基于CAN總線(xiàn)多視覺(jué)傳感器測控系統的設計

1引言

視覺(jué)檢測技術(shù)是以機器視覺(jué)為基礎的新型測試技術(shù)，因其具有測量非接觸、速度快、信息量大、應用領(lǐng)域寬廣等特點(diǎn)而受到歡迎。結構光傳感器是應用較早、發(fā)展較成熟的視覺(jué)傳感器，因此本系統采用結構光傳感器來(lái)采集圖像并經(jīng)圖像采集卡送給計算機處理。由于視覺(jué)傳感器在視覺(jué)測量中擔負著(zhù)視頻圖像信號（測量數據）的采集、切換與傳輸。因此，如何讓視覺(jué)傳感器測控系統快速、精確地獲得理想的視頻圖像信息，進(jìn)而為后期的圖像處理提供可靠的支持，亦即視覺(jué)傳感器的測控系統的設計顯得尤為重要。

2視覺(jué)系統的概述

視覺(jué)檢測系統中采集被測物體圖像的視覺(jué)傳感器有單目和雙目?jì)煞N之分，本測控系統可以使用單目視覺(jué)傳感器也可以使用雙目視覺(jué)傳感器來(lái)采集數據，本文主要討論由多個(gè)雙目視覺(jué)傳感器組成的多視覺(jué)傳感器測控系統，其中的每個(gè)視覺(jué)傳感器采用的是目前技術(shù)已經(jīng)比較成熟的線(xiàn)結構光視覺(jué)傳感器，其結構是由雙CCD 攝像機、一個(gè)激光投射器和一塊MCU控制電路組成，基于立體視差原理，利用兩臺攝像機來(lái)模仿實(shí)現人眼的功能，利用空間點(diǎn)在兩攝像機像面上的透視或像點(diǎn)坐標來(lái)求取空間點(diǎn)的三維坐標。當被測工件較大需要不止一個(gè)視覺(jué)傳感器時(shí)，上述多個(gè)視覺(jué)傳感器加上多路視頻切換開(kāi)關(guān)就構成了多視覺(jué)傳感器測控系統。如對汽車(chē)車(chē)身上的很多特征點(diǎn)進(jìn)行檢測時(shí)，就需要幾十甚至上百個(gè)傳感器來(lái)測量，由于控制器局部網(wǎng)CAN（controllerareanetwork）總線(xiàn)具有很強的帶負載能力，一個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò )上最多能接110個(gè)節點(diǎn)，所以本系統采用CAN總線(xiàn)進(jìn)行通訊和網(wǎng)絡(luò )控制。
視覺(jué)傳感器中MCU控制電路提供CCD攝像機、激光投射器的電源并且控制著(zhù)它們的開(kāi)啟與關(guān)閉，為避免激光投射器使用時(shí)間過(guò)長(cháng)激光器發(fā)熱引起線(xiàn)結構光光能分布不穩從而影響測量精度，當傳感器開(kāi)始測量時(shí)，先上電初始化，再打開(kāi)激光器，測量完畢后即關(guān)閉以延長(cháng)投射器壽命。
本系統中，上位機為PC機，下位機為8051單片機控制單元，上、下位機之間用CAN總線(xiàn)進(jìn)行通訊，由于PC機中并不帶CAN總線(xiàn)接口，因此必需一個(gè)CAN接口卡，這里選用廣州周立功公司的USBCAN智能接口卡來(lái)通信，因其具有體積小、外置且即插即用等特點(diǎn)。這樣，PC可通過(guò)USB總線(xiàn)方便地連接至CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )控制各個(gè)CAN節點(diǎn)進(jìn)行數據采集和處理。USBCAN智能CAN接口卡可以與ZLGCANTest通用CAN-bus測試軟件連接運行，執行CAN-bus總線(xiàn)數據的接收、發(fā)送測試任務(wù)，較易于實(shí)現CAN-bus產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和數據分析。USBCAN智能CAN接口卡采用周立功公司提供的通用的ZLGVCI驅動(dòng)庫，支持WIN98、2000和XP操作系統并支持Linux平臺。用戶(hù)通過(guò)接口卡提供的ZLGVCI動(dòng)態(tài)開(kāi)發(fā)庫可以方便快捷的開(kāi)發(fā)出CAN系統應用產(chǎn)品。為了把模擬CCD相機輸出的被測物體的模擬視頻圖像轉換成數字信號并由計算機進(jìn)行處理，這里采用了北京大恒圖像公司的CG400 型圖像采集卡，其采用PCI總線(xiàn)，所采集的圖像數據傳輸基本不占用CPU時(shí)間，并可將圖像直接傳送的計算機內存或顯存。

3CAN總線(xiàn)簡(jiǎn)介

CAN總線(xiàn)是德國B(niǎo)OSCH公司從80年代初為解決現代汽車(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，它是一種多主總線(xiàn)，通信介質(zhì)可以是雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光導纖維。通信速率可達1Mbps。CAN總線(xiàn)通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數據鏈路層功能，可完成對通信數據的成幀處理，包括位填充、數據塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等項工作。CAN協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統的站地址編碼，而代之以對通信數據塊進(jìn)行編碼。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)可使網(wǎng)絡(luò )內的節點(diǎn)個(gè)數在理論上不受限制，數據塊的標識碼可由11位或29位二進(jìn)制數組成，因此可以定義211或229個(gè)不同的數據塊，這種按數據塊編碼的方式，還可使不同的節點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數據，這一點(diǎn)在分布式控制系統中非常有用。數據段長(cháng)度最多為8個(gè)字節，可滿(mǎn)足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數據的一般要求。同時(shí)，8個(gè)字節不會(huì )占用總線(xiàn)時(shí)間過(guò)長(cháng)，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。CAN協(xié)議采用CRC檢驗并可提供相應的錯誤處理功能，保證了數據通信的可靠性。CAN卓越的特性、極高的可靠性和獨特的設計，特別適合工業(yè)過(guò)程監控設備的互連，因此，越來(lái)越受到工業(yè)界的重視，并已公認為最有前途的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。
為了滿(mǎn)足大尺寸物體的三維輪廓的檢測，本系統要求最少能帶64個(gè)傳感器，每個(gè)視覺(jué)傳感器里有兩個(gè)攝像機，即共有128路視頻輸入，而任一時(shí)刻系統只選取其中一路視頻圖像傳給計算機進(jìn)行圖像采集處理，如對汽車(chē)車(chē)身周?chē)贾昧藥资畟€(gè)傳感器來(lái)檢測車(chē)身上關(guān)鍵尺寸如擋風(fēng)玻璃窗尺寸、車(chē)門(mén)安裝棱邊縫隙、定位孔位置，測量其相應的棱邊、孔表面的空間位置尺寸。視覺(jué)傳感器可以按要求順序進(jìn)行工作，也可以選取被測對象的特定點(diǎn)并通過(guò)CAN控制網(wǎng)絡(luò )選擇特定傳感器來(lái)檢測，計算機采集檢測點(diǎn)圖像并進(jìn)行處理，將計算值與標準值比對，從而得出視覺(jué)檢測的結果。