自動光學(xué)檢測儀通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：為了提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和智能控制性能，設(shè)計(jì)出基于CAN總線的自動光學(xué)檢測通信系統(tǒng)。分析了自動光學(xué)檢測通信系統(tǒng)的特點(diǎn)，以及在自動光學(xué)檢測中的應(yīng)用，利用多個(gè)XCl64CS型微控制器實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的通信。描述了該系統(tǒng)的硬件組成結(jié)構(gòu)和工作原理，給出了系統(tǒng)CAN總線接口以及 CAN總線的軟件設(shè)計(jì)。自動光學(xué)檢測通信系統(tǒng)已成功應(yīng)用于印刷電路板PCB自動光學(xué)檢測儀中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，滿足PCB自動光學(xué)檢測儀控制系統(tǒng)的要求。
關(guān)鍵詞：CAN總線；XC164CS；自動光學(xué)檢測；自動控制；印刷電路板(PCB)

在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)中，涉及到各種各樣的檢驗(yàn)、生產(chǎn)監(jiān)控及零件測量、識別應(yīng)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(fù)性和智能性的工作，一般物理量傳感器也較難實(shí)現(xiàn)這些功能。而利用光電成像系統(tǒng)采集被檢測目標(biāo)的圖像，并經(jīng)計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ玫膱D像處理模塊進(jìn)行數(shù)字化處理。與一般圖像處理系統(tǒng)相比，自動光學(xué)檢測更強(qiáng)調(diào)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(xué)檢測通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠滿足PCB自動光學(xué)檢測控制系統(tǒng)的指標(biāo)要求。

1 自動光學(xué)檢測通信系統(tǒng)分析
自動光學(xué)檢測系統(tǒng)具有快速準(zhǔn)確、可重復(fù)性強(qiáng)以及自動化程度高等特點(diǎn)。自動光學(xué)檢測技術(shù)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(zhì)量和速度，為工業(yè)領(lǐng)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(shí)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(xué)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(diǎn)。且分布式控制系統(tǒng)在適用范圍、可擴(kuò)展性、控制速度、系統(tǒng)模塊化、可維護(hù)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)總線是一種在工業(yè)控制中應(yīng)用的總線，帶寬利用率高，糾錯(cuò)能力強(qiáng)，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(jìn)行編碼，可以多主方式工作；運(yùn)用非破壞性仲裁技術(shù)，有效避免了總線沖突；短幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，保證了數(shù)據(jù)傳輸的高可靠性，適用于高干擾環(huán)境下；節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動
關(guān)閉總線功能，使總線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(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(shè)計(jì)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(yīng)用到PCB板面缺陷自動光學(xué)檢測儀的控制系統(tǒng)。

2 通信系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
2．1 系統(tǒng)組成原理
自動光學(xué)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(jī)共6部分組成，整個(gè)系統(tǒng)使用的電機(jī)有5類共19個(gè)、氣缸11個(gè)以及各類傳感裝置若干。整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。


由于整個(gè)控制系統(tǒng)對實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性以及協(xié)調(diào)性要求很高，整個(gè)控制模式分為制作標(biāo)準(zhǔn)板模式、單步運(yùn)行模式以及檢測模式，對于模式間轉(zhuǎn)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(diào)性、控制功能齊全和易于維護(hù)等特點(diǎn)，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(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有星型、環(huán)型和總線型3種。其中星型結(jié)構(gòu)(中央控制型)中所有通信都經(jīng)中央控制節(jié)點(diǎn)，若中央控制節(jié)點(diǎn)有故障，則整個(gè)系統(tǒng)就會癱瘓；環(huán)型結(jié)構(gòu)中相鄰控制節(jié)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(jié)點(diǎn)傳送到目的節(jié)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(jié)點(diǎn)的擴(kuò)充；而總線型結(jié)構(gòu)的所有節(jié)點(diǎn)都共享一個(gè)公共的物理通道(即總線)，因此網(wǎng)絡(luò)上的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，且具有延遲小、速度快、易擴(kuò)展、單個(gè)節(jié)點(diǎn)故障影響小的優(yōu)點(diǎn)。因此，該控制系統(tǒng)采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖2所示。