基于CAN總線設計的自動光學檢測通信系統(tǒng)

在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)中，涉及到各種各樣的檢驗、生產(chǎn)監(jiān)控及零件測量、識別應用等環(huán)節(jié)，然而通常人眼很難連續(xù)、穩(wěn)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現(xiàn)這些功能。而利用光電成像系統(tǒng)采集被檢測目標的圖像，并經(jīng)計算機或專用的圖像處理模塊進行數(shù)字化處理。與一般圖像處理系統(tǒng)相比，自動光學檢測更強調精度、速度，以及工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下的可靠性。因此，這里提出一種基于CAN總線的自動光學檢測通信系統(tǒng)設計方案，該系統(tǒng)設計能夠滿足PCB自動光學檢測控制系統(tǒng)的指標要求。

1 自動光學檢測通信系統(tǒng)分析

自動光學檢測系統(tǒng)具有快速準確、可重復性強以及自動化程度高等特點。自動光學檢測技術的出現(xiàn)極大地減輕了人工檢測的壓力，解決了傳統(tǒng)人工檢測中的許多問題，提高了產(chǎn)品的檢測質量和速度，為工業(yè)領域自動檢測提供了革命性的解決方案。

分布式的現(xiàn)場總線能同時滿足過程控制和制造業(yè)自動化的需要，成為了該自動光學檢測系統(tǒng)的最佳選擇。分布式的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)比集散型控制系統(tǒng)更好地體現(xiàn)了 “信息集中、控制分散”的特點。且分布式控制系統(tǒng)在適用范圍、可擴展性、控制速度、系統(tǒng)模塊化、可維護性、抗單點故障等方面具有明顯優(yōu)勢。

控制器局域網(wǎng)(CAN)總線是一種在工業(yè)控制中應用的總線，帶寬利用率高，糾錯能力強，并且廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，采用對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼，可以多主方式工作;運用非破壞性仲裁技術，有效避免了總線沖突;短幀結構，數(shù)據(jù)傳輸時間短，受干擾的概率低，重新發(fā)送的時間短;每幀數(shù)據(jù)都有CRC校驗及其他檢錯措施，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃裕m用于高干擾環(huán)境下;節(jié)點在錯誤嚴重的情況下，具有自動

關閉總線功能，使總線上其他操作不受影響;可以點對點，一對多及廣播集中方式傳送和接收數(shù)據(jù)。因此，CAN總線滿足該控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線要求。

本設計采用英飛凌開發(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板面缺陷自動光學檢測儀的控制系統(tǒng)。

2 通信系統(tǒng)總體設計方案

2.1 系統(tǒng)組成原理

自動光學檢測系統(tǒng)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，整個系統(tǒng)使用的電機有5類共19個、氣缸11個以及各類傳感裝置若干。

由于整個控制系統(tǒng)對實時性、穩(wěn)定性以及協(xié)調性要求很高，整個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(tǒng)因其具有高可靠性、開放性、靈活性、協(xié)調性、控制功能齊全和易于維護等特點，完全滿足本控制系統(tǒng)的要求。

分布式控制系統(tǒng)使用較多的網(wǎng)絡拓撲結構有星型、環(huán)型和總線型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(jié)點，若中央控制節(jié)點有故障，則整個系統(tǒng)就會癱瘓;環(huán)型結構中相鄰控制節(jié)點順序連接，形成環(huán)路，信息一般僅以一個方向在環(huán)上從源節(jié)點傳送到目的節(jié)點，發(fā)生故障時可支持雙向傳輸，但環(huán)路一般封閉，不利于節(jié)點的擴充;而總線型結構的所有節(jié)點都共享一個公共的物理通道(即總線)，因此網(wǎng)絡上的任意一個節(jié)點均可在任意時刻主動向網(wǎng)絡上的其他節(jié)點發(fā)送信息，且具有延遲小、速度快、易擴展、單個節(jié)點故障影響小的優(yōu)點。

2.2 CAN總線硬件電路設計

為了保證控制系統(tǒng)的技術指標，完成實時數(shù)據(jù)處理和電路保護功能，并考慮到系統(tǒng)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發(fā)送和接收。該模塊有2個全功能的CAN節(jié)點共享模塊的資源，提供32個報文對象，它們可獨立分配給2個CAN節(jié)點中的任意一個，還可以組合構成FIFO結構。每個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足復雜嵌入式控制應用的實時要求。CAN總線監(jiān)控功能的增強以及報文對象個數(shù)的增加使得CAN的總線通信處理更加精確和方便。網(wǎng)關功能允許在2個獨立的CAN總線系統(tǒng)之間進行自動數(shù)據(jù)交換，減輕了CPU負載，提高了整個系統(tǒng)的實時性。

個CAN節(jié)點的位定時都從主時鐘得到，可通過編程使數(shù)據(jù)速率達到1 Mb/s，

CAN總線收發(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℃)，以及短路保護和過溫保護功能。