基于S3C2410A的嵌入式織物密度檢測裝置研究

李 偉，張公永

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

基于S3C2410A的嵌入式織物密度檢測裝置研究

李 偉1，張公永2

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

針對目前我國紡織行業中測量織物密度存在勞動強度大、出錯率高、靈活性差等問題，在嵌入式技術的基礎上，提出一種基于ARM的嵌入式織物密度檢測裝置，利用純數學計算測量織物密度，這樣不僅大大減少軟件運算量，還可擺脫PC機限制。經實驗對比測試，該檢測裝置測量織物密度準確度較高。

ARM；織物密度；攝像頭；圖像處理；Linux

織物密度檢測是紡織品質量檢測不可或缺的環節之一，是指測定10 cm長紡織品的經緯線根數[1]。我國紡織行業普遍采用織物密度鏡進行測試，但這種方法是人眼測量，存在勞動強度大、出錯率高、效率低的問題，受主觀因素影響，亟須改進。目前國內外對紡織品密度計算機自動測量均有一定研究，如文獻[2-4]，但是織物密度的測量軟件只能在PC機上運行，使得測量受到很大制約。這里以ARM920T內核的S3C2410A作為嵌入式微處理器，外圍擴展各種嵌入式模塊，在其上移植嵌入式操作系統Linux，設計一種脫離PC機運行的嵌入式織物密度檢測裝置，使得織物密度測量擺脫PC機限制，降低測量成本。

1 系統硬件設計

嵌入式密度織物密度檢測裝置的硬件設計是以S3C2410A作為控制核心，并包括外圍擴展圖像采集、存儲、液晶顯示、電源等模塊。圖1為該檢測裝置的硬件設計框圖。

圖1 系統硬件設計框圖

圖像采集模塊[5]采用45萬像素的黑白數字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接口傳輸到S3C2410A進行處理。影響成像質量的關鍵是鏡頭和照明，鏡頭必須滿足畸變小和視場大的要求。這里選用12 mm焦距鏡頭。在鏡頭前面套上一個長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。內孔周圍均勻分布6個直徑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，計算機控制進行拍攝[6]。

該檢測裝置系統擴展一片SST39VF1601作為系統外部ROM，用于存儲系統的啟動代碼和智能監護應用程序。SST39VF1601是SST公司的1 MB×16的CMOS多用途 Flash ROM。該程序存儲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個周期，數據能夠保存100年，能檢測寫結束操作。其接口電路如圖2所示。

在完成系統的初始化后，程序代碼一般應在SDRAM中運行，以提高系統的運行速度；同時，系統及用戶堆棧、運行數據也放在RAM中，以供快速的讀、寫操作。從實際需要和成本考慮，該系統采用Hynix公司的HY57V651620作為系統SDRAM。圖3為HY57V651620與S3C2410A的接口電路。

由于系統存儲攝像頭發送來的圖像數據，因此，該檢測裝置系統應擴展數據存儲器。SD卡是一種大容量、性價比高、體積小、訪問接口簡單的存儲器。S3C2410A微控制器已提供SD主機控制器接口，該SD卡驅動電路只需將這些接口相應接到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

該檢測裝置的顯示模塊顯示織物密度數值，S3C2410A有專門的顯示控制器，只需連接相應的控制線和地址線即可。鍵盤電路設計兩個獨立按鍵，負責采集啟動和顯示控制。由于按鍵較少，以使用S3C2410A的GPIO實現獨立式按鍵，每個按鍵占用一個GPIO引腳，通過判斷引腳的電平狀態確定按鍵是否按下。而對于電源、時鐘和復位電路設計，由于S3C2410A需1.8 V的內核供電，3.3 V的存儲供電,以及3.3 V的外部I/O供電，并有4組電源輸入：數字3.3 V、數字1.8 V、模擬 3.3 V和模擬1.8 V。便攜式設備 。一般采用3 V電池供電系統供電，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設計電源模塊。圖5為+3 V到+5 V的電源轉換電路。

圖5 +3 V到+5 V電源轉換電路

該系統采用12 MHz晶體為S3C2410A提供系統時鐘，通過S3C2410A內部集成的時鐘控制邏輯產生系統所需的不同頻率的時鐘信號；另一個32.768 kHz時鐘用于實時時鐘（RTC）工作，提供年、月、日、時、分、秒的日期時間信息。該電路主要完成系統上電復位和系統運行時用戶的按鍵復位功能，有助于用戶調試程序。這里選用MAX708型復位電路。

2 系統軟件程序設計

該系統軟件設計是以嵌入式Linux為基礎的。嵌入式Linux采用 Samsung公司提供的 MiziLinux，其內核版本為Kernel-2.4.18。監控系統軟件部分主要包括：Linux的移植、攝像頭驅動程序和織物密度檢測程序。

2.1 Linux的移植

Linux的移植已有很多介紹，如文獻[5-6]，在此不再贅述。Linux內核版本經裁減、移植，編譯生成的內核在S3C2410A處理器上成功運行，且保留Linux工作穩定的特點，制作的根文件系統可通過Ramdisk方式正常加載到內核。

2.2 攝像頭驅動程序

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下的驅動程序。嵌入式系統需要一種萬能的驅動程序。因此給出一個在Linux操作系統下的萬能USB攝像頭 驅 動 程 序 GSPCA （Generic Software Package for Camera Adapters），然后進行GSPCA下載和安裝。首先下載該驅動程序gspcav1-20071224.tar.gz，然后解壓，因為要進行交叉編譯，所以移植Makefile文件。移植完成后后進行編譯,這時就生成gspca.ko內核模塊，將其存放在/image目錄下，然后將其下載到處理器上,此時使用ls/dev就會看到對應的video0設備文件。

2.3 織物密度檢測程序

織物密度檢測軟件設計主要是圖像處理程序，圖像處理一般運用傅里葉變換、小波變換和自相關函數等方法實現，這些方法都涉及頻域處理，運算較復雜。這里采用純數學計算進行測量，原理清晰簡單，運算量少，其織物密度檢測程序流程如圖6所示。

圖6 織物密度檢測程序流程

3 結果檢測

為了驗證純數學方法的可行性，在“旋轉圖像計算條紋數”處，得到的圖像對比如圖7所示。表1給出人工測試與檢測裝置所檢測的織物密度對比數據，由表1所列數據可看出織物密度測量準確度比較高。

圖7 圖像處理前后對比

4 結束語

本文所設計的嵌入式織物密度檢測裝置，采用數學計算方法自動尋找拍攝織物圖像的紋路方向，再將圖像旋轉后進行密度計算，并對其結果誤差分析處理，有效減少拍攝圖像過程中所產生的噪聲和變形，與人工測量的結果相比較，這種方法是可靠的，擺脫對PC機的依賴，靈活性大大提高，也適用于紡織品密度在線檢測。

[1]葉 煒.采用計算機輔助法進行織物密度測定的研究[J].檢驗檢疫科學，2000，10（2）：31-34.

[2]趙延旭，龍海如.利用圖像處理技術自動測量針織物密度的研究[J].東華大學學報：自然科學版，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].江南大學學報：自然科學版，2003，2（2）：172-175.

[4]李立輕，陳 霞，黃秀寶.基于自適應正交小波的機織物密度自動檢測的研究[J].東華大學學報：自然科學版，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織物密度檢測[J].上海理工大學學報，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].桂林電子工業學院學報，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：200907091

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