基于S3C2410A的嵌入式织物密度检测装置研究

李 伟，张公永

（1.山东东华水泥有限公司 山东 淄博 255144；2.滨州学院 山东 滨州 256600）

基于S3C2410A的嵌入式织物密度检测装置研究

李 伟1，张公永2

（1.山东东华水泥有限公司 山东 淄博 255144；2.滨州学院 山东 滨州 256600）

针对目前我国纺织行业中测量织物密度存在劳动强度大、出错率高、灵活性差等问题，在嵌入式技术的基础上，提出一种基于ARM的嵌入式织物密度检测装置，利用纯数学计算测量织物密度，这样不仅大大减少软件运算量，还可摆脱PC机限制。经实验对比测试，该检测装置测量织物密度准确度较高。

ARM；织物密度；摄像头；图像处理；Linux

织物密度检测是纺织品质量检测不可或缺的环节之一，是指测定10 cm长纺织品的经纬线根数[1]。我国纺织行业普遍采用织物密度镜进行测试，但这种方法是人眼测量，存在劳动强度大、出错率高、效率低的问题，受主观因素影响，亟须改进。目前国内外对纺织品密度计算机自动测量均有一定研究，如文献[2-4]，但是织物密度的测量软件只能在PC机上运行，使得测量受到很大制约。这里以ARM920T内核的S3C2410A作为嵌入式微处理器，外围扩展各种嵌入式模块，在其上移植嵌入式操作系统Linux，设计一种脱离PC机运行的嵌入式织物密度检测装置，使得织物密度测量摆脱PC机限制，降低测量成本。

1 系统硬件设计

嵌入式密度织物密度检测装置的硬件设计是以S3C2410A作为控制核心，并包括外围扩展图像采集、存储、液晶显示、电源等模块。图1为该检测装置的硬件设计框图。

图1 系统硬件设计框图

图像采集模块[5]采用45万像素的黑白数字CCD摄像头拍摄织物图片，生成768×576的8位bmp格式图片，通过USB接口传输到S3C2410A进行处理。影响成像质量的关键是镜头和照明，镜头必须满足畸变小和视场大的要求。这里选用12 mm焦距镜头。在镜头前面套上一个长4 cm，直径5 cm的圆柱形空心遮光罩，下端开口，上端有直径2.5 cm的孔，可以套入镜头。内孔周围均匀分布6个直径5 mm的大角度白光LED，输入电压为3 V，能够提供比较均匀的照明。将织物平放在桌面上，遮光罩盖在织物上，计算机控制进行拍摄[6]。

该检测装置系统扩展一片SST39VF1601作为系统外部ROM，用于存储系统的启动代码和智能监护应用程序。SST39VF1601是SST公司的1 MB×16的CMOS多用途 Flash ROM。该程序存储模块电路的读写操作采用2.7～3.6 V的单一电源，可擦写100 000个周期，数据能够保存100年，能检测写结束操作。其接口电路如图2所示。

在完成系统的初始化后，程序代码一般应在SDRAM中运行，以提高系统的运行速度；同时，系统及用户堆栈、运行数据也放在RAM中，以供快速的读、写操作。从实际需要和成本考虑，该系统采用Hynix公司的HY57V651620作为系统SDRAM。图3为HY57V651620与S3C2410A的接口电路。

由于系统存储摄像头发送来的图像数据，因此，该检测装置系统应扩展数据存储器。SD卡是一种大容量、性价比高、体积小、访问接口简单的存储器。S3C2410A微控制器已提供SD主机控制器接口，该SD卡驱动电路只需将这些接口相应接到SD卡卡座即可。图4给出SD卡与S3C2410A的接口电路。

图2 SST39VF1601与S3C2410A接口电路

图3 HY57V651620与S3C2410A的接口电路

图4 SD卡与S3C2410A接口电路

该检测装置的显示模块显示织物密度数值，S3C2410A有专门的显示控制器，只需连接相应的控制线和地址线即可。键盘电路设计两个独立按键，负责采集启动和显示控制。由于按键较少，以使用S3C2410A的GPIO实现独立式按键，每个按键占用一个GPIO引脚，通过判断引脚的电平状态确定按键是否按下。而对于电源、时钟和复位电路设计，由于S3C2410A需1.8 V的内核供电，3.3 V的存储供电,以及3.3 V的外部I/O供电，并有4组电源输入：数字3.3 V、数字1.8 V、模拟 3.3 V和模拟1.8 V。便携式设备 。一般采用3 V电池供电系统供电，因而以上4组电源要通过3 V电池供电的电源变换得到，所以采用 MAX1703、SPX1117M3-3.3和SPX1117M3-1.8设计电源模块。图5为+3 V到+5 V的电源转换电路。

图5 +3 V到+5 V电源转换电路

该系统采用12 MHz晶体为S3C2410A提供系统时钟，通过S3C2410A内部集成的时钟控制逻辑产生系统所需的不同频率的时钟信号；另一个32.768 kHz时钟用于实时时钟（RTC）工作，提供年、月、日、时、分、秒的日期时间信息。该电路主要完成系统上电复位和系统运行时用户的按键复位功能，有助于用户调试程序。这里选用MAX708型复位电路。

2 系统软件程序设计

该系统软件设计是以嵌入式Linux为基础的。嵌入式Linux采用 Samsung公司提供的 MiziLinux，其内核版本为Kernel-2.4.18。监控系统软件部分主要包括：Linux的移植、摄像头驱动程序和织物密度检测程序。

2.1 Linux的移植

Linux的移植已有很多介绍，如文献[5-6]，在此不再赘述。Linux内核版本经裁减、移植，编译生成的内核在S3C2410A处理器上成功运行，且保留Linux工作稳定的特点，制作的根文件系统可通过Ramdisk方式正常加载到内核。

2.2 摄像头驱动程序

由于Linux的用户比较少，所以很多摄像头厂商都没有提供在Linux下的驱动程序。嵌入式系统需要一种万能的驱动程序。因此给出一个在Linux操作系统下的万能USB摄像头 驱 动 程 序 GSPCA （Generic Software Package for Camera Adapters），然后进行GSPCA下载和安装。首先下载该驱动程序gspcav1-20071224.tar.gz，然后解压，因为要进行交叉编译，所以移植Makefile文件。移植完成后后进行编译,这时就生成gspca.ko内核模块，将其存放在/image目录下，然后将其下载到处理器上,此时使用ls/dev就会看到对应的video0设备文件。

2.3 织物密度检测程序

织物密度检测软件设计主要是图像处理程序，图像处理一般运用傅里叶变换、小波变换和自相关函数等方法实现，这些方法都涉及频域处理，运算较复杂。这里采用纯数学计算进行测量，原理清晰简单，运算量少，其织物密度检测程序流程如图6所示。

图6 织物密度检测程序流程

3 结果检测

为了验证纯数学方法的可行性，在“旋转图像计算条纹数”处，得到的图像对比如图7所示。表1给出人工测试与检测装置所检测的织物密度对比数据，由表1所列数据可看出织物密度测量准确度比较高。

图7 图像处理前后对比

4 结束语

本文所设计的嵌入式织物密度检测装置，采用数学计算方法自动寻找拍摄织物图像的纹路方向，再将图像旋转后进行密度计算，并对其结果误差分析处理，有效减少拍摄图像过程中所产生的噪声和变形，与人工测量的结果相比较，这种方法是可靠的，摆脱对PC机的依赖，灵活性大大提高，也适用于纺织品密度在线检测。

[1]叶 炜.采用计算机辅助法进行织物密度测定的研究[J].检验检疫科学，2000，10（2）：31-34.

[2]赵延旭，龙海如.利用图像处理技术自动测量针织物密度的研究[J].东华大学学报：自然科学版，2004，30（6）：46-49.

[3]孙晓明，官伟波，王晋棠.基于傅里叶变换的针织物密度分析[J].江南大学学报：自然科学版，2003，2（2）：172-175.

[4]李立轻，陈 霞，黄秀宝.基于自适应正交小波的机织物密度自动检测的研究[J].东华大学学报：自然科学版，2005，31（1）：63-65，71.

[5]周 果，湘 宁，徐 欢，等.基于摄像头采集和图像处理的机织物密度检测[J].上海理工大学学报，2007，29（2）：171-174.

[6]陈铁军，仇洪冰.基于S3C2410的嵌入式Linux的移植方法[J].桂林电子工业学院学报，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 稿件编号：200907091

李 伟（1982—），女，山东菏泽人，助理工程师。研究方向：嵌入式系统及应用。