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基于Blackfin ADSP-BF533处理器的热红外成像照相机设计

我爱方案网| 热红外成像照相机,Blackfin, ADSP-BF533,ADI| 2012-05-14
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中心议题:
* Ann Arbor在热红外成像照相机中使用了Blackfin处理器
* Blackfin基于0.13µ m CMOS工艺,低功耗更低
* 使用Blackfin处理器上的uClinux操作系统可显著缩短开发时间



在黑暗或烟雾笼罩的情况下,人眼无法看清前面的物体。再比如,采用压铸或塑料注塑成型等工艺制造的各种电子元器件的尺寸精度不同,无法简单的通过肉眼进行检查。这时我们只能依靠热红外成像照相机。美国密歇根州的Ann Arbor传感器系统公司开发并制造这样的照相机。当Ann Arbor公司为其AXT100热红外成像照相机寻找处理器时,他们选择了ADI公司的Blackfin ADSP-BF533 处理器。在Blackfin处理器的帮助下,Ann Arbor公司开发的照相机突破了困扰热红外成像照相机市场的性价比障碍。

热红外成像照相机利用物体散发的红外能量进行成像。红外能量是由于物体的分子和原子运动产生的辐射而引起的热量散发;物体温度越高,运动的分子和原子越多,红外能量也就越大。事实上,由于红外能量散发热量,较热的物体表现“炽热”,较冷的物体似乎“缺少热情”,因此人们可以利用红外成像照相机在黑暗中、雾中、或通过可见光无法透过的烟“看见”物体。因此,红外照相机通常用于监控、导航或消防应用。

在热红外成像照相机内,镜头将红外能量传递至传感器阵列,这些传感器将能量转变为电信号,然后由信号处理器对其进行解释,并将信号转换为伪彩色图像。转换成伪彩色图像的原因是因为人眼无法看到红外能量,因此照相机要为不同的温度分配彩色标尺,以区分图像。

Ann Arbor传感器系统公司的AXT100照相机特别针对非制冷热电堆传感器而设计。热电堆传感器是数百万低成本、手持式非接触温度仪器以及耳温枪的基础。 AXT100照相机实际上使用了被称作热电堆焦平面阵列(TFPA)的传感器阵列,这些阵列主要是用于“凝视”图像的探测器阵列(不是单一探测器)。因此,TPFA不仅能实现高分辨率,而且使得照相机外形尺寸更小、重量更轻、电源利用率更高。

“我们需要一款风险低、设计周期短的信号处理器,并且当这一处理器连接到内存和外设时无需大量的‘粘合逻辑’,” Ann Arbor传感器系统公司总监David Kryskowski说,“Blackfin处理器是我们的理想选择。”Ann Arbor传感器系统公司选择了Blackfin ADSP-BF533处理器,其起价为12.95美元/片。Blackfin ADSP-BF533处理器的处理性能达到600 MHz,是高集成度的系统芯片解决方案,实现了工业标准接口与高性能信号处理内核的完美结合。

Ann Arbor传感器系统公司开发的AXT100照相机适合压模检查、工业过程监控、焊接检查以及塑料注塑成型检查等应用。“迄今为止,在过程控制应用中使用的固定式照相机都非常昂贵,而且由于价格的原因没有被广泛采用,”Kryskowski说,“我们设计的照相机适合恶劣环境,其体积足够小,适合在手中操作,尽管大多数用户会将其安装在铸造工厂的墙壁上。利用这些照相机可以控制铸造的制冷速度,不同的照相机精度不同,售价也不一。我们的照相机具高性价比,可提供适合应用的精度等级,帮助公司降低废料率。”

照相机可以实时操作,或者通过数字输入端口采集图像并存储在内存(RAM)中,便于以后采用第三方供应商提供的复杂软件进行分析。照相机的特性包括:图像处理,对32 x 32图像进行内插和平滑操作使其具有128 x 128分辨率。照相机的RJ-45 10/100 BaseT以太网端口可以提供全数字输出/控制,该端口完全符合以太网供电的IEEE 802.3af标准。手动对焦镜头的两个可选方案是:29o f/0.8或22o f/1.0镜头,频谱范围是7 - 14 m。照相机提供复合视频与S-视频输出(包括NTSC与PAL格式)。

Blackfin基于0.13µ m CMOS工艺,适合低功耗应用

Ann Arbor传感器系统公司的AXT100照相机售价不到5000美元,它采用ADI公司低成本CMOS运算放大器作为读出器件,用于捕获TPFA信号并将其传输至AXT100的信号处理器Blackfin ADSP-BF533,以进行进一步处理。由于检测器读出电路的功耗至关重要,因此CMOS运算放大器非常适合低功耗应用。

Blackfin处理器架构基于0.13µ m CMOS工艺,非常适合Ann Arbor传感器系统公司的AXT100照相机等电池供电的便携式应用。而且,Blackfin处理器具有动态电源管理特性,可以改变工作电压与频率(包括睡眠模式等特性),进一步降低处理器的整体功耗。例如,在600 MHz下,Blackfin ASDP-BF533处理器功耗为280 mW;但在300 MHz下,功耗可降低为90 mW;在200 MHz下,功耗可降低为50 mW。利用Blackfin处理器的片上电源管理特性,客户可以通过采用用所需的处理功率实现电池寿命的最大化。整个照相机本身的功耗为1.8W至2.5W。

对于存储器与I/O,Ann Arbor传感器系统公司使用Blackfin处理器的同步总线用于SDRAM,异步总线用于闪存和外设。该公司还利用Blackfin处理器的并行外设接口(PPI)端口直接连接视频解码器以及Blackfin处理器的其它通用I/O端口。

使用Blackfin处理器上的uClinux操作系统可显著缩短开发时间

但Ann Arbor传感器系统公司表示,使用uClinux开发其应用同样使公司受益匪浅。uClinux是一种开放源码的嵌入式实时操作系统(RTOS),它已被移植到Blackfin处理器上。Kryskowski说到:“使用Blackfin处理器上的uClinux操作系统显著缩短了我们的开发时间,并降低了成本。”Ann Arbor传感器系统公司利用图形用户接口(GUI)和Blackfin STAMP硬件参考设计,编写自己专用的设备驱动程序和修改参数。“仅举一例,我们利用Blackfin STAMP开发板和uClinux RTOS设计了照相机,uClinux已经为以太网接口提供了所需的驱动。我们对原型板进行了一些修改,通过很少的软件修改,照相机就可以正常工作,这使大家感到很震惊,”Kryskowski说,“这是以前从未发生的事情。”

Ann Arbor传感器系统公司还使用了ADI公司的ADDS-USB-ICE(基于通用串行总线的内部电路仿真器),它可为ADI公司的兼容JTAG处理器提供简单的、便携式的基于目标的调试解决方案。仿真器可以执行多种仿真功能,包括具有预先定义断点的单步执行与全速执行,及利用主机的USB端口观察与改变寄存器与存储器内容。应用与数据可以简单且迅速的测试,而且可以通过 Ann Arbor传感器系统公司广泛使用的仿真器及VisualDSP++集成开发调试环境在目标板之间进行传输。Kryskowski说:“在调试过程中,仿真器使我们能够停止处理器并检查寄存器,这可以为我们节省大量时间;如果没有它,我们就无法完成任务。而且,VisualDSP++是一款非常好的软件。”

未来,Ann Arbor传感器系统公司计划在其下一代热红外成像照相机产品中使用Blackfin系列的另一款产品——ADSP-BF561处理器。这款处理器包括两个对称的600 MHz内核处理器、328KB片上存储器以及两个PPI端口。

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