、分、秒的日期時(shí)間信息。該電路主要完成系統(tǒng)上電復(fù)位和系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)用戶的按鍵復(fù)位功能，有助于用戶調(diào)試程序。這里選用MAX708型復(fù)位電路。

2 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是以嵌入式Linux為基礎(chǔ)的。嵌入式Linux采用 Samsung公司提供的 MiziLinux，其內(nèi)核版本為Kernel-2.4.18。監(jiān)控系統(tǒng)軟件部分主要包括：Linux的移植、攝像頭驅(qū)動(dòng)程序和織物密度檢測(cè)程序。

2.1 Linux的移植

Linux的移植已有很多介紹，如文獻(xiàn)[5-6]，在此不再贅述。Linux內(nèi)核版本經(jīng)裁減、移植，編譯生成的內(nèi)核在S3C2410A處理器上成功運(yùn)行，且保留Linux工作穩(wěn)定的特點(diǎn)，制作的根文件系統(tǒng)可通過Ramdisk方式正常加載到內(nèi)核。

2.2 攝像頭驅(qū)動(dòng)程序

由于Linux的用戶比較少，所以很多攝像頭廠商都沒有提供在Linux下的驅(qū)動(dòng)程序。嵌入式系統(tǒng)需要一種萬能的驅(qū)動(dòng)程序。因此給出一個(gè)在Linux操作系統(tǒng)下的萬能USB攝像頭 驅(qū) 動(dòng) 程 序 GSPCA （Generic Software Package for Camera Adapters），然后進(jìn)行GSPCA下載和安裝。首先下載該驅(qū)動(dòng)程序gspcav1-20071224.tar.gz，然后解壓，因?yàn)橐M(jìn)行交叉編譯，所以移植Makefile文件。移植完成后后進(jìn)行編譯,這時(shí)就生成gspca.ko內(nèi)核模塊，將其存放在/image目錄下，然后將其下載到處理器上,此時(shí)使用ls/dev就會(huì)看到對(duì)應(yīng)的video0設(shè)備文件。

2.3 織物密度檢測(cè)程序

織物密度檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)主要是圖像處理程序，圖像處理一般運(yùn)用傅里葉變換、小波變換和自相關(guān)函數(shù)等方法實(shí)現(xiàn)，這些方法都涉及頻域處理，運(yùn)算較復(fù)雜。這里采用純數(shù)學(xué)計(jì)算進(jìn)行測(cè)量，原理清晰簡(jiǎn)單，運(yùn)算量少，其織物密度檢測(cè)程序流程如圖6所示。

圖6 織物密度檢測(cè)程序流程

3 結(jié)果檢測(cè)

為了驗(yàn)證純數(shù)學(xué)方法的可行性，在“旋轉(zhuǎn)圖像計(jì)算條紋數(shù)”處，得到的圖像對(duì)比如圖7所示。表1給出人工測(cè)試與檢測(cè)裝置所檢測(cè)的織物密度對(duì)比數(shù)據(jù)，由表1所列數(shù)據(jù)可看出織物密度測(cè)量準(zhǔn)確度比較高。

圖7 圖像處理前后對(duì)比

4 結(jié)束語

本文所設(shè)計(jì)的嵌入式織物密度檢測(cè)裝置，采用數(shù)學(xué)計(jì)算方法自動(dòng)尋找拍攝織物圖像的紋路方向，再將圖像旋轉(zhuǎn)后進(jìn)行密度計(jì)算，并對(duì)其結(jié)果誤差分析處理，有效減少拍攝圖像過程中所產(chǎn)生的噪聲和變形，與人工測(cè)量的結(jié)果相比較，這種方法是可靠的，擺脫對(duì)PC機(jī)的依賴，靈活性大大提高，也適用于紡織品密度在線檢測(cè)。

[1]葉 煒.采用計(jì)算機(jī)輔助法進(jìn)行織物密度測(cè)定的研究[J].檢驗(yàn)檢疫科學(xué)，2000，10（2）：31-34.

[2]趙延旭，龍海如.利用圖像處理技術(shù)自動(dòng)測(cè)量針織物密度的研究[J].東華大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004，30（6）：46-49.

[3]孫曉明，官偉波，王晉棠.基于傅里葉變換的針織物密度分析[J].江南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2003，2（2）：172-175.

[4]李立輕，陳 霞，黃秀寶.基于自適應(yīng)正交小波的機(jī)織物密度自動(dòng)檢測(cè)的研究[J].東華大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005，31（1）：63-65，71.

[5]周 果，湘 寧，徐 歡，等.基于攝像頭采集和圖像處理的機(jī)織物密度檢測(cè)[J].上海理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29（2）：171-174.

[6]陳鐵軍，仇洪冰.基于S3C2410的嵌入式Linux的移植方法[J].桂林電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，26（4）：259-263.

Research of embedded fabric density detection device based on S3C2410A

LI Wei1，ZHANG Gong-yong2
（1.Shandong Donghua Cement Co.Ltd.，Zibo255144,China； 2.Binzhou University，Binzhou256600,China）

Aiming at the probles of labor-intensive，high error rate，poor flexibility in fabric density in chinese textile industry,this paper proposes an embedded fabric density detection device based on embedded technology，which uses a purely mathematical calculation to measure the fabric density，not only greatly reduces the computational complexity of software，but alsothe restrictions of gets rid of the PC-limit.By experimental comparison，the results of density test are more accurate.

ARM； fabric density； camera； image processing； Linux

TP302

A

1674－6236（2010）01-0068-03

2009-07-28 稿件編號(hào)：200907091

李 偉（1982—），女，山東菏澤人，助理工程師。研究方向：嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用。