产品跟踪

产品跟踪（精选6篇）

产品跟踪 篇1

在现代工业自动化生产中,涉及到各种各样的产品在线检查、测量和识别应用,例如:产品外观缺陷检查、零配件加工精度检查、IC 器件管脚和标识、电子装配线的元件自动定位等。通常这种带有高度重复性和智能性的工作只能靠人工检测来完成,这种靠人工的传统检测手段给工厂增加巨大的人工成本和管理成本,检测精度也易受检测人员技术的影响,且效率非常低。因此将基于图像处理的智能化机器视觉算法引入流水线产品检测,实现全自动在线检测将大大提高劳动生产率及产品质量,以适应现代化的大规模流水线生产。近年来,人们提出了许多方法用于检测和跟踪序列图像中的运动目标, 在生产线上是固定摄像头,因此静态背景下运动目标检测算法受到广泛关注,常用的方法有帧差法[1]、光流法[2]、背景减除法[3]等。由于受到算法复杂度和计算机运算速度等限制,使得在检测和跟踪运动目标的实时性和稳健性等方面总是不太理想。本文将从边界边缘检测入手取得稳健的轮廓跟踪。

表示一个目标轮廓的方法可以分成两类:参数化的轮廓和非参数化的轮廓。前者的跟踪方法中使用参数表示轮廓,多数采用snake模型[4]:卡尔曼snake [5]和吸收自适应运动snake[6]。后者的跟踪方法中,目标的轮廓用边界表示,轮廓被描绘成一系列像素。其中Paragios等的算法[7]及Nguyen等的算法[8]很受欢迎。Paragios和Deriche提出了使用测量正向轮廓与水平集规划进行目标轮廓跟踪,该方法在静态的背景情况取得较好的结果。Fu等提出了一种使用阻塞自适应运动迂回模型的轮廓跟踪方法[6],该方案使用了正向轮廓模型[4],需要确定很多参数,而且分割轮廓存在困难。Nguyen等提出了一种在一个视频码流跟踪非参数化的目标轮廓的方法[8],该算法使用分水岭算法和一个加在能量最小化函数分水岭线平滑能量确定了新的追踪轮廓。然而,Nguyen等的方法会留下许多不相干的边缘阻碍了准确地轮廓跟踪。

为了解决这些问题,本文提出一个在跟踪的在线产品边界中仅选择适当边界的方法。首先利用边缘运动移除背景边缘。背景边缘去除后,在上一帧轮廓的正常方向上计算平均亮度梯度,这里仅考虑具有高梯度值的边缘作为跟踪目标的边界边缘。所以,即使一个产品边缘不清晰,有复杂纹理的背景和目标,上面的轮廓跟踪方法是稳健的。实验结果表明,该轮廓跟踪的方法是可靠。

1 在线产品轮廓跟踪算法

1.1 边界边缘检测

边界边缘选择的过程包括两个步骤[9]:首先,利用边缘运动移除背景边缘;第二,采用轮廓法线方向上的梯度选择边界边缘像素。从边缘地图Θ(R)(t)上得到边界边缘地图Θ(B)(t)。

1.1.1 利用边缘运动移除背景边缘

通过比较目标的运动和背景的运动移除背景边缘,计算出跟踪目标的运动和背景边缘运动。使用来自坎尼边缘发生器产生的边缘地图的光流计算边缘运动。

计算跟踪目标运动矢量Vp(t),每一个边缘像素的运动矢量是相对Vp(t)的测试,如果两个向量之间的差额大于特定常数Te,被认为是一个背景边缘像素。假设Θ(I)(t)是在当前帧检测的边缘地图,矢量OEdge是在Θ(I)(t)的边缘像素计算出的光流。使用下式估计出主导平移矢量Vp(t)

$\mathit{V}{}_p(t)=\arg \underset{\mathit{V}\in \mathit{\Psi }}{{\displaystyle \min }}{\displaystyle \sum _{p\in \Omega (t-1)}[}{\rm I}(p,t-1)-{\rm I}(p+V,t)]{}^2(1)$

式中:Ψ是速度空间;Ω(t-1)是属于在(t-1)帧的目标区域的像素。

Θbackground(t)={Edge∈Θ(I)(t)|‖Vp(t)-OEdge‖>Te} (2)

Θ(R)(t)是Θbackground(t)减去Θ(I)(t)的一个边缘,Θbackground(t)而是一个背景边缘地图。

利用边缘运动移除与跟踪目标运动不同的背景边缘,该方法不依赖边缘地图的复杂程度,能准确地去除所有不同运动的背景边缘像素。

1.1.2 边界边缘像素选择

首先进行图像的梯度的计算。

为了移除噪声及与目标无关的边缘需要计算每个像素轮廓正常方向的亮度梯度。设轮廓的参量表示为,r(s)的切线方向是r′(s),如图1a所示,r(s)的正交方向是r′⊥(s),仅仅考虑r′⊥(s)方向上的图像梯度。I(m,n)是图像的亮度函数。

$\begin{array}{l}D(\mathit{r}(s)t)=\frac{1}{\sqrt{(\text{d}x(s)/\text{d}s){}^2+(\text{d}y(s)/\text{d}s){}^2}}\times \\ \left(\frac{\partial {\rm I}}{\partial n}\frac{\text{d}x(s)}{\text{d}s}-\frac{\partial {\rm I}}{\partial m}\frac{\text{d}y(s)}{\text{d}s}\right)(3)\end{array}$

沿着轮廓上每个像素点r(si)的正常方向的平均彩色梯度$\widehat{D}(\mathit{r}(s{}_i))$用式(3)计算。r(si)是r(s)像素点之一。$\widehat{D}(\mathit{r}(s{}_i))$的计算过程如下:1)在方向r′⊥(s)和r′(s)的两个主要轴上画一个椭圆,尺度是适当可调的。2) 将椭圆中的像素点分成两部分,用沿着r′(s)方向的一条线,如图1b所示。3) 计算被r(s)分开的两个部分的像素平均亮度值,计算的结果就是$\widehat{D}(\mathit{r}(s{}_i))$,图1c表示像素的轮廓正常方向,像素属于∂rT(si)为计算$\widehat{{\displaystyle {\rm T}D}}{}_i(\mathit{r}{}_{{\rm T}}(s{}_i))$。

下面介绍边界边缘像素选择的过程。

考虑目标边缘运动移除背景边缘以后,选择边界边缘像素。Θ(R)(t)是移除背景边缘以后的边缘地图。r(s)是预测轮廓∂Ω(P)的参数化表示,N为∂Ω(P)像素总数,r(si)为∂Ω(P)的像素,其选择过程是沿着∂Ω(P)进行的,这里i=1,2,…,N,它是每一个像素地图Θ(R)(t)的一部分。在一个以r(si)为圆心,以cΦ(一个特定的常数)为半径的圆心区域,Θ${}_i^{(R)}$(t)有边缘,rT(si)是在Θ${}_i^{(R)}$(t)上的边界像素之一,rT(si)可以被认为是像素点之一。是r(s)被(rT(si)-r(si))的一个参数化的曲线转换,∂Ω${}_{{\rm T}}^{({\rm P})}$是∂Ω(P)被(rT(si)-r(si))的一个轮廓转换。图2的左边部分显示了∂Ω${}_{{\rm T}}^{({\rm P})}$和噪声边界像素Θ(R)(t),右边部分是该圆的一个封闭区域。这个圆形的边缘地图表示为Θ${}_i^{(R)}$(t)。在rT(si),∂Ω${}_{{\rm T}}^{({\rm P})}$的正常方向的梯度是在Θ${}_i^{(R)}$(t)上的每一个像素点上计算出来的。为了检测边界边缘K个可能的像素,需要计算∂Ω${}_{{\rm T}}^{({\rm P})}$在Θ${}_i^{(R)}$(t)的每一个边缘像素点上正常方向上的梯度,这里K是一个特定的常数。∂rT(si)是rT(si)在∂Ω${}_{{\rm T}}^{({\rm P})}$上上述圆形区域的一组像素,$\widehat{{\displaystyle {\rm T}D}}{}_i(\mathit{r}{}_{{\rm T}}(s{}_i))$是$\widehat{D}s$沿着∂rT(si)的像素参考rT(si)的总数。图1c显示了∂rT(si)和为计算$\widehat{{\displaystyle {\rm T}D}}{}_i(\mathit{r}{}_{{\rm T}}(s{}_i))$属于∂rT(si)的像素的轮廓正常方向。在选择边界边缘的时候用到有大值的最大的$\widehat{{\displaystyle {\rm T}D}}{}_i$。

$\widehat{{\displaystyle {\rm T}D}}{}_i(\mathit{r}{}_{{\rm T}}(s{}_i))={\displaystyle \sum _{\partial {}_{\mathit{r}{}_{{\rm T}}(s{}_i)}}(}\widehat{D}{}_i(\mathit{r}{}_{{\rm T}}(s{}_i)))(4)$

1.2 基于边缘检测的轮廓跟踪

在边界检测的步骤中,用到地形学距离的概念,分水岭分割被最小化。这个算法,用到两个边缘指数函数h(B)(x)和h(P)(x),它们分别衍生于Θ${}_i^{(B)}$(t)和∂Ω(P),边缘指数函数的具体算法在Nguyen等的论文中有描述[8]。边界边缘地图Θ${}_i^{(B)}$(t)在参考文献[8]中提到的算法得到。∂Ω(P)被Vp(t)翻译∂Ω(t-1)而得到。用两个指数函数提取的分水岭线变成了当前帧的一个新的轮廓。

2 实验结果

实验中的视频是从网站收集到的,用MATLAB进行仿真,跟踪结果为:在高速运转的月饼生产流水线上,产品快速移动,产品的轮廓尺寸随着人与相机的相对位置发生变化。同时,车间的背景存在一些复杂的纹理,也产生了一些复杂的边缘,使得轮廓的跟踪变得困难。采用本文的跟踪算法可以得到精确的跟踪,如图3所示。

3 总结

本文中,为了改进在流水线中用静态摄像机拍摄的视频流中的纹理目标的跟踪精度提出了一种新的轮廓复杂方法。该方法选择了跟踪目标边界周围的有效的边缘,边界边缘选择包括两步,首先,利用目标和背景边缘运动的不同移除背景边缘。有不同运动的边缘被认为是多余的背景边缘被移除掉。其次,采用计算从第一步输出跟踪轮廓的相同方向的产生物来选择边界边缘。

精确的选择轮廓边缘不会受噪声边缘的影响,为了表示这个更新的轮廓,用到了水蛇模型。尽管目标边缘是复杂的,边缘也能足够好的提取。实验结果表明,本文的方法进行的边界边缘检测并进行适当的选择是足够能处理在复杂的背景下目标形状的变化,基于边界边缘选择的跟踪是非常成功的。

产品流水线实时检测所涉及的相关技术很多,而且要取得有效的检测效果,往往要对不同的产品及检测要求采取特殊的技术手段。除了如何有效解决流水线上运动产品图像跟踪以外,在以后对工作中如何提高高速流水线的产品检测实时性、可靠性及智能化等问题作进一步研究。

摘要：产品流水线实时检测需有效解决流水线上运动产品的图像跟踪,提出仅选择在视频码流中跟踪目标的一个边界边缘来实现产品轮廓的跟踪。首先利用边缘运动去除背景,随后使用跟踪轮廓的正常方向导数选择边界边缘。准确跟踪是基于减少无关边缘的影响,因此仅选择边界边缘像素。使用边缘运动消除背景边缘需要计算跟踪目标的运动,同时移除边缘的运动和边缘与目标不同方向的运动,从而得到运动产品的轮廓。仿真实验结果表明,该跟踪方法对流水线上的产品有较好的跟踪效果,且具有较强的稳健性。

关键词：目标轮廓跟踪,在线产品,边界边缘检测,边界边缘像素,轮廓正常方向

参考文献

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[3] STAUFFER C,GRIMSON W E L. Adaptive background mixture models for real-time tracking[C]//Proc. IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition,1999. Fort Collins,CO,USA:IEEE Press,1999:246-252.

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[5] PETERFREUND N. Robust tracking of position and velocity with Kalman snakes[J]. IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell.,1999,21(6): 564-569.

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[7]PARAGIOS N,DERICHE R.Geodesic active contours and level sets forthe detection and tracking of moving objects[J],IEEE Trans.Pattern A-nal.Mach.Intell.,2000,22(3):266-280.

[8]NGUYEN H T,WORRING M,VAN DEN BOOMGAARD R,et al.Track-ing nonparameterized object contours in video[J].IEEE Trans.ImageProcess,2002,11(9):1081-1091.

[9] ROH M,KIM T,PARK J,et al. Accurate object contour tracking based on boundary edge selection[J]. Pattern Recognition,2007,40(3):931-943.

产品跟踪 篇2

鹤壁市黎阳李医疗器械有限公司成立于2009年7月，位于浚县产业集聚区浚州大道东段（原黎阳工业区燕山路）。公司生产的《医用棉签》产品，是由鹤壁市食品药品监督管理局2009年8月10日审查准许注册的，并取得了豫鹤食药监械（准）字2009第1640003号的产品注册证，2010年5月19日我单位技术人员根据相关标准规定，结合公司业务人员及客户要求和依据市场需要，对YZB/豫鹤02-2009产品标准3.2棉签的规格及基本尺寸，进行了修订并申请复核及产品注册证的变更，使产品能更好的满足客户和市场的需求。为未来的产品适应市场要求奠定了良好的基础。

公司的医用棉签产品自注册以来，建立健全了各级部门及人员的质量职责和质量体系监控各个环节的文件控制程序，通过对原材料、辅助材料的购进直至生产全过程的各个程序进行质量检验，对各个过程中的质量控制点进行了确认和监控，落实标准和操作人员对产品的质量要求措施，保证产品质量。具体职责要求及质量监控程序：

业务部：采购符合产品标准要求的原材料及辅助材料，对在采购和生产过程中出现的因各种材料引起的质量问题做好反馈、分析和改进直至达到标准要求的合格材料。生产部：依照公司的生产管理制度和相关职责规定，根据产品标准和产品作业指导书要求，组织人员安全生产，结合程序文件中过程控制提出的质量控制点，保证生产产品的质量符合产品标准。质量部：对使用的原材料和材料质量进行检查和控制，对生产制作过程中的各个程序依据标准和作业指导书进行质量监控，发现和处置在生产中出现的质量隐患和质量问题，使体系的正常运行满足质量监控的需要，保证产品质量。1原材料质检：

1.1 质量部对采购供货方的生产资质和质量体系进行审查，并结合本公司的生产和产品注册认可表范围的标准要求，依据公司相关的验证、检验制度，按程序进行范围审核和样品的质检和留样，根据实际结果签署供货商资格审核意见。原材料、辅助材料购进后，对照上述资质无误后，按规定比例随机抽验购进货物，并根据供方提供的产品检验报告结合检验的实际情况出具进货检验报告。

1.2质量检验人员对购进的原材料、辅助材料按照执行标准和包装标识的相关要求，验看原材料、辅助材料的外包装是否有水渍、污物，确定不由包装的破损而影响内在的质量，同时还需注意包装上所标识的规格、型号、类型、执行标准号、生产批号等相关内容，以保证原材料、辅助材料符合生产品种的需要。2进入生产车间前的复检 质量检验人员在原材料、辅助材料进入车间前，应与生产车间负责外包脱皮的车间工作人员共同验看原材料、辅助材料的外包装完好无损后，进入物流通道的进入车间前的脱皮间进行复检质检，在去除外部包装后，按标准条款对内在质量的要求查看原材料是否有污物、夹杂物等影响质量的情况。确定合格后材料方可进入车间。3生产过程中的跟班检验

3.1跟班质检人员在确定了使用的原材料、辅助材料的质量后，根据原材料、辅助材料的 进货检验记录和批号，依照公司使用产品批号的要求，提出对生产品种的产品使用批号，并作好记录。

3.2跟班质检人员在材料进入生产工序开始跟班质检，按照各个产品的工艺流程和作业指导书的程序规定结合确定的质量控制点进行产品的质量监控和质检。质检过程中要常观察材料、半成品的质量情况，发现有不合格或不符合相关要求的情况，应及时通知生产部和质量部负责人，并协助生产班组采取相应的措施处置，并对相关的情况进行记录。

4包装成品检验

跟班质量检验人员对生产车间的半成品经制作转化成品后，须验看合格后方可进入包装程序，在产品置入包装前要细查看产品在生产过程中是否有机械或者其他人为方面操作有影响到产品的质量的情况，包装时有无对产品的漏项检验；重点注意生产的产品批号、合格证及其他需要的相关产品标识等。包装时还需注意产品外部标识的制作，产品批号、有效期等标识的核对，保证内外包装标识的符合和统一。5终端检验入库

质量部结合跟班质检人员质检情况的质量汇总评价，待成品包装完毕，经再次按相关的包装标识要求进行外部的综合检验，确定符合产品标准要求后，开具质量检验报告（验收单），生产班组人员持产品检验报告（验质单）入成品仓，仓储按质检报告确定的产品质量及生 产批号按划定区域存放。

6质量检验程序及控制点示意图： 原材料质检

（质量控制点）

进车间前复检

↓

生产过程跟班检验

（质量控制点）

↓

包装成品检验

（质量控制点）

↓

终端检验入库

公司在落实各个过程质量监控的同时，根据国家法律、法规及相关制度及质量体系文件要求，对质量体系运行结合职责要求，以总经理为主，管理者代表牵头综合公司各部门对质量管理体系进行内审和管理评审，以确保质量体系的持续的适宜性，充分性和有效性。

医用棉签产品自正式2009年10月正式生产至2013年6月

产品跟踪 篇3

从宏观货币市场总体运行来看，4月末，广义货币（M2）同比增长16.1%；狭义货币（M1）余额30.76万亿元，同比增长11.9%；流通中货币（M0）余额5.56万亿元，同比增长10.8%。4月净投放现金147亿元。

4月份社会融资指标反映企业短期资金周转需求旺盛，短期类贷款占比以及融资类增长迅速。4月份累计社会融资存量增速20.80%，环比3月略升0.2个百分点，显示社会融资约束仍较为宽松。从分项指标来看，中长期贷款增速9.19%，增速环比增长0.38个百分点；广义中长期信贷（信托+债券+中长期信贷）增速19.56%，环比3月份增长1.05个百分点。

商业银行理财产品收益类型。2013年4月保本浮动收益型产品数量较3月有所增长，4月占比24.4%，较3月上升3.5%，保息固定收益类产品较3月下降1.0%，保息浮动收益型和保息固定收益型产品的占比分别为0.5%和6.8%。非保本浮动收益类产品占比为68.2%，较3月下降2.9%。

商业银行理财产品投资币种。4月份，商业银行共发行人民币类产品2985款，占比为95.9%，占比上升1.5%；外币类产品合计为128款，数量较3月减少41款，分别为美元类、澳元类、港币类、欧元类、加元类以及新西兰元，其占比分别为43.0%、23.4%、22.7%、6.3%、0.8%以及3.9%。相比3月而言，受到美元以及与人民币相关的币种结构性升值预期因素影响，美元类、港币类、澳元类、加元类和新西兰元类产品占比有所上升，而上述币种与人民币联系相对紧密。其余各类币种占比较3月有所下降，在欧元区经济恢复低于预期背景下，欧元走势疲软，以至于欧元类理财产品占比降幅较大，为5.0%。

商业银行理财产品存续期限。3个月（含）以内的理财产品占比最大为62.6%，较3月上升2.3%；而1年（不含）以上产品占比最小，为2.6%，较3月上升1.1%。3个月至6个月（含）和6个月至12个月（含）这两个投资区间所发产品的数量占比分别为22.3%和12.6%。从产品总体存续期限的统计上来看，商业银行理财市场的产品存续期限平均为116天，较3月缩短3天。

商业银行理财产品投资类型。普通类理财产品主要涉及债券货币市场、组合资产管理及票据资产三类投向，债券市场收益的稳健性使得债券货币市场仍是资产管理的重要配置领域，受到银行间理财产品新政策的8号文影响，债券货币类理财产品占比环比提升8.9个百分点，组合资产占比环比下降7.4个百分点。4月份债券货币市场、组合资产管理及票据资产三类投向分别为74.6%、25.3%与0.1%。

结构类理财产品的投资标的涉及股票市场、汇率市场、利率市场及商品市场，产品数量占比分别为28.8%、38.8%、15.1%及14.4%，在股票市场，尤其是股票市场创业板行情带动下，股票资产配置比重环比3月明显提高，随着股市红五月行情概率的提升，预计5月份股票资产配置比例可以达到30%。在大宗商品价格持续走低的背景下，商品市场资产配置期限明显缩短，利率产品期限长期化明显，股票市场、汇率市场、利率市场及商品市场产品的平均投資期限为520天、162天、166天及119天，另外还有4款产品的标的为利率和股票的混合，占比2.9%。

普通类理财产品的投资方向分析。2013年4月份整体来看，债券市场仍是资本市场几个子市场中收益率相对较好的配置领域，债券货币市场类产品发行发售数量最多，发售2220款，数量较3月增加298款，占比74.6%，上升8.9%，环比上升16%。受到股市走弱的滞后性影响，组合资产管理类产品发售753款，数量较3月减少204款，占比25.3%，下降7.4个百分点，环比下降21%。在《中国银监会关于规范商业银行理财业务投资运作有关问题的通知》（下称“8号文”）的影响下，票据资产类产品发行两款，数量较3月减少42款，占比由3月的1.5%下降至0.1%。

尽管8号文对银行非标资产及相关业务有一定的抑制作用，结合出台时间与社会融资新增量结构来看，新增信托1953亿元，环比大幅下降。委托贷款新增1926亿元，继续维持扩张态势，由此推断，8号文对4月份大类的融资结构影响不是很大。

数据显示，信贷投放执行利率基准的信贷比例持续下降（一季度下降1.21个百分点），而利率上浮的贷款占比从12年开始环比出现小幅回升（一季度上升1.51个百分点），这意味着尽管社会融资约束在放松，但融资成本并未见趋势性下降。在企业中长期资本性支出意愿仍较低迷的背景下，企业流动性融资需求导致的风险溢价可能推升了社会融资成本。

从不同投资类型产品的期限收益结构来看，普通类人民币理财产品中，债券货币市场类产品的期限最长、票据类产品的预期收益率最高，组合资产管理类产品的期限最短，债券货币市场类产品的预期收益率最低。

4月份，银行间市场同业拆借月加权平均利率为2.50%，比3月高0.03个百分点；质押式债券回购月加权平均利率为2.55%，比3月高0.09个百分点，比2012年同期低0.74个百分点。受此影响，从环比表现来看，各类理财产品的预期收益率普遍有所上升，产品期限均不同程度缩短。债券货币市场类产品的平均委托期限为115天，平均预期收益率为4.27%，环比上升10个BP。组合资产管理类产品的平均委托期限为108天，环比缩短8天，平均预期收益率为4.30%，环比上升3个BP（基点）。票据资产类产品的平均委托期限为105天，环比缩短29天，平均预期收益率为4.37%，详细信息参见表1。

商业银行所发售的人民币理财产品的期限结构情况。2年期产品的平均预期收益率水平最高，为6.98%；3天产品平均预期收益率水平最低，为2.85%。从环比表现来看，除3天、7天、1个月和2年期产品之外，其余各关键期限点的预期最高收益率水平较3月均不同程度上升，1年期产品升幅最大，为82个BP。1个月期产品的预期最高收益率则下降明显，为72个BP。从利差水平来看，期限为2年期产品的利差水平最高，为283个BP。4月份3天和14天期产品的利差水平在200个BP以上，其余各期限的利差水平在100BP～200BP之间，平均水平为146个BP，6个月期产品利差最低，为107个BP。参见图2。

产品跟踪 篇4

一、溯源技术的研究进展

溯源技术是确保食品质量安全的有力手段, 目前, 许多国家的政府机构和消费者都要求建立农产品质量全程跟踪的溯源机制, 有些国家已开始制定相关的法律, 以法规的形式将该机制纳入农产品物流体系中。与此同时, 溯源技术也成为科学领域内的一个研究热点。

国际上许多学者开始从理论、甚至模型上展开了众多研究, 例如:V.Caporale (2001) 在分析了跟踪与追溯之间差别的基础上, 对一些肉制品可追溯的应用和产品识别注册系统的主要特征进行了描述, 详细阐述了可追溯在食品安全风险评估和管理中的重要性;Linus U.Opara (2003) 对农产品供应链中产品可追溯的基本概念、应用技术和未来前景进行了全面详细的综述, 指出了农产品可追溯的快速和准确度在可持续发展农业中的意义和重要性, 文章对3S (GIS、GPS、RS) 技术在可追溯中应用的可能性进行了分析, 但由于涉及领域较多, 显得广度有余而深度不足;Naas (2005) 等人采用安全、可信、实用、快捷四个决策要素, 利用AHP分析工具对比了猪肉制品可追溯中的人工记录手段和电子识别方法, 得出结论电子识别方法在数据记录和处理方面都能大大提高可追溯管理的高效性和可信度。另外对技术层面的研究也有许多报道, 例如:Lucia Lo Bello (1998) 等人通过对食品追溯过程中所需要的各种数据进行建模, 利用WebService技术构建了一个分布式的协同工作系统, 解决了产品追溯的信息分散性和复杂性;Miguel (2003) 等人对葡萄牙的牛肉制品可追溯进行了研究, 提出了一个基于WEB概念的信息模型, 并对追溯信息的搜集模式进行了描述, 在此基础上构建了一个牛肉制品追溯系统, 实用性比较强;Imad Elkhamri (2005) 通过分析RFID、BARCODE以及GPS技术各自的优缺点, 讨论了在供应链一体化环境中如何将实时跟踪技术和自动识别技术结合在一起共同完成货运物流的可追溯, 并结合铁路、航空、海洋、公路等运输业务的各自特点给出相应合适的建议, 但作者仅从跟踪和识别技术特性上进行分析, 没有给出具体的解决方案;Daniel A.Sumner (2006) 则从食品安全责任界定的角度, 对物流过程的可追溯进行了建模, 并对模型进行了公式化描述、推导和验证, 结论认为物流过程的溯源技术可以提高农产品的安全程度。但由于模型基于理想化的假设, 限制了模型的实用化和可操作性。

相比之下, 我国对农产品溯源技术的研究则处于起步阶段, 在研究方向上更注重它的实用效果, 但只是局限于小范围局部的应用上, 系统性的研究尚不多见。例如:王以忠等 (2008) 提出了一种用于农产品质量溯源的RFID温度测量记录系统, 并证明切实可行;李勇等 (2009) 的研究表明利用傅里叶变换近红外光谱技术可以准确、快速、低廉的对牛肉原产地进行鉴别;郑火国等 (2009) 设计研发出基于GPRS的农产品移动溯源终端, 便于监管机构和消费者随时、随地对农产品质量进行跟踪追溯;此外, 北京、上海、南京、云南、福建、山东等部分城市已开始制定和实施农产品可追溯体制的政策和措施, 其中以山东寿光最具代表性, 自2004年开展以条码为主的蔬菜质量安全可追溯系统的探索以来, 目前已经能够通过编码系统对蔬菜生产流通的全过程进行记录, 从生产到包装、仓储、运输、销售等全过程都可以通过编码进行追溯。

二、溯源技术的应用现状

随着农产品消费量的持续增长和消费结构的多元化发展, 消费者对农产品质量安全提出了更高的要求, 各国也日益重视农产品质量的全程跟踪。农产品在生产、加工、包装或流通过程中的质量安全成了农产品安全领域的重要问题之一。为控制质量安全, 在这个全过程中采用大量的现代信息技术全程监测农产品安全质量, 有效地提高了农产品物流的效率和服务质量, 确保农产品安全监测管理体系的良好运行, 建立兼顾产、供、销和监管部门等环节的数据共享及管理机制, 形成完整的农产品质量安全监测管理网络体系。

以下介绍几种已经开始应用并最具代表性的信息技术:

(一) HACCP体系

HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Point) 表示危害分析的临界控制点, 是一个确认、分析、控制生产过程中可能发生的生物、化学、物理危害的管理系统, 可以有效实现农产品质量监测的信息化管理。HACCP体系是一种有效的农产品质量安全管理体系, 它和可追溯制度一样都要求有一个有效的记录系统, 它是确保农产品安全、进行危害识别、评价和控制的一种科学、合理和系统的方法。通过对加工过程的每一步进行监视和控制, 从而降低危害发生的概率。但该体系也有缺陷, 从单纯的溯源系统来看, 其主要侧重于如何使客观信息得到有效标识、交换和传递, 缺少将整个生产链溯源环节与HACCP的危害识别和关键控制点的结合。

2000年1月12日欧盟发表了《食品安全白皮书》, 将食品安全作为欧盟食品法的主要目标, 推动形成一个新的食品安全体系框架。其中提出的一项根本性改革就是首次把“从田间到餐桌”的全过程管理原则纳入卫生政策。强调食品生产者对食品安全所负有的责任, 并引进HACCP体系。要求所有的食品和食品成分具有可追溯性。从欧盟的实践来看, 食品安全可追溯制度并不是孤立的。它必须与其他质量管理体系结合起来才能发挥作用。因此, 只有将农产品安全可追溯制度与HACCP体系相结合, 才能将整个农产品供应链中所有相关信息链接起来, 而且可以避免重复性工作。总之, HACCP系统不仅是一种能起到预防作用的体系, 并且可以更加经济地保障农产品的安全。

(二) RFID技术

农产品供应链环节较多, 管理困难, 依靠人工控制农产品生产的每一过程不切实际, 必须借助信息技术进行数据的采集、分析和处理。追溯系统主要通过自动识别技术将实物流与信息流结合起来, 使得产品的所有生产信息记录贯穿整个供应链, 利用网络技术完成信息在供应链各环节之间的传输和信息发布, 最终达到跟综和溯源实物的目的。目前, 在追溯系统中引起越来越多关注的是RFID技术 (无线射频识别技术) 。射频识别 (radio frequency identification, 简称RFID) 技术是一种非接触式的自动识别技术, 它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据, 识别工作无须人工干预, 可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签, 操作快捷方便。作为一项易于操控、简单实用、灵活的应用技术, RFID技术在农产品安全管理中得到了广泛应用。RFID所具备的优越性是条码、磁卡、IC卡等其他识别技术无法企及的。该技术将电子标签作为农产品的信息载体, 能够有效地实施跟踪与追溯, 提高农产品安全和监控的水平。中国是个农业大国, 农产品在国内外市场流通领域中具有重要地位, 自动识别技术将成为中国农产品进入国际市场的“身份证”, 将RFID技术及与相关的信息技术相结合, 应用于农产品质量安全将是未来农产品质量追溯的发展趋势, 将大大提高中国农产品物流管理能力、农产品质量监管能力、农产品可跟踪能力及国际贸易中的竞争力。

(三) 稳定同位素技术

目前, 国内外已采用了一系列的溯源检测技术来来鉴别农产品的真伪, 同时追溯农产品的品种、饲养制度和地理起源。这些方法包括植物标记法、DNA标记法、近红外反射光谱法、稳定同位素法。特别是稳定同位素技术, 是国际上目前用于追溯不同来源农产品和实施产地保护的一种有效工具, 在农产品溯源体系中有很大的发展潜力, 日益受到重视。稳定同位素技术就是利用生物体内同位素组成受气候、环境、生物代谢类型等因素的影响, 从而使不同种类及不同地域来源的食品原料中同位素的自然丰度存在差异, 以此区分不同种类的产品及其可能来源地。其特点是在不知背景的前提下, 鉴别农产品成分掺假、农产品污染物来源、追溯产品原产地以及判断动物饲料来源等。稳定同位素技术可用于鉴别不同种类、不同来源的食品原料, 是目前国际上用于追溯农产品产地来源的一种直接而有效工具, 是一个比较新的研究领域, 具有广阔的应用前景。现阶段, 稳定同位素分析法还局限于实验室阶段, 因此, 对此方法还需进一步的探索, 以尽早应用于实际生产中。

(四) EAN.UCC系统

关于追溯码编码的研究, 国外多采用EAN.UCC系统对农产品的生产过程进行跟踪和溯源。目前, 对整个农产品加工链主要采用EAN.UCC系统对全过程进行跟踪与追溯, 建立从“农田到餐桌”的食品供应链的跟踪与追溯信息体系。EAN UCC系统提供了供应链中用于标识物品或服务的一套完整的编码体系。采用自动数据采集技术, 将食用农副产品原料的生长、加工、储藏及零售等供应链环节的管理对象进行标识, 并相互链接。该系统把食品供应链中各个环节的信息连接在一起, 可跟踪食品的生产、加工、运输到销售全过程, 使生产过程透明化, 确保食品安全跟踪的可靠性, 使企业产品在激烈的市场竞争中处于有利地位。但这种系统也有不足之处, 使用EAN.UCC系统, 要求在食品供应链中的每一个加工点, 不仅要对自己加工的产品进行标识, 还要采集所加工的食品原料上已有的标识信息, 并将其全部信息加在产品上, 以备下一个加工者或消费者使用。EAN.UCC系统由全球贸易项目代码 (GTIN) 、应用标识符 (AI) 与全球位置码 (GLN) 三部分信息组成。在食品工业方面, 欧盟等国已经采用EAN UCC系统成功地对牛肉、鱼、蔬菜等食品开展了跟踪。国内在这方面的研究起步较晚, 但发展较快, 并取得了一定进展。

三、结束语

农产品供应链包括生产、加工、仓储、运输、销售等多个环节, 是一条长且复杂的供应链, 其特点是生产产品不可逆转。农产品安全是全球瞩目的焦点。作为质量安全的重要证据, 消费者要求可信赖的、准确、及时地追溯产品及供应链中的各个环节。因此, 溯源系统已成为农产品安全管理一项重要手段, 全球食品产业和许多国家的政府越来越重视农产品溯源系统的建立。溯源技术是支持农产品溯源系统的重要手段, 这些技术的应用除了可以有效保证农产品安全卫生和可以溯源外, 其贸易壁垒的作用也日益凸显。

HACCP体系、RFID技术、稳定同位素技术及EAN.UCC系统等溯源技术的应用确保了农产品安全, 实现对农产品质量安全的管理和监控。对于实现农产品供应链优化整合、农民增收和产业发展具有重要推进作用。可以说信息技术在农产品安全领域中起到了不可替代的作用, 农业信息技术的发展满足了人们对农产品质量安全进一步提高的要求, 信息技术的广泛应用必将会把中国的农产品质量安全体系带入信息化的时代。虽然这些溯源技术的研究和应用已有了很大的发展, 但仍有很多空白领域需要探索, 今后仍需加大研究力度。

摘要：农产品质量安全问题一直是世界性的热点问题。文章简介了国内外溯源技术的研究发展状况, 并介绍了几种具有代表性的溯源技术:HACCP体系、RFID技术、稳定同位素技术及EAN.UCC系统。这些溯源技术的应用不仅确保了农产品质量的安全, 还增强了农产品在国际贸易中的竞争力, 是需要进一步研究和发展的重要领域。

关键词：农产品质量安全,质量全程跟踪,溯源技术

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产品跟踪 篇5

信息社会的发展, 在很大程度上取决于信息与信号处理技术的先进性。数字信号处理技术的出现改变了信息与信号处理技术的整个面貌;而数字处理器作为数字信号处理的核心技术, 其应用已经涉及到设计信号处理的各个领域, 成为电子系统的心脏。某光电跟踪产品设计了基于TMS320C6201B和ADSP2187L的双DSP的信息处理平台, 它提高了对信息的识别处理速度, 具有实时性好、控制精度高、抗干扰能力强等特点。一般情况下, 可利用JTAG口对DSP进行调试, 然而, 在整机情况下, 这种方式就不太适用了。因而, 在本系统中设计了RS 422接口, 大大方便了远程调试和整机调试。

1 RS 422通信设计

本系统选用Maxim公司提供的Max490ESA作为接口芯片, 它具备高速、低功耗等特点。图1所示为RS 422接口原理图。

该通信设计的接口程序包括两个部分:DSP上的通信程序设计和PC机上的通信程序设计。

DSP的通信程序设计主要是调用INT5和TIMER0中断实现的。RX信号线挂在TMS320C6201的INT5脚, 当6201检测到下跳时, 引发一个中断, 在中断程序中, 立即将ADSP2187前端的数据采集到DSP的片内, 然后开放TIMER0中断处理程序。中断程序负责将数据发给PC机。

PC机的RS 422通信程序采用C++ Builder编写, 为多线程程序。利用了专用的RS 422通信控件Vcomm32来实现通信。

1.1 DSP上的RS 422通信程序设计

DSP上的RS 422通信程序是一种有限状态机, 它利用上层协议将位流进行传输, 具体设计如下:

1.1.1 位流的形成

发送过程:RS 422是四线制的差分电平通信标准, 在本系统中, TMS320C6201B的McBSP1用作通用I/O口, 将McBSP1的7根本来用作同步通信用的数据与控制线, 现设置为通用I/O线。

通过将TMS320C6201B的McBSP1接口的DX引脚置高与置低实现发送一位位的数据流, 通过读取RX引脚上的电平信号来接收数据位流。位流的速度与PC机上接收与发送流的速度一致。位流的格式遵循标准异步通信协议 (UART) , 本系统中, 设定为1位起始位, 8位数据位, 2位停止位。由于TMS320C6201B上没有带UART通信口, 只能用软件通过通用I/O引脚模仿UART。位流的节奏由TMS320C6201B的定时器0定时周期控制。图2所示为UART通用异步通信协议。

接收过程:RS 422传输线Rx+、Rx-经过MAX490ESA422接口芯片后, 变成5 V CMOS电平信号Rx。Rx接至TMS320C6201B的两个地方, 一是TMS320C6201B的McBSP1的Rx脚, 另外还同时接至TMS320C6201B的INT5脚。接收的过程如下:一旦PC机发出一个8位数据, PC机首先要发送电平为低的起始位, 这时将引起Rx脚由高到低的跳变, TMS320C6201B的INT5脚将感受到这一电平的跳变, 这将引发TMS320C6201B的一次电平中断, 用来提示TMS320C6201B, 请准备接收PC机上的数据。 在INT5的中断处理程序中, 首先关掉INT5脚电平中断, 以防后来还没有接收完8位的数据位流上的电平变化再次引发不希望出现的中断, 然后退出中断。TIMER0开始计数到给定的周期时, 引起了TIMER0的定时中断, TIMER0判断是否收满8位, 如果没有, 则读取McBSP1脚上的Rx信号, 将其移入到接收缓冲区;如果接收满了8位, 则根据接收缓冲区接收到的字的意义以及DSP其他参数做出处理, 当然, 收满8位, TIMER0定时将打开INT5中断, 复原系统其他状态, 为下一次接收完整数据做准备。这样就完整地接收到了PC机上的一串完整的8位数据。

1.1.2 上层通信协议

位流形成后必须能识别出位流中包含的意义, 或者建立一种DSP与PC之间的通信协议或通信状态机, 确保DSP能够识别出PC机发出的命令字, 同时PC机也能正确接收包含着特别含义的位流。

该通信协议要实现以下功能:

(1) 确保DSP与PC机能正确地握手。当握手不成功时, 要有相应的错误处理机制;当握手不成功的次数太多时, 必须停止握手, 提示操作人员做相应的处理。

(2) 在握手成功后, DSP能够根据PC发出的命令, 做出相应的响应。

(3) 协议应该简单, 不太复杂, 扩展容易。

为了达到以上设计目的, 本系统在DSP上设计了如图3所示的RS 422通信状态机。

其基本过程是:当DSP启动后, 进入主程序, 首先将通信状态机置于准备接收PC机握手码状态, 一旦收到PC机发出的8位数据, 判断是否是8位握手码, 如果是则将通信状态机置于发送握手码状态, 如果握手码接收错误, 则发0x55, 否则发0xAA。如果是正确的握手码, 则将通信状态机置于准备接收PC机命令态。下一步, 通信状态机等待接收PC机发出的命令, 一旦收到8位数据, 则认为是PC机发出的命令, 并根据PC发出的命令, 将通信状态机调整到PC机要求的工作状态, 然后执行PC机要求的操作, 如传送AD原始数据与相关结果, 等待接受PC机发出2187的程序数据等。当执行完PC机的命令, 调整通信状态机回到初始等待PC发出握手测试码状态, 为新一轮的通信准备好条件。

1.2 PC机上的RS 422通信与数据处理

PC机上的RS 422通信程序也需要遵循上面的所列出的通信协议。下面将详细讨论PC机上的RS 422通信与数据处理程序。PC机上的RS 422通信与数据处理程序主要完成以下功能:

(1) 将ADSP2187的程序文件分解, 装入缓冲区内, 等待RS 422接口发出。

(2) 将TMS320C6201B的程序文件分解, 装入缓冲区内, 等待RS 422接口发出。

(3) 接收DSP发出的相关运行结果, 显示、存贮、打印。

相对于DSP上的软件来讲, PC机上的软件要相对复杂些。目前本系统用三个PC机上的软件分别实现它。

PC机上的软件用C++ Builder 5.0软件编写, RS 422通信模块用Comm控件实现, 使用比较方便, 下面分别介绍说明PC机上这三个功能软件的结构与实现。

1.2.1 ADSP2187装入程序

由于CCS本身存在无法装入大文件的bug, 因此, 在开发阶段, 实现装入任意长度的文件是必须的。利用PC机上的C++ Builder程序开发工具, 首先必须能够将ADSP2187的原始程序文件分解, 形成CCS本身可用的数据格式。将分析出的数据放入缓冲区Buffer内, 然后通过RS 422接口发送到TMS320C6201的片内指定的单元内。当发送完毕后, TMS320C6201内部Boot2187函数将负责将ADSP2187数据装到ADSP2187片内, 并启动它。在TMS320C6201B内, 几个简单的循环语句, 即可以将得到的数据发送到ADSP2187片内。下面是程序装载说明:

(1) TMS320C6201装载程序流程

IDMA_IAL=0x80000000;

IDMA__IAL=程序段首地址:PM区地址不变, DM区首地址+0X4000;

读数据使用IRD, 写数据使用IDMA_IWR;

程序区为24位字长, 读写均为先高16位再低8位数据;

(2) 关于程序段地址为0X0000开始的程序段

TMS320C6201不能从0地址开始装程序, 而需要从0X0001地址开始装程序;

0地址处的指令不装;

例如:上面的0x0000开始的程序段装入为:

IDMA_IAL=0x80000000;

IDMA_IAL=0x00010000;

IDMA_IWR=0x0A000000;

IDMA_IWR=0x001F0000; 第一条指令装入完毕

(3) TMS320C6201启动ADSP2187程序运行的操作

IDMA_IAL=0x80000000;

IDMA_IAL=0x00000000;

IDMA_IWR=0x18030000;

IDMA_IWR=0x001F0000;

图4所示为ADSP2187程序文件分解的数据格式及其意义。

1.2.2 TMS320C6201装入程序

TMS320C6201B的装入与ADSP2187程序的装入基本一致, 不同的是TMS320C6201B的程序获取方法不同, TMS320C6201B的程序源文件是在Simulator下将TMS320C6201B的程序区导出而形成的源程序文件。由于无法将大文件装入到TMS320C6201B片内, 希望通过RS 422接口, 将数据发至TMS320C6201B的SBSRAM内或其他缓冲单元。作为烧写FLASH的准备。

PC机的分析程序最后将TMS320C6201B的数据整理成如图5所示的格式, 再将这些代码装入到SBSRAM中, 最后烧录到FLASHRAM中。

1.2.3 接收DSP发出的相关运行结果

这部分程序的作用是向DSP发出获取AD前端数据与相关计算结果的命令, 然后将相关计算结果与原始数据上传到PC机上, PC机将数据存贮在缓冲区内, 将之显示、打印、存贮成规范化的文件。

2 结 论

内外场试验表明, 某光电跟踪产品双DSP系统由于在设计中采用了RS 422接口, 大大方便了远程调试和整机调试, 避免了内外场测试及调试必须拆除外壳体的问题, 大大节约了调试及测试时间。另外, 该项技术不仅在某光电跟踪产品双DSP系统中得到可靠验证, 目前还被推广应用到其他嵌入式系统中。

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产品跟踪 篇6

在当今电子设计领域,由集成电路芯片构成的电子系统朝着大规模、小体积、低电压、高速度的方向飞速发展,导致电路的布局和布线密度变大,同时信号的频率仍在不断提高。采用降低电压的办法不仅可以减少高密度集成电路的功率消耗和芯片内部的散热,有助于提高集成度,而且可以提高信号频率、降低信号间的串扰,是集成电路发展的一个方向。而采用LVDS(Low Voltage Differential Signaling)传输则可以有效克服共模噪声,可用于远距离高速信号传输。

1 LVDS 技术简介

LVDS (Low Voltage Differential Signaling)是一种低摆幅的差分信号技术,它使得信号能在差分PCB线对或平衡电缆上以几百Mb/s的速率传输,其低压幅和低电流驱动输出实现了低噪声和低功耗。LVDS 在两个标准中被定义:IEEE P159613 ( 1996 年3 月通过),主要面向SCI(Scalable Coherent Inteface),定义了LVDS 的电特性,还定义了SCI 协议中包交换时的编码;ANSI/ TIA/ EIA - 644 (1995 年11 月通过) ,主要定义了LVDS 的电特性,并建议了655 Mb/s最大速率和11 923 Gb/s的无失真通道上的理论极限速率。在两个标准中都指定了与物理通道无关的特性,这保证了LVDS 能成为多用途的接口标准。

图1给出了典型的LVDS 互连方法。这里使用的是DS90C031 LVDS 驱动器芯片和DS90C032LVDS 接收器芯片,其中DATA INPOUT和DATA OUTPOUT是TTL电平。驱动器和接收器主要完成TTL 信号和LVDS 信号之间的转换。LVDS 驱动器由一个驱动差分线对的电流源组成,通常电流为3 mA。LVDS 接收器具有很高的输入阻抗,因此驱动器输出的电流大部分都流过100 Ω的匹配电阻,并在接收器的输入端产生大约300 mA的电压。当驱动器翻转时,它改变流经电阻的电流方向,接收器产生有效的逻辑“1”和逻辑“0”状态。

应用LVDS具有许多优势:

(1) 高速率。由于LVDS逻辑状态间的电压变化仅为300 mV,因而能非常快地改变状态。例如当信号电平在333 ps内变化300 mV时,压摆率仅0.9 V/ns,低于将信号失真和串扰减到最小时的标准压摆率1 V/ns。如果使用上升和下降时间不大于比特宽度2/3的老标准,那么具有333 ps跃变的信号能在1 Gb/s下工作,仍保有很大的余地。

(2) 低功耗。随着工作频率的增加,LVDS的电源电流仍保持平坦,而CMOS和GTL技术的电源电流则会随频率增加而呈指数上升,这得益于使用恒流线路驱动器。电流源把输出电流限制到约3.5 mA,同时也限制跳变期间产生的任何尖峰电流。由于没有尖峰电流,就有可能获得1.5 Gb/s的高数据率而不明显增加功耗。恒流驱动输出还能容忍传输线的短路或接地,而不会产生热问题。LVDS降低了终端电阻压降,因此还降低了电路的总功耗。

(3) 噪声性能好。LVDS产生的电磁干扰低,这是因为低电压摆幅、低边沿速率、奇模式差分信号,以及恒流驱动器的Icc尖峰只产生很低的辐射。传输通路上的高频信号跳变产生辐射电磁场,场强正比于信号携带的能量,通过减小电压摆幅和电流能量,LVDS把该场强减到最小;差分驱动器引入了奇模式传输,在传输线上流过大小相等、极性相反的电流,电流在该线对内返回,使面积很小的电流回路产生最低的电磁干扰;当差分传输线紧耦合时,串入的信号是作为共模电压出现在接收器输入的共模噪声中,差分接收器只响应正负输入之差,因此当噪声同时出现在2个输入中时,差分信号的幅度并不受影响。共模噪声抑制也同样适用于其他噪声源,比如电源波动,衬底噪声和接地回跳等。

(4) 具有故障安全(fail-safe)特性确保可靠性。LVDS驱动器和接收器还能实现热插拔,因为恒流驱动解决了损坏问题。另一特点是接收器的故障保护功能,它能防止在输入引脚悬空时产生输出振荡。除上述各种优点外,LVDS只需要简单的端接电阻。这些电阻可以集成到芯片之中,与每条传输线配备多个电阻和电容元件相比,大大降低了所需的费用。另外,LVDS能容忍传输线通路微小的阻抗失配,只要差分信号在紧耦合的传输通路中通过平衡不连续处,信号仍能保持其完整性。非阻抗受控连接器、电路板过孔和芯片封装对差分信号的影响要比对单端信号的影响小得多。表1给出了RS 422与LVDS 之间的简单比较,LVDS 的优势是显而易见的。

2 LVDS在某成像光电跟踪产品中的应用

2.1 系统应用简介

某成像光电跟踪产品信息处理平台采用FPGA+DSP的设计框架,结构框图如图2所示。

该信息处理平台在FPGA和DSP外围增加调理电路、A/D装换器、PROM、SBSRAM、DPRAM、FLASH、电源及电源滤波电路等。FPGA+DSP架构最大的特点是结构灵活,适于模块化设计,能有效地提高算法效率,因而非常适用于成像系统的信息处理。从图2可以看出,该系统通过FPGA,利用LVDS标准电路设计完成图像数据的输出。在该系统中, LVDS有三路差分输出,其中两路传送数据(DA,DB),一路传送时钟(C)。传送格式的要求如下:DA(DAX)为发送16位数据线,传送系统给图像采集设备的所有数据。包括每帧开头发送一个帧计数,帧正程发送图像数据(实时图像数据、滤波图像数据及二值像数据,按DSP要求传送)。图像数据为12位或14位,按需要传送。16位数据的分配如下:最高位为奇偶校验位,“1”表示奇数,“0”表示偶数;次高位为正逆扫信号,“1”表示正扫,“0”表示逆扫;在每帧的开头,图像数据输出之前,添加2个验证字——FDB18540,作为接收方判断每帧数据传送的起始点;帧正程开始后,传图像数据14位,如传的是12位图像数,则其14,13位填0,后12位为图像数据。

(2) DB(DBX):发送同步信号,每字同步,与首数据最高位同时发出,宽度为半个时钟C(CX):时钟信号,始终保持。在LVDS设计实现过程中参考XAPP233的设计方法,16位数据通过并转串移位寄存器进行移位处理,将偶数位锁存于传送时钟的上升沿,奇数位锁存于传送时钟的下降沿。其输入/输出采用DDR技术,保证双沿触发。移位寄存器时钟示意图如图3所示。最终输出数据的时钟锁存的位置如图4所示。LVDS电路功能框图如图5所示。

2.2 系统中LVDS设计的要点

该系统中LVDS应用于FPGA+DSP的高速数字处理平台,在设计及调试过程中,曾出现由于终端电阻匹配不当带来的噪声较大的问题、由于通道选择不当带来的信号畸变问题、以及印制板布线不当带来的信号串扰及噪声等问题,通过这些实际问题的解决总结了以下几点。

2.2.1 终端电阻

不管使用的LVDS 传输通道是PCB线对还是电缆,LVDS 要求使用一个与通道相匹配的终端电阻(100±20) Ω,以防止信号在通道终端发生反射,同时减少电磁干扰。该电阻终止了环流信号,应该将它尽可能靠近接收器输入端放置。该系统使用了两个阻值各为50 Ω的电阻串联,并在中间连接点通过一个电容接地,很好地滤去了共模噪声。

2.2.2 通道(电缆和连接器) 选择

使用受控阻抗通道,差分阻抗约为100 Ω,不会引入较大的阻抗不连续性;当电缆长度小于0.15 m时,大部分电缆都能有效工作,当电缆长度在0.15～10 m之间时,CAT3 (Categor 3) 双绞线对电缆效果好(本系统采用该设计),当电缆长度于10 m, 并且要求高速率传输时,建议使用CAT5 双绞线对。

2.2.3 印制板设计

尽量使用多层板设计(该系统最终采用8层PCB板),保证LVDS 信号、地、电源、TTL 信号分处于不同的PCB层,或者至少处于不同的分区;使TTL信号和LVDS信号相互隔离,最好将TTL和LVDS 信号放在电源/地层隔离的不同层上;使LVDS 驱动器和接收器与LVDS端间连接尽可能短。电源层和地层应尽可能使用粗线。

2.2.4 板上导线

微波传输线(microst rip)和带状线(stipline)都有具备良好的性能;前者一般具备更高的差分阻抗,不需要额外的过孔,后者则在信号间提供了更好的屏蔽。

2.2.5 差分线对

差分线对使用与传输媒质的差分阻抗和终端电阻相匹配的受控阻抗线,并且使差分线对离开集成芯片后立刻尽可能地相互靠近(距离小于10 mm),这样能减少反射并能确保耦合到的噪声为共模噪声。使差分线对的长度相互匹配以减少信号扭曲,防止引起信号间的相位差。而且2条差分线之间应尽可能保持平行,以避免差分阻抗的不连续性。不要仅依赖自动布线功能,而应仔细修改以实现差分阻抗匹配并实现差分线的隔离。尽量减少过孔和使用90°折线来改变线迹走向,避免其他引起线路不连续性的因素。

2.2.6 抗噪声设计

如果电缆感应到的噪声超过LVDS 接收器内部线路设计的容限,接收器就会不确定地开关或振荡。在本系统中通过外加电阻来提高噪声容限,如图6 所示。图6中R1,R3是可选的外接电阻,用来提高噪声容限,R1,R3取12 kΩ,R2取100 Ω。

3 结 语

该系统经过内场的高低温、振动、电磁兼容等试验,同时经过外场绕飞、系留及靶试。内外场试验表明,某成像光电跟踪产品利用LVDS稳定可靠地进行了图像数据的传输及测试,解决了高速率、大容量、长距离的图像数据传输问题,并具备良好的电磁兼容性。另外,该项技术不仅在某成像光电跟踪产品中得到可靠验证,目前还被推广应用到其他数据传输系统中。

摘要：针对远距离高速信号传输的需求,提出了利用LVDS传输的实现方法,介绍了LVDS的技术原理和特点,并根据某成像光电跟踪产品的结构组成,详细介绍了该产品中LVDS系统的设计实现,并根据设计及调试过程中曾经出现的问题,总结了终端电阻匹配、通道设计、印制板布线等方面的设计要点及注意事项。通过内外场试验,验证了该产品LVDS通讯设计,不仅解决了高速率、大容量、长距离的图像数据传输问题,并具备良好的环境适应性及电磁兼容性。

关键词：LVDS,差分信号,数据传输,噪声

参考文献

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