CN212012826U - 一种工业ai相机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种工业AI相机，包括：机身、镜头模组及多个对外接口；机身内设有多个电路板，包括核心板、供电板及接口板；各对外接口分别固定于接口板上；对外接口包括第一接口、两个第二接口及两个type‑c接口；第一接口通过接口板与供电板电连接；核心板上设有一AI‑SOC芯片；各第二接口、各type‑c接口分别通过接口板与AI‑SOC芯片的管脚电连接。本实用新型采用AI计算专用AI芯片，丰富了对外的通讯接口，直接与工业AI云计算网络连接，避免了很多复杂的软件开发工作；同时还增加了高速的type‑c接口，通过设置type‑c的接口定义及挂载不同的外部设备，实现无线联网及加速处理等多种功能。

Description

一种工业AI相机

技术领域

本实用新型涉及一种工业自动化领域，特别是涉及一种工业AI相机产品。

背景技术

在当前的工业自动化领域，常规的工业AI相机，所使用的芯片都是常规的嵌入式CPU芯片，一般采用ARM架构，如海康机器人的SC系列、康耐视in-sight系列，都是基于传统应用场景的基础上，集成了一些AI计算来处理相机内部采集的图片。传统的ARM架构芯片对于AI计算的能力很弱，这就造成了相机性能无法满足快速的AI计算；在应对工业互联网与AI相结合的场景时，就显得力不从心了，这也是限制低功耗工业智能相机在AI领域应用推广的主要问题。

此外，传统的应用场景下，智能相机产品一般具有两个接口，一个是供电接口，另一个是网络通讯接口，也就是通常意义的网口。比如海康的工业AI相机X86智能相机、康耐视的AI相机in-sight 9902，对外接口均为2个工业标准的M12接口，通过专用的M12电缆连接主控设备，这两个M12接口一个是供电接口，一个是网络通讯接口。

采用一个以太网接口存在以下问题：

1、采用1个以太网接口连接主控PLC设备，接入到工控网络中。但是，受限于工控网络的网络带宽的影响，以及AI计算时需要外部协同处理的数据交换要求，传统的工业AI相机无法支持AI的协同计算，包括云端协同，即AI服务器和本地协同通过高性能加速棒来拓展相机的AI计算能力，这就导致传统的AI相机本身既没有很好的计算性能，又无法通过多种高速通讯接口来进行协同计算，最后的结果就是相机的处理能力根本无法满足用户的使用要求；

2、由于相机只能跟PLC连接，在工业网络内部进行数据交换，如果要通过AI云服务器进行实时计算的话，那云服务器要通过本地的数据服务器，再通过PLC来连接相机，经过三次数据透传之后，无法保证安全性，也就是PLC等主控设备有可能受到外部网络的攻击，是很不安全的方式；

3、不同厂家的PLC和数据服务器对软件的要求不一样，这就导致了不同的PLC平台，对AI服务器的软件都需要重新配置，部署难度非常高，部署成本也非常高，造成兼容性较差的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种工业AI相机，用于解决现有技术中工业相机的网络通讯接口只有一个，导致计算能力有限、数据传输受限、兼容性差及带宽不够的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种工业AI相机，包括：机身、镜头模组及多个对外接口；

所述机身内设有多个电路板，包括核心板、供电板及接口板；各所述对外接口分别固定于所述接口板上；

所述对外接口包括第一接口、两个第二接口及两个type-c接口；

所述第一接口通过所述接口板与所述供电板电连接；

所述核心板上设有一AI-SOC芯片；

各所述第二接口通过所述接口板与所述AI-SOC芯片的网络接口管脚电连接

各所述type-c接口通过所述接口板与所述AI-SOC芯片的USB通讯管脚电连接。

于本实用新型的一实施例中，所述接口板位于所述机身底部，所述多个对外接口的接插部分分别凸出所述机身之外。

于本实用新型的一实施例中，所述第一接口及各所述第二接口的接插部分的凸出高度一致。

于本实用新型的一实施例中，所述第一接口及各所述第二接口均为航空标准接口。

于本实用新型的一实施例中，所述第一接口及两个所述第二接口呈钝角三角形排列；两个所述type-c接口分别位于所述钝角三角形顶角的两侧。

如上所述，本实用新型的一种工业AI相机，根据工业AI相机和工业互联网的应用场景特点，采用AI计算专用的AI芯片，丰富了对外的通讯接口，能够把工业AI相机作为端部边缘计算单元，直接接入到工业AI云计算网络之内，而不需要跟PLC进行通讯，避免了很多复杂的软件开发工作；同时还增加了高速的type-c接口，通过挂载不同的外部设备，实现无线联网及加速处理等多种功能。

附图说明

图1显示为本实用新型实施例中的相机正面的外部结构示意图。

图2显示为图1对应的内部结构示意图。

图3显示为本实用新型实施例中的相机背面的外部结构示意图。

图4显示为图3对应的内部结构示意图。

图5显示为本实用新型实施例中的相机底面的结构示意图。

元件标号说明

1-机身；2-镜头模组；3-对外接口；4-接口板；5-供电板；6-核心板；7-按键板；

8-探测器；301-第一接口；302-第二接口；303-type-c接口。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1至图5。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

请参阅图1-图4，本实用新型提供一种工业AI相机，包括：机身1、镜头模组2和多个对外接口3；

机身1内设有多个电路板，包括接口板4、供电板5及核心板6；核心板6上设有一AI-SOC芯片，各对外接口3的管脚分别与AI-SOC芯片不同功能模块的管脚电连接，实现各对外接口3的不同功能。

之所以选用AI-SOC芯片，是因为当前的工业AI相机，都是采用CPU来进行AI的计算，CPU为多核ARM架构，利用LINUX操作***对ARM多核进行调度来进行并行加速，实现的是操作***层面的软加速，但是ARM芯片在AI神经网络的计算方面能力有限，所以用基于ARM的CPU来计算AI是低效的。本方案所使用的AI专用芯片，是非ARM架构的AI-SOC芯片，具有专门的AI计算核，可以针对AI神经网络的计算进行芯片级别的硬件加速，单位功耗下的AI计算能力比ARM强至少10倍。

需要说明的是，AI-SOC芯片仅增强了相机的计算能力，在硬件电路架构、芯片的使用方法、与周边其他器件的连接方式和工作原理上，与传统的基于ARM的CPU芯片都是相同的。

本实施例中采用的AI-SOC芯片型号为Hi3559AV100，实际应用中，可根据需要进行芯片选型，此处不再赘述。

请参阅图2，接口板4设于机身1的底部，通过螺丝与机身1的外壳固定连接；多个对外接口3分别焊接于接口板4上，且多个对外接口3的接插部分分别凸出机身1之外。

请参阅图5，对外接口3包括第一接口301、两个第二接口302及两个type-c接口303；

第一接口301通过接口板4与供电板5实现电连接，用于为工业相机提供工作电源；需要说明的是，第一接口301的接口定义与传统的工业相机的定义相同，即能够进行IO信号的交互和串行接口的交互，此处不再赘述。

各第二接口302通过接口板4与AI-SOC芯片的网络接口管脚实现电连接；用于为工业相机提供数据交互功能；各第二接口302通过专用的M12标准口转以太网接口的电缆连接主控设备或云平台。

需要说明的是，第一接口301和两个第二接口302均为航空标准接口，且第一接口301和两个第二接口302的接插部分的凸出高度一致。本实施例中均采用M12航空插头；M12航空插头为工业标准的防水防尘连接方式，具有IP67的防水等级。实际应用中，可根据需要选择接口类型，也可根据需要对接口的公、母进行区分使用，此处不再赘述。

进一步说明，本实施例中的两个第二接口302均采用全双工的以太网接口协议，两个第二接口302的网络带宽为自适应，可根据外部设备的网络情况来适配本方案的网络带宽，每一个网口都支持最高1000Mbit的带宽；此外，两个第二接口302具有两个独立的IP地址，由AI-SOC芯片内的两个独立的网卡模块和网卡控制器模块进行控制，相互间互不影响，可在物理上进行隔离，保证网络安全性。

两个第二接口302中的其中一个，与工控网络连接，如连接PLC或机床，通过工控网络通讯协议进行数据交换。采用这种方案，第二接口302具有独立且足够的带宽，可用于传输实时高清视频流及高帧率图片的数据，满足工业标准，操作简单可靠。

两个第二接口302中的另一个，可直接连接AI计算服务器或者云服务器，跟云平台进行数据交互。采用这种方案，不需要云平台根据不同的硬件平台单独适配，解决了兼容性问题；向上对接云平***占千兆以太网带宽，不会影响到工业网络内的设备，造成数据堵塞的问题；此外，两个网络通讯接口物理上的隔离，实现了云平台从相机侧来获取数据的安全性问题。

根据工业逻辑拓扑设计中的基本原则，AI相机作为PLC的从属设备，不具有向上控制PLC的权限和能力，但是具备从PLC获取数据的权限和能力。本方案的网络通讯接口物理上的隔离，保证了AI服务器既能获取到工业网络内部的各种数据，又无法通过AI相机来控制PLC的主控设备，AI云服务器只需要连接本方案中的AI相机，直接从AI相机侧来获取数据，而不需要对接不同的PLC和数据服务器，所有对接PLC层的操作都由相机完成，相机通过工业网络跟PLC进行通讯，满足工业标准，符合安全性要求；而向上对接云平台，可以满足工业互联网的数据传输要求，不需要云平台根据不同的硬件平台单独适配，解决了兼容性问题。

需要说明的是，本实施例中第一接口301和两个第二接口302对应的接口定义仅为示范说明，实际使用中，可根据需要更换任一接口所对应的接口定义。

继续说明，两个type-c接口303通过接口板4与AI-SOC芯片的USB通讯模块管脚，即通用串行总线模块管脚，实现电连接；两个type-c接口303由与AI-SOC芯片配套使用的两个独立的网卡模块进行控制，本实施例中，网卡模块采用的型号为RTL8367N-VB-CG。

两个type-c接口303均遵守USB3.0通讯协议，具有10Gbit的传输带宽，支持最高速度的数据交换，可以实现多个AI相机之间的协同计算，也可以实现AI加速棒作为从属设备来对相机进行加速。

两个type-c接口303通过外部挂载不同设备，从而实现不同的拓展功能。

如，type-c接口303内部与AI-SOC芯片的通用串行总线模块管脚连接，外部挂载外设来实现无线联网功能，其中，外设包括：wifi天线、USB-5G网卡、USB-4G网卡、蓝牙天线中的任意一个。

或，type-c接口303内部与AI-SOC芯片的通用串行总线模块管脚连接，外部挂载神经网络加速棒来提升相机的AI计算能力。

需要说明的是，type-c接口303通过专用的M12标准口转type-c口的电缆与外设实现电连接。

继续说明，请参阅图1和图2，机身1内设的电路板还包括按键板7和探测器8；按键板7位于机身顶部，按键板7上设有多个按钮和多个LED指示灯。

综上所述，本实用新型的一种工业AI相机，将AI-SOC专用芯片应用在工业AI相机领域，替换基于ARM架构的嵌入式CPU芯片，而不改变周边的电路原理和功能，在此基础上实现满足本发明述所各项功能改进；

其次，设置2个独立的千兆以太网接口，可以对AI云服务器的数据通讯采用单独的一个千兆以太网接口，既不会受到带宽限制，也不会影响到工业控制网络内的设备的安全性；设置两个独立的type-c接口，采用USB3.0的通讯协议，支持最高速度的数据交换，可以实现多个AI相机之间的协同计算，也可以实现AI加速棒作为从属设备来对相机进行加速；

最后，AI云服务器只需要连接本方案中的AI相机，从AI相机侧来获取数据，而不需要对接不同的PLC和数据服务器，所有对接PLC层的操作都由相机完成，相机通过工业网络跟PLC进行通讯，满足工业标准，符合安全性要求；而向上对接云平台，可以满足工业互联网的数据传输要求，不需要云平台根据不同的硬件平台单独适配，解决了兼容性问题。

所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种工业AI相机，其特征在于，所述相机包括：机身、镜头模组及多个对外接口；

所述机身内设有多个电路板，包括核心板、供电板及接口板；各所述对外接口分别固定于所述接口板上；

所述对外接口包括第一接口、两个第二接口及两个type-c接口；

所述第一接口通过所述接口板与所述供电板电连接；

所述核心板上设有一AI-SOC芯片；

各所述第二接口通过所述接口板与所述AI-SOC芯片的网络接口管脚电连接；

各所述type-c接口通过所述接口板与所述AI-SOC芯片的USB通讯管脚电连接。

2.根据权利要求1所述的工业AI相机，其特征在于：所述接口板位于所述机身底部，所述多个对外接口的接插部分分别凸出所述机身之外。

3.根据权利要求2所述的工业AI相机，其特征在于：所述第一接口及各所述第二接口的接插部分的凸出高度一致。

4.根据权利要求1所述的工业AI相机，其特征在于：所述第一接口及各所述第二接口均为航空标准接口。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的工业AI相机，其特征在于：所述第一接口及两个所述第二接口呈钝角三角形排列；两个所述type-c接口分别位于所述钝角三角形顶角的两侧。

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