CAN總線(xiàn)在車(chē)身視覺(jué)檢測站中的應用

控制器局域網(wǎng)CAN（ControllerAreaNetwork）是一種具有很高保密性，有效支持分布式控制及實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò )。CAN總線(xiàn)屬于現場(chǎng)總線(xiàn)范疇，與現有的其它總線(xiàn)相比，它屬于一種分散式、數字化、雙向、多站點(diǎn)、多變量的通信系統，具有通信速率高、可靠性強、連接方便、性能價(jià)格比高等諸多優(yōu)點(diǎn)，非常適用于分布式測量系統的數據通信。

計算機視覺(jué)檢測是目前正在發(fā)展的一種新型檢測技術(shù)。汽車(chē)車(chē)身視覺(jué)檢測站是用于測量車(chē)身關(guān)鍵點(diǎn)三維空間坐標的大型專(zhuān)用檢測系統。其主要原理是通過(guò)視覺(jué)傳感器（Visual Sensor），采用三角法獲取車(chē)身表面點(diǎn)的信息，通過(guò)三維視覺(jué)算法求取各關(guān)鍵點(diǎn)的坐標，從而完成對車(chē)身各頂點(diǎn)位置、擋風(fēng)玻璃框尺寸、定位孔大小及位置、車(chē)門(mén)安裝處棱邊位置及走向等主要參數的測量。

本文結合CAN總線(xiàn)在汽車(chē)車(chē)身視覺(jué)檢測站中的應用，研究了基于CAN總線(xiàn)的多主分布控制系統，并對該控制網(wǎng)絡(luò )的物理層接口、拓撲結構、通訊協(xié)議等作了較為詳細地說(shuō)明。

1.車(chē)身視覺(jué)檢測站的工作過(guò)程及控制系統

汽車(chē)車(chē)身視覺(jué)檢測是目前正在發(fā)展的一種新型車(chē)身檢測方法。它是由機械及定位系統、三維視覺(jué)傳感器系統、測量控制與接口系統、標定系統以及計算機軟件五大部分組成。主要方法采用視覺(jué)傳感器，經(jīng)標定系統標定后，通過(guò)控制系統選取被測點(diǎn)，采集圖像，結合視覺(jué)檢測算法，求出被測點(diǎn)坐標等參數。汽車(chē)車(chē)身長(cháng)寬高都是幾米范圍，被測控制點(diǎn)一般都要求在50個(gè)以上，網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)要求300米以上，系統中針對不同的測量對象，采用了單光條傳感器、多光條傳感器、十字叉絲傳感器和雙目立體視覺(jué)傳感器等，總數在50臺以上。檢測站的控制系統應能對這些傳感器的動(dòng)作進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。此外控制系統還應實(shí)現對檢測站中的機械及定位系統的控制。根據需要檢測站的控制系統應完成以下任務(wù)：

（1）主控機實(shí)時(shí)控制各個(gè)傳感器，使其動(dòng)作相互協(xié)調；

（2）自動(dòng)控制白車(chē)身運載小車(chē)（用于將白車(chē)身運送到被測工位）的前進(jìn)、后退、上升、下降、加速、減速等動(dòng)作；

（3）手動(dòng)控制運載小車(chē)的上述各種動(dòng)作；

（4）位置傳感器能夠實(shí)時(shí)發(fā)送白車(chē)身的位置信息。

為了實(shí)現系統控制功能，控制網(wǎng)絡(luò )主要由以下四部分構成：

（1）主控機：微機，它為控制系統的核心；

（2）控制臺：完成手動(dòng)控制運載小車(chē)、接受位置傳感器信息并發(fā)送給主控機及執行主控機指令等功能；

（3）CAN接口卡：完成主控機信號和CAN協(xié)議標準信號之間的轉換；

（4）傳感器控制部分：接受主控機指令，完成對傳感器的控制和向主控機發(fā)送傳感器狀態(tài)信息等功能。

系統中，主控機作為控制核心，負責傳感器和控制臺的管理?？刂婆_既能通過(guò)執行主控機指令控制運載小車(chē)，又能獨立控制，所以網(wǎng)絡(luò )應具有多主機控制能力，CAN總線(xiàn)支持多主機方式，且能在低層解決數據碰撞問(wèn)題，出于以上各方面考慮，系統采用CAN總線(xiàn)作為本控制網(wǎng)絡(luò )的通信標準。

整個(gè)系統控制示意圖如圖1所示。

2．CAN總線(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò )

2.1 CAN總線(xiàn)技術(shù)簡(jiǎn)介

CAN總線(xiàn)是80年代初德國B(niǎo)osch公司為解決現代汽車(chē)中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數據通信協(xié)議。它有效支持分布式控制或實(shí)時(shí)控制，并采用了帶優(yōu)先級的CSMA/CD協(xié)議對總線(xiàn)進(jìn)行仲裁，通信介質(zhì)可以是雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光導纖維。因此，CAN總線(xiàn)具有以下優(yōu)點(diǎn)：它可實(shí)現全分布式多機系統無(wú)主、從機之分，各節點(diǎn)均可主動(dòng)發(fā)送報文，這樣就保證了信息處理的實(shí)時(shí)性，并使得CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )可以構成多主結構的系統，保證系統的可靠性。此外，CAN總線(xiàn)采用短幀結構，每幀信息都有校驗及其它檢錯措施，具有強有力的錯誤檢測功能，能自動(dòng)完成出錯處理和應答處理，保證了數據傳輸的可靠性?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，CAN總線(xiàn)非常適用于抗強干擾的大型多機控制系統中的網(wǎng)絡(luò )數據通信，由此將其應用于汽車(chē)白車(chē)身尺寸激光視覺(jué)檢測站中。

2.2基于CAN的通訊網(wǎng)絡(luò )

在車(chē)身檢測站中，對各傳感器的數據采集及圖像處理等工作主要由PC機完成，為操作簡(jiǎn)便，對機械部分的控制還應能通過(guò)控制臺進(jìn)行。本系統控制節點(diǎn)多，可靠性要求高，傳統的集中控制方式雖然功能集中，速度較快，但具有硬件結構復雜（每個(gè)控制節點(diǎn)都對應于一個(gè)I/O端口）、現場(chǎng)布線(xiàn)困難、擴展能力低（受硬件端口數量限制）、故障診斷困難等缺點(diǎn)。

所以采用單片機作為直接控制單元，用于對傳感器的直接控制。每個(gè)單片機都是控制網(wǎng)絡(luò )上的一個(gè)節點(diǎn)，各節點(diǎn)直接掛接在數據總線(xiàn)上。PC機和控制柜也同樣各作為一個(gè)節點(diǎn)掛接在總線(xiàn)上，即控制網(wǎng)絡(luò )應具有多主機控制能力，所以整個(gè)網(wǎng)絡(luò )采用多主機結構，即每一個(gè)節點(diǎn)也是一個(gè)主機，通過(guò)主機之間的通訊以實(shí)現控制要求。為此采用總線(xiàn)型廣播式網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，利用CAN靈活方便、支持多主機方式等優(yōu)點(diǎn)，建立控制網(wǎng)絡(luò )。不難看出，只要解決好“碰撞”問(wèn)題，這種方法具有結構簡(jiǎn)單、安全系數高、靈活性好、易于擴展等特點(diǎn)，可以充分滿(mǎn)足本檢測站的控制要求。其結構示意圖如圖2所示。

根據所攜帶的信息類(lèi)型不同，CAN總線(xiàn)共有四種幀格式：數據幀、遠地幀、錯誤幀和超載幀。在本通訊系統中，主要用到數據幀和遠地幀。數據幀用于在發(fā)送節點(diǎn)到接受節點(diǎn)之間傳送數據?？偩€(xiàn)上的接收節點(diǎn)通過(guò)發(fā)送遠地幀的方式，請求發(fā)送節點(diǎn)重發(fā)與該請求幀標識符相同的報文（往往因為原發(fā)報文接收出錯），遠地幀與數據幀的區別是無(wú)數據場(chǎng)。遠地幀的引入，使系統的服務(wù)請求、狀態(tài)查詢(xún)等工作得以簡(jiǎn)化，可以通過(guò)發(fā)送遠地幀，實(shí)現與響應節點(diǎn)的鏈路連通和數據傳輸。