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自动光学检测仪通信系统设计.pdf

自动光学检测仪通信系统设计.pdf

上传者: 学乐 2012-04-02 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《自动光学检测仪通信系统设计pdf》,可适用于工程科技领域,主题内容包含在现代工业自动化生产中涉及到各种各样的检验、生产监控及零件测量、识别应用等环节然而通常人眼很难连续、稳定地完成这些带有高度重复性和智能性的工作一般物符等。

在现代工业自动化生产中涉及到各种各样的检验、生产监控及零件测量、识别应用等环节然而通常人眼很难连续、稳定地完成这些带有高度重复性和智能性的工作一般物理量传感器也较难实现这些功能。而利用光电成像系统采集被检测目标的图像并经计算机或专用的图像处理模块进行数字化处理。与一般图像处理系统相比自动光学检测更强调精度、速度以及工业现场环境下的可靠性。因此这里提出一种基于CAN总线的自动光学检测通信系统设计方案该系统设计能够满足PCB自动光学检测控制系统的指标要求。自动光学检测通信系统分析自动光学检测系统具有快速准确、可重复性强以及自动化程度高等特点。自动光学检测技术的出现极大地减轻了人工检测的压力解决了传统人工检测中的许多问题提高了产品的检测质量和速度为工业领域自动检测提供了革命性的解决方案。分布式的现场总线能同时满足过程控制和制造业自动化的需要成为了该自动光学检测系统的最佳选择。分布式的现场总线控制系统比集散型控制系统更好地体现了“信息集中、控制分散”的特点。且分布式控制系统在适用范围、可扩展性、控制速度、系统模块化、可维护性、抗单点故障等方面具有明显优势。控制器局域网(CAN)总线是一种在工业控制中应用的总线带宽利用率高纠错能力强并且废除了传统的站地址编码采用对通信数据块进行编码可以多主方式工作运用非破坏性仲裁技术有效避免了总线冲突短帧结构数据传输时间短受干扰的概率低重新发送的时间短每帧数据都有CRC校验及其他检错措施保证了数据传输的高可靠性适用于高干扰环境下节点在错误严重的情况下具有自动关闭总线功能使总线上其他操作不受影响可以点对点一对多及广播集中方式传送和接收数据。因此CAN总线满足该控制系统的数据总线要求。本设计采用英飞凌开发的位微控制器系列中的XCCS为控制器并成功地将其应用到PCB板面缺陷自动光学检测仪的控制系统。自动光学检测仪通信系统设计胥嫏叶玉堂吴云峰何景秋张薿文岳松(电子科技大学光电信息学院四川成都)摘要:为了提高控制系统的稳定性和智能控制性能设计出基于CAN总线的自动光学检测通信系统。分析了自动光学检测通信系统的特点以及在自动光学检测中的应用利用多个XCCS型微控制器实现整个系统的通信。描述了该系统的硬件组成结构和工作原理给出了系统CAN总线接口以及CAN总线的软件设计。自动光学检测通信系统已成功应用于印刷电路板PCB自动光学检测仪中实验结果表明该系统运行稳定可靠满足PCB自动光学检测仪控制系统的要求。关键词:CAN总线XCCS自动光学检测自动控制印刷电路板(PCB)中图分类号:TN文献标识码:A文章编号:-()DesignofautomaticopticalinspectioncommunicationsystemXULang,YEYutang,WUYunfeng,HEJingqiu,ZHANGNiwen,YUESong(SchoolofOptoelectronicInformation,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,Chengdu,China)Abstract:Inordertoimprovethestabilityandintelligentcontrolperformanceofthecontrolsystem,theautomaticopticalinspection(AOI)communicationsystembasedonCANbusisdesignedInthispaper,thecharacteristicsofAOIcommunicationsystemsanditsapplicationinautomaticopticaldetectionareanalyzedTheoverallsystemcommunicationisusedwithmultipleXCCSmicrocontrollerThepaperdescribedthehardwarecomponentsstructureandworkingprincipleofthesystem,andgavetheCANbusinterfaceanditssoftwaredesignTheautomaticopticalinspectioncommunicationsystemhasbeensuccessfullyappliedtotheprintedcircuitboardPCBautomaticopticalinspectionapparatus,theexperimentalresultsshowthatthesystemisstableandreliabletomeetthePCBautomaticopticaldetectorcontrolsystemsKeywords:CANbusXCCSautomaticopticalinspectionautomaticcontrolprintedcircuitboard(PCB)收稿日期:稿件编号:作者简介:胥嫏()女重庆人硕士研究生。研究方向:机器视觉系统。电子设计工程ElectronicDesignEngineering第卷Vol第期No年月Sept--通信系统总体设计方案系统组成原理自动光学检测系统由上板部分、扫描正面、扫描反面、分拣、分拣以及主机共部分组成整个系统使用的电机有类共个、气缸个以及各类传感装置若干。整个系统架构如图所示。由于整个控制系统对实时性、稳定性以及协调性要求很高整个控制模式分为制作标准板模式、单步运行模式以及检测模式对于模式间转换的灵活性要求也很高。而分布式控制系统因其具有高可靠性、开放性、灵活性、协调性、控制功能齐全和易于维护等特点完全满足本控制系统的要求。分布式控制系统使用较多的网络拓扑结构有星型、环型和总线型种。其中星型结构(中央控制型)中所有通信都经中央控制节点若中央控制节点有故障则整个系统就会瘫痪环型结构中相邻控制节点顺序连接形成环路信息一般仅以一个方向在环上从源节点传送到目的节点发生故障时可支持双向传输但环路一般封闭不利于节点的扩充而总线型结构的所有节点都共享一个公共的物理通道(即总线)因此网络上的任意一个节点均可在任意时刻主动向网络上的其他节点发送信息且具有延迟小、速度快、易扩展、单个节点故障影响小的优点。因此该控制系统采用总线型拓扑结构如图所示。CAN总线硬件电路设计为了保证控制系统的技术指标完成实时数据处理和电路保护功能并考虑到系统的扩展性采用位微控制器系列中的XCCS。该芯片尺寸小、运算速度高并集成有TwinCAN模块该模块用于控制帧的自动发送和接收。该模块有个全功能的CAN节点共享模块的资源提供个报文对象它们可独立分配给个CAN节点中的任意一个还可以组合构成FIFO结构。每个报文对象分别对应有利于滤波的验收屏蔽寄存器。全CAN功能和FIFO结构的灵活组合可满足复杂嵌入式控制应用的实时要求。CAN总线监控功能的增强以及报文对象个数的增加使得CAN的总线通信处理更加精确和方便。网关功能允许在个独立的CAN总线系统之间进行自动数据交换减轻了CPU负载提高了整个系统的实时性。个CAN节点的位定时都从主时钟得到可通过编程使数据速率达到Mbs。CAN总线收发器采用英飞凌公司的TLEG支持传送速率高达Mbs具有抗瞬变、抗射频和抗电磁干扰的特性并具有宽泛的工作范围(~)以及短路保护和过温保护功能。具体的CAN总线节点原理图设计如图所示。另外总线连接时两端各加一只Ω的电阻它们对于匹配总线阻抗起着相当重要的作用可减少信号反射干扰。CAN总线节点软件设计CAN总线节点软件设计与整个系统的实时性和可靠性密切联系。本系统中各部分间的数据交换比较频繁CAN总线上传输的数据帧包括有:)主机发送的控制指令帧主机控制着整个系统的工作模式通过PCB板为好板或坏板的信号来控制分拣和分拣的运作)各控制部分传给主机的状态信息将正在上板中、正在出板中或者系统故障等消息传给主机方便操作人员实时了角整个系统信息)各控制部分之间的信息交换如上板部分检测到一批PCB板检测完成通知分拣部分出板的信号任何部分检测到故障通知报警信号等。图系统组成原理FigStructureprincipleofsystem图CAN总线系统图FigStructurediagramofCANBussystem图CAN总线节点原理图FigSchematicdiagramofCANnode胥嫏等自动光学检测仪通信系统设计--《电子设计工程》年第期根据系统的实际情况未编写相应的软件程序。这里使用的XCCS单片机的CAN控制器遵循CANVB规范。报文缓存单元最多保存个报文对象每个对象的最大数据长度为字节。每个报文对象有一个标识符和自己的控制和状态位集。通过控制相应寄存器来存放通信时发出或者接收到的数据以及报文寄存器组的设置。对报文寄存器进行初始化之后报文缓存单元无需CPU监控就能够处理数据的接收和发送简化了软件代码的编写。而CPU通过访问CAN控制器状态寄存器或者由CAN控制器以中断的方式通知CPU即可得到当前通信状态从而节省了CPU的占用时间。CAN控制器的初始化要实现CAN通信首先要对CAN控制器进行正确初始化设置。初始化主要完成下面的工作:节点控制寄存器ACRBCR的设定CCE和INIT置位错误计数器最大值的设定节点输出管脚的设定节点传输速率的设定给节点配置发送、接收消息体。对于XCCSCAN控制器的初始化可以使用DAVE进行配置来自动生成代码也可以用户自行编写。初始化流程如图所示。以下为相应的程序代码:voidCANvInit(void){CANBCR=x设置CCE配置改变使能INIT置位使能可对寄存器初始化CANBGINP=xCANBECNTH=x错误计数设为ALTSELP|=x选择P为输出ALTSELP|=xDP=(DP~(uword)x)|xP为输入CANBBTRL=x节点B位定时寄存器CANBBTRH=xCANIC=x中断控制寄存器CANPISEL=xCANBCR=~(uword)x将INT复位}CAN控制器的发送和接收程序CAN模块初始化成功后,就可以用其来传送报文。节点向总线上发送报文的过程是:将待发送的数据打包成符合CAN协议的帧格式写入发送缓冲区并自动发送。数据帧一帧最多只能传输个字节大于个字节的按照每个字节为一帧传送剩下不足个字节的补成个字节。可以在程序中直接调用CANvTransmit函数即可实现发送数据该函数定义如下:voidCANvTransmit(ubyteubObjNr){CANHWOBJubObjNruwMSGCTR=xeff}接收数据有查询方式或中断方式。这里采用中断方式要实现的功能是:进入中断接收程序判断中断是否是接受中断若是将数据读出缓存器并进行判断再进入相应的命令和数据处理函数。控制器接收和发送流程如图所示。结束语该自动光学检测通信系统已经实现且通过了联调数据传送稳定并已应用于PCB板面缺陷自动光学检测仪的控制系统。该自动光学检测通信系统满足可靠性和灵活性的高要求实现控制系统各单元相对独立各单元之间的连线简洁使系统操作简单使用可靠取得了良好的使用效果。参考文献:刘泉胡文娟基于机器视觉的PCB缺陷检测系统设计与研究J电子器件():LIUQuan,HUWenjuanDesignandresearchofmachinevisionbaseddefectinspectionsystemonPCBJChineseJournalofElectronDevices,():赵君刘卫国谭博基于CAN总线的分布式多电机控制研究J测控技术():图CAN控制器初始化流程FigFlowchartofCANinitialization图CAN硬件节点控制器接收和发送流程FigReceiveandtransmitbyCANnodehardwarecontroller(下转第页)--ZHAOJunLIUWeiguoTANBoResearchondistributedcontrolsystemofmultimotorbasedonCANJMeasurementandControlTechnology():SzaboSOplustilVDistributedCANbasedcontrolsystemforroboticandairborneapplicationsJIEEEonControlAutomation:RoboticsandVision():杨晓华侯巍王树新等基于CAN总线的分布式控制网络设计J低压电器():YANGXiaohua,HOUWei,WANGShuxinetal,DesignofdistributedcontrolnetworkbasedonCANBusJLowvoltageElectricalAppliances():InfenionTechnoloyiesAGbitsinglechipmicrocontrollerwithCSVcoreuser'smanualZ朱凝华范会兵ATCAN的CAN通信模块驱动设计及C编程J单片机与嵌入式系统应用():ZHUNinghuaFANHuibingTheCANcommunicationmoduledrivendesignandCprogrammingonATCANJMicrocontrollersEmbeddedSystems,():李光耀,郭迎清,王海泉基于CAN总线的航空发动机分布式控制系统通信研究J测控技术():LIGuangyao,GUOYingqing,WANGHaiquanCommunicationresearchonCANbaseddistributedaeroenginecontrolsystemJMeasurementandControlTechnology():总线特性阻抗的连续性来对原有现场总线通信网络进行改造。改造后系统运行稳定可靠效果良好。结束语本文针对太浦闸监控系统现场控制单元通信网络存在的问题进行了实践经验总结和理论分析提出了基于RS集线器支持星型接法和光电隔离的防雷的功能对原有通信网络进行改造解决了原有网络存在星型接法不合理和没有防雷保护等因素导致系统运行出现异常的问题。系统经过长时间稳定可靠的运行证明本改造方案合理且切实可行。参考文献:吕国芳张小平徐金龙太浦闸监控系统与远程传输网络J水电自动化与大坝监测():LVGuofangZHANGXiaoping,XUJinlongMonitoringandcontrolsystemandremotetransmissionnetworkofTaipusluiceJHydropowerAutomationandDamMonitoring,():许燕萍杨代华RS串行总线可靠性的研究J电子科技():XUYanping,YANGDaihuaAnalysisofthereliabilityofbusRSJElectronicScienceandTechnology,():宋华锋提高RS总线通信可靠性的措施J硅谷():SONGHuafengThemethodsofimprovingthereliabilityinRSbuscommunicationJSiliconValley,():张欣李爱军单鹏RS电路的匹配和保护性设计研究J航空计算技术():ZHANGXin,LIAijun,SHANPengDesignandresearchonRSmatchingandprotectionapproachesJAeronauticalComputingTechnique,():周有利RS总线的使用和解决方案探讨J电脑知识与技术():ZHOUYouliRSbususeandtoexploresolutionsJComputerKnowledgeandTechnology,():刘晓清,杨梅基于RS的PLC集散控制系统的通信设计J北京印刷学院学报():LIUXiaoqing,YANGMeiCommunicationdesignofPLCsdistributedcontrolsystembasedonRSJJournalofBeijingInstituteofGraphicCommunication,():!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(上接第页)《电子设计工程》(月刊)全年期读者可到当地邮局订阅本刊亦可破订、零购。国内刊号:CNTN国际刊号:ISSN在线投稿系统:http:magieechinacomadieechinacom(广告)地址:西安市劳动南路号信箱邮政编码:欢迎投稿!欢迎订阅!欢迎刊登广告!邮发代号:订价:元期年价:元年"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""#""""""""""""""""#"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""#""""""""""""""""#邹爱平等太浦闸监控系统现场总线通信网络可靠性研究--

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