基于CAN總線(xiàn)設計的自動(dòng)光學(xué)檢測通信系統

在現代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，涉及到各種各樣的檢驗、生產(chǎn)監控及零件測量、識別應用等環(huán)節，然而通常人眼很難連續、穩定地完成這些帶有高度重復性和智能性的工作，一般物理量傳感器也較難實(shí)現這些功能。而利用光電成像系統采集被檢測目標的圖像，并經(jīng)計算機或專(zhuān)用的圖像處理模塊進(jìn)行數字化處理。與一般圖像處理系統相比，自動(dòng)光學(xué)檢測更強調精度、速度，以及工業(yè)現場(chǎng)環(huán)境下的可靠性。因此，這里提出一種基于CAN總線(xiàn)的自動(dòng)光學(xué)檢測通信系統設計方案，該系統設計能夠滿(mǎn)足PCB自動(dòng)光學(xué)檢測控制系統的指標要求。

1 自動(dòng)光學(xué)檢測通信系統分析

自動(dòng)光學(xué)檢測系統具有快速準確、可重復性強以及自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。自動(dòng)光學(xué)檢測技術(shù)的出現極大地減輕了人工檢測的壓力，解決了傳統人工檢測中的許多問(wèn)題，提高了產(chǎn)品的檢測質(zhì)量和速度，為工業(yè)領(lǐng)域自動(dòng)檢測提供了革命性的解決方案。

分布式的現場(chǎng)總線(xiàn)能同時(shí)滿(mǎn)足過(guò)程控制和制造業(yè)自動(dòng)化的需要，成為了該自動(dòng)光學(xué)檢測系統的最佳選擇。分布式的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統比集散型控制系統更好地體現了 “信息集中、控制分散”的特點(diǎn)。且分布式控制系統在適用范圍、可擴展性、控制速度、系統模塊化、可維護性、抗單點(diǎn)故障等方面具有明顯優(yōu)勢。

控制器局域網(wǎng)(CAN)總線(xiàn)是一種在工業(yè)控制中應用的總線(xiàn)，帶寬利用率高，糾錯能力強，并且廢除了傳統的站地址編碼，采用對通信數據塊進(jìn)行編碼，可以多主方式工作;運用非破壞性仲裁技術(shù)，有效避免了總線(xiàn)沖突;短幀結構，數據傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低，重新發(fā)送的時(shí)間短;每幀數據都有CRC校驗及其他檢錯措施，保證了數據傳輸的高可靠性，適用于高干擾環(huán)境下;節點(diǎn)在錯誤嚴重的情況下，具有自動(dòng)

關(guān)閉總線(xiàn)功能，使總線(xiàn)上其他操作不受影響;可以點(diǎn)對點(diǎn)，一對多及廣播集中方式傳送和接收數據。因此，CAN總線(xiàn)滿(mǎn)足該控制系統的數據總線(xiàn)要求。

本設計采用英飛凌開(kāi)發(fā)的16位微控制器系列中的XCl64CS為控制器，并成功地將其應用到PCB板面缺陷自動(dòng)光學(xué)檢測儀的控制系統。

2 通信系統總體設計方案

2.1 系統組成原理

自動(dòng)光學(xué)檢測系統由上板部分、掃描正面、掃描反面、分揀1、分揀2以及主機共6部分組成，整個(gè)系統使用的電機有5類(lèi)共19個(gè)、氣缸11個(gè)以及各類(lèi)傳感裝置若干。

由于整個(gè)控制系統對實(shí)時(shí)性、穩定性以及協(xié)調性要求很高，整個(gè)控制模式分為制作標準板模式、單步運行模式以及檢測模式，對于模式間轉換的靈活性要求也很高。而分布式控制系統因其具有高可靠性、開(kāi)放性、靈活性、協(xié)調性、控制功能齊全和易于維護等特點(diǎn)，完全滿(mǎn)足本控制系統的要求。

分布式控制系統使用較多的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構有星型、環(huán)型和總線(xiàn)型3種。其中星型結構(中央控制型)中所有通信都經(jīng)中央控制節點(diǎn)，若中央控制節點(diǎn)有故障，則整個(gè)系統就會(huì )癱瘓;環(huán)型結構中相鄰控制節點(diǎn)順序連接，形成環(huán)路，信息一般僅以一個(gè)方向在環(huán)上從源節點(diǎn)傳送到目的節點(diǎn)，發(fā)生故障時(shí)可支持雙向傳輸，但環(huán)路一般封閉，不利于節點(diǎn)的擴充;而總線(xiàn)型結構的所有節點(diǎn)都共享一個(gè)公共的物理通道(即總線(xiàn))，因此網(wǎng)絡(luò )上的任意一個(gè)節點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò )上的其他節點(diǎn)發(fā)送信息，且具有延遲小、速度快、易擴展、單個(gè)節點(diǎn)故障影響小的優(yōu)點(diǎn)。

2.2 CAN總線(xiàn)硬件電路設計

為了保證控制系統的技術(shù)指標，完成實(shí)時(shí)數據處理和電路保護功能，并考慮到系統的擴展性，采用16位微控制器系列中的XCl64CS。該芯片尺寸小、運算速度高，并集成有TwinCAN模塊，該模塊用于控制幀的自動(dòng)發(fā)送和接收。該模塊有2個(gè)全功能的CAN節點(diǎn)共享模塊的資源，提供32個(gè)報文對象，它們可獨立分配給2個(gè)CAN節點(diǎn)中的任意一個(gè)，還可以組合構成FIFO結構。每個(gè)報文對象分別對應有利于濾波的驗收屏蔽寄存器。

全CAN功能和FIFO結構的靈活組合可滿(mǎn)足復雜嵌入式控制應用的實(shí)時(shí)要求。CAN總線(xiàn)監控功能的增強以及報文對象個(gè)數的增加使得CAN的總線(xiàn)通信處理更加精確和方便。網(wǎng)關(guān)功能允許在2個(gè)獨立的CAN總線(xiàn)系統之間進(jìn)行自動(dòng)數據交換，減輕了CPU負載，提高了整個(gè)系統的實(shí)時(shí)性。

個(gè)CAN節點(diǎn)的位定時(shí)都從主時(shí)鐘得到，可通過(guò)編程使數據速率達到1 Mb/s，

CAN總線(xiàn)收發(fā)器采用英飛凌公司的TLE6250G，支持傳送速率高達1 Mb/s，具有抗瞬變、抗射頻和抗電磁干擾的特性，并具有寬泛的工作范圍(-40～150℃)，以及短路保護和過(guò)溫保護功能。