專利名稱：基于fpga模糊模式識別的巴布劑涂布自動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)、藥劑涂布，具體講涉及基于FPGA模糊模 式識別的巴布劑涂布自動(dòng)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，經(jīng)皮給藥系統(tǒng)以其獨(dú)特而有效的疾病治療方式，深受國內(nèi)外醫(yī)藥學(xué)研究 機(jī)構(gòu)和制藥企業(yè)的重視，鑒于TDDS系統(tǒng)的在國內(nèi)外的廣闊市場需求和應(yīng)用前景以及其在 醫(yī)藥領(lǐng)域獨(dú)特的治療功效，將巴布劑的制藥成型工序推向自 動(dòng)化、形成產(chǎn)業(yè)智能化的趨勢 已勢不可擋。巴布劑涂布自動(dòng)控制研究的提出，實(shí)屬于中藥新型經(jīng)皮給藥系統(tǒng)新藥創(chuàng)制課 題的一個(gè)重要研究環(huán)節(jié)。目前，巴布劑成品質(zhì)量檢測很多都采用人工鑒定的方法，其缺點(diǎn)是對均勻度和厚度的評估分析帶有一定的主觀性，難以形成規(guī)格化標(biāo)準(zhǔn)；其結(jié)果的反饋只能為下一貼制劑的生產(chǎn)控制作參考，本次產(chǎn)品不符合標(biāo)準(zhǔn)已被淘汰，因此浪費(fèi)嚴(yán)重、靈活性低。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，使巴布劑涂布均勻度和厚度的控制檢測過程完全自動(dòng) 化，提高系統(tǒng)的實(shí)用性和可靠性，降低成產(chǎn)過程的盲目性，提高產(chǎn)品質(zhì)量，為達(dá)到上述目的， 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，基于FPGA模糊模式識別的巴布劑涂布自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括攝像頭(XD，在巴布劑涂布掃描后攝取圖像，然后送入視頻A/D變換器中進(jìn)行模數(shù) 轉(zhuǎn)化，輸出ITU-R BT. 601-A標(biāo)準(zhǔn)的4:2:2數(shù)字視頻圖像信號Y、Cr和Cb，ITU是國際電信聯(lián) 盟的縮寫；大容量緩存器SDRAM作為外部緩存，存儲數(shù)字視頻圖像信號；可編程邏輯器件FPGA，F(xiàn)PGA內(nèi)部設(shè)置有SDRAM控制器，SDRAM控制器用于控制采集 到的數(shù)字圖像信號暫存于SDRAM中，待整幀數(shù)據(jù)全部緩存完畢后，F(xiàn)PGA內(nèi)部設(shè)置的模式識 別模塊再從SDRAM中讀取數(shù)據(jù)，為加快運(yùn)算速度，模式識別模塊包括有除法運(yùn)算輔助功能 模塊，模式識別模塊用于運(yùn)用模糊模式識別原理對信號進(jìn)行判斷識別，給出控制反饋信號； FPGA內(nèi)部還設(shè)置有配置初始化模塊，用于對視頻A/D變換器進(jìn)行初始化配置。FPGA內(nèi)部設(shè)置有數(shù)據(jù)傳輸模塊，用于接收來自視頻A/D變換器輸出的時(shí)鐘信號， 視頻A/D變換器輸出的水平同步信號HS、垂直同步信號VS作為數(shù)據(jù)傳輸模塊的輸入控制信 號，視頻A/D變換器輸出的8位數(shù)字視頻解碼輸入信號是本模塊即將寫入SDRAM中的緩存 數(shù)據(jù)，也是模式識別模塊的識別對象，本模塊以時(shí)鐘信號作為定時(shí)基準(zhǔn)信號，在有效數(shù)據(jù)行 中提取720個(gè)有效像素點(diǎn)的YCrCb信號，并通過移位合并把Sbit數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)變換為16bit。SDRAM控制器模塊端口為，輸入端口 clkl00M是時(shí)鐘信號輸入端，通過輸出端口 elk將IOOMHz時(shí)鐘送入SDRAM中作為其內(nèi)部定時(shí)基準(zhǔn)，cmd是激活命令輸入端，rtc_flag 是讀/寫請求命令輸入令端，addr[13:0]是14位地址信號，尋址SDRAM中目標(biāo)存儲單元，datain [15 0] χ 是 16 位讀 / 寫數(shù)據(jù)，輸出端口 除了 cmd_ack、dataout [15 0]和 data_valid 信號端，其余信號均與SDRAM外部引腳對應(yīng)相連，以控制SDRAM時(shí)序邏輯完成數(shù)據(jù)的隨機(jī)存 取，SDRAM控制器模塊設(shè)置有read_en和read_aCk兩個(gè)握手應(yīng)答信號端口以協(xié)調(diào)動(dòng)作，而信 號線cmd、rtc_flag和addr為兩個(gè)模塊時(shí)分復(fù)用，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸模塊工作時(shí)，cmd、rtc_flag 和addr [13:0]傳送寫控制命令和輸入地址信號，而datain [15 ；0]傳送寫輸入數(shù)據(jù)；當(dāng)模 糊模式識別模塊工作時(shí)，cmd,rtc_flag和addr [13:0]傳送讀控制命令和輸出地址信號，而 dataout [15:0]傳輸讀輸出數(shù)據(jù)，伴隨輸出data_Valid數(shù)據(jù)讀取完成狀態(tài)信號，表明此時(shí) 讀數(shù)據(jù)輸出有效，cmd_ack是系統(tǒng)忙時(shí)狀態(tài)反饋信號，用來判斷SDRAM的運(yùn)行狀態(tài)以及其數(shù) 據(jù)是否可以繼續(xù)讀寫。
模式識別模塊通過有限狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)，并按如下過程工作狀態(tài)StateO時(shí)，分離視 頻圖像信號的三個(gè)特征指標(biāo)Y、Cr和Cb ；轉(zhuǎn)入Statel時(shí)，輸入Y、Cr、Cb與三個(gè)模式標(biāo)值分 別求差并取絕對值；轉(zhuǎn)入State2時(shí)，輸入Y、Cr、Cb與三個(gè)模式標(biāo)值分別求和；轉(zhuǎn)入State3 時(shí)，將Statel中的差值與State2中的和值作商；轉(zhuǎn)入State4時(shí)，求模糊Lambert距離；轉(zhuǎn) 入State5和State6時(shí)，利用隸屬函數(shù)求值，根據(jù)最大隸屬原則做模式識別，并給出巴布劑 自動(dòng)控制信號；為了保證控制作用的有效性，State7設(shè)計(jì)系統(tǒng)響應(yīng)延時(shí)。在構(gòu)造模式識別的隸屬函數(shù)時(shí)，首先要從模糊模式Ai中選出Ki個(gè)樣板，并對每個(gè) 樣板的特性指標(biāo)向量采集實(shí)測值，然后計(jì)算這Ki個(gè)特性指標(biāo)向量的平均值，即樣板均值；計(jì)算從SDRAM中讀取的視頻圖像數(shù)據(jù)與各模式均值樣板之間的距離，設(shè)計(jì)選擇
模糊Lambert距離函數(shù)，設(shè)(U，d)為度量空間
權(quán)利要求
1.一種基于FPGA模糊模式識別的巴布劑涂布自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征是，包括攝像頭CCD，在巴布劑涂布掃描后攝取圖像，然后送入視頻A/D變換器中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化，輸出ITU-R BT. 601-A標(biāo)準(zhǔn)的4:2:2數(shù)字視頻圖像信號Y、Cr和Cb，ITU是國際電信聯(lián)盟 的縮寫；大容量緩存器SDRAM作為外部緩存，存儲數(shù)字視頻圖像信號；可編程邏輯器件FPGA，F(xiàn)PGA內(nèi)部設(shè)置有SDRAM控制器，SDRAM控制器用于控制采集到 的數(shù)字圖像信號暫存于SDRAM中，待整幀數(shù)據(jù)全部緩存完畢后，F(xiàn)PGA內(nèi)部設(shè)置的模式識別 模塊再從SDRAM中讀取數(shù)據(jù)，模式識別模塊包括有除法運(yùn)算輔助功能模塊，模式識別模塊 用于運(yùn)用模糊模式識別原理對信號進(jìn)行判斷識別，給出控制反饋信號；FPGA內(nèi)部還設(shè)置有 配置初始化模塊，用于對視頻解碼器進(jìn)行初始化配置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA模糊模式識別的巴布劑涂布自動(dòng)控制系統(tǒng)， 其特征是，F(xiàn)PGA內(nèi)部設(shè)置有數(shù)據(jù)傳輸模塊，用于接收來自視頻A/D變換器輸出的時(shí)鐘信號， 視頻A/D變換器輸出的水平同步信號HS、垂直同步信號VS作為數(shù)據(jù)傳輸模塊的輸入控制信 號，視頻A/D變換器輸出的8位數(shù)字信號是本模塊即將寫入SDRAM中的緩存數(shù)據(jù)，也是模式 識別模塊的識別對象，本模塊以時(shí)鐘信號作為定時(shí)基準(zhǔn)信號，在有效數(shù)據(jù)行中提取720個(gè) 有效像素點(diǎn)的Y、Cr、Cb信號，并通過移位合并把Sbit數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)變換為16bit。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA模糊模式識別的巴布劑涂布自動(dòng)控制系統(tǒng)， 其特征是，SDRAM控制器模塊端口為，輸入端口 clkl00M是時(shí)鐘信號輸入端，通過輸出端 口將IOOMHz時(shí)鐘送入SDRAM中作為其內(nèi)部定時(shí)基準(zhǔn)；cmd是激活命令輸入端；rtc_flag 是讀/寫請求命令輸入端；addr[13:0]是14位地址信號，尋址SDRAM中目標(biāo)存儲單元； datain[15:0]是 16 位讀 / 寫數(shù)據(jù)。輸出端口 除了 cmd_ack、dataout [150]和 data_valid 信號端，其余信號均與SDRAM外部引腳對應(yīng)相連，以控制SDRAM時(shí)序邏輯完成數(shù)據(jù)的隨機(jī) 存取。SDRAM控制器模塊設(shè)置有read_en和read_aCk兩個(gè)握手應(yīng)答信號端口以協(xié)調(diào)動(dòng)作， 而信號線cmd、rtc_flag和addr為兩個(gè)模塊時(shí)分復(fù)用。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸模塊工作時(shí)，cmd,rtc_ flag和addr[13:0]傳送寫控制命令和輸入地址信號，而datain[15 ；0]傳送寫輸入數(shù)據(jù)； 當(dāng)模糊模式識別模塊工作時(shí)，cmd、rtC_flag和addr[13:0]傳送讀控制命令和輸出地址信 號，而dataout [15:0]傳輸讀輸出數(shù)據(jù)，伴隨輸出data_Valid數(shù)據(jù)讀取完成狀態(tài)信號，表明 此時(shí)讀數(shù)據(jù)輸出有效，cmd_ack是系統(tǒng)忙時(shí)狀態(tài)反饋信號，用來判斷SDRAM的運(yùn)行狀態(tài)以及 其數(shù)據(jù)是否可以繼續(xù)讀寫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA模糊模式識別的巴布劑涂布自動(dòng)控制系統(tǒng)， 其特征是，模式識別模塊通過有限狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)，并按如下過程工作狀態(tài)^ateO時(shí)，分離視 頻圖像信號的三個(gè)特征指標(biāo)Y、Cr和Cb ；轉(zhuǎn)入Matel時(shí)，輸入Y、Cr、Cb與三個(gè)模式標(biāo)值分 別求差并取絕對值；轉(zhuǎn)入Mate2時(shí)，輸入Y、Cr、Cb與三個(gè)模式標(biāo)值分別求和；轉(zhuǎn)入Mate3 時(shí)，將Matel中的差值與Mate2中的和值作商；轉(zhuǎn)入Mate4時(shí)，求模糊Lambert距離；轉(zhuǎn) 入Mate5和Mate6時(shí)，利用隸屬函數(shù)求值，根據(jù)最大隸屬原則做模式識別，并給出巴布劑 自動(dòng)控制信號；為了保證控制作用的有效性，State7設(shè)計(jì)系統(tǒng)響應(yīng)延時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于FPGA模糊模式識別的巴布劑涂布自動(dòng)控制系統(tǒng)，其 特征是，在構(gòu)造模式識別的隸屬函數(shù)時(shí)，首先要從模糊模式Ai中選出Ki個(gè)樣板，并對每個(gè)樣 板的特性指標(biāo)向量采集實(shí)測值，然后計(jì)算這Ki個(gè)特性指標(biāo)向量的平均值，即樣板均值；
全文摘要
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)、藥劑涂布。為使巴布劑涂布均勻度和厚度的控制檢測過程完全自動(dòng)化，提高系統(tǒng)的實(shí)用性和可靠性，降低成產(chǎn)過程的盲目性，提高產(chǎn)品質(zhì)量，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，基于FPGA模糊模式識別的巴布劑涂布自動(dòng)控制系統(tǒng)，攝像頭CCD；大容量緩存器SDRAM作為外部緩存，存儲數(shù)字視頻圖像信號；可編程邏輯器件FPGA，F(xiàn)PGA內(nèi)部設(shè)置有SDRAM控制器，模式識別模塊包括有除法運(yùn)算輔助功能模塊，模式識別模塊用于運(yùn)用模糊模式識別原理對信號進(jìn)行判斷識別，給出控制反饋信號；FPGA內(nèi)部還設(shè)置有配置初始化模塊，用于對視頻解碼器進(jìn)行初始化配置。本發(fā)明主要應(yīng)用于藥劑涂布。
文檔編號G05B19/05GK102096389SQ20101059955
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者孫永俊, 孟昭鵬, 李昌福 申請人:天津大學(xué)