基于CAN總線多視覺傳感器測控系統(tǒng)的設(shè)計

1引言

視覺檢測技術(shù)是以機器視覺為基礎(chǔ)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(yīng)用領(lǐng)域?qū)拸V等特點而受到歡迎。結(jié)構(gòu)光傳感器是應(yīng)用較早、發(fā)展較成熟的視覺傳感器，因此本系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)光傳感器來采集圖像并經(jīng)圖像采集卡送給計算機處理。由于視覺傳感器在視覺測量中擔(dān)負(fù)著視頻圖像信號（測量數(shù)據(jù)）的采集、切換與傳輸。因此，如何讓視覺傳感器測控系統(tǒng)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，亦即視覺傳感器的測控系統(tǒng)的設(shè)計顯得尤為重要。

2視覺系統(tǒng)的概述

視覺檢測系統(tǒng)中采集被測物體圖像的視覺傳感器有單目和雙目兩種之分，本測控系統(tǒng)可以使用單目視覺傳感器也可以使用雙目視覺傳感器來采集數(shù)據(jù)，本文主要討論由多個雙目視覺傳感器組成的多視覺傳感器測控系統(tǒng)，其中的每個視覺傳感器采用的是目前技術(shù)已經(jīng)比較成熟的線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器，其結(jié)構(gòu)是由雙CCD 攝像機、一個激光投射器和一塊MCU控制電路組成，基于立體視差原理，利用兩臺攝像機來模仿實現(xiàn)人眼的功能，利用空間點在兩攝像機像面上的透視或像點坐標(biāo)來求取空間點的三維坐標(biāo)。當(dāng)被測工件較大需要不止一個視覺傳感器時，上述多個視覺傳感器加上多路視頻切換開關(guān)就構(gòu)成了多視覺傳感器測控系統(tǒng)。如對汽車車身上的很多特征點進(jìn)行檢測時，就需要幾十甚至上百個傳感器來測量，由于控制器局部網(wǎng)CAN（controllerareanetwork）總線具有很強的帶負(fù)載能力，一個CAN網(wǎng)絡(luò)上最多能接110個節(jié)點，所以本系統(tǒng)采用CAN總線進(jìn)行通訊和網(wǎng)絡(luò)控制。
視覺傳感器中MCU控制電路提供CCD攝像機、激光投射器的電源并且控制著它們的開啟與關(guān)閉，為避免激光投射器使用時間過長激光器發(fā)熱引起線結(jié)構(gòu)光光能分布不穩(wěn)從而影響測量精度，當(dāng)傳感器開始測量時，先上電初始化，再打開激光器，測量完畢后即關(guān)閉以延長投射器壽命。
本系統(tǒng)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總線進(jìn)行通訊，由于PC機中并不帶CAN總線接口，因此必需一個CAN接口卡，這里選用廣州周立功公司的USBCAN智能接口卡來通信，因其具有體積小、外置且即插即用等特點。這樣，PC可通過USB總線方便地連接至CAN總線網(wǎng)絡(luò)控制各個CAN節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)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(zhí)行CAN-bus總線數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送測試任務(wù)，較易于實現(xiàn)CAN-bus產(chǎn)品開發(fā)和數(shù)據(jù)分析。USBCAN智能CAN接口卡采用周立功公司提供的通用的ZLGVCI驅(qū)動庫，支持WIN98、2000和XP操作系統(tǒng)并支持Linux平臺。用戶通過接口卡提供的ZLGVCI動態(tài)開發(fā)庫可以方便快捷的開發(fā)出CAN系統(tǒng)應(yīng)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(zhuǎn)換成數(shù)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，所采集的圖像數(shù)據(jù)傳輸基本不占用CPU時間，并可將圖像直接傳送的計算機內(nèi)存或顯存。

3CAN總線簡介

CAN總線是德國BOSCH公司從80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。通信速率可達(dá)1Mbps。CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等項工作。CAN協(xié)議的一個最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。采用這種方法的優(yōu)點可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識碼可由11位或29位二進(jìn)制數(shù)組成，因此可以定義211或229個不同的數(shù)據(jù)塊，這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式，還可使不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據(jù)，這一點在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。數(shù)據(jù)段長度最多為8個字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時，8個字節(jié)不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實時性。CAN協(xié)議采用CRC檢驗并可提供相應(yīng)的錯誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。CAN卓越的特性、極高的可靠性和獨特的設(shè)計，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連，因此，越來越受到工業(yè)界的重視，并已公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場總線之一。
為了滿足大尺寸物體的三維輪廓的檢測，本系統(tǒng)要求最少能帶64個傳感器，每個視覺傳感器里有兩個攝像機，即共有128路視頻輸入，而任一時刻系統(tǒng)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，如對汽車車身周圍布置了幾十個傳感器來檢測車身上關(guān)鍵尺寸如擋風(fēng)玻璃窗尺寸、車門安裝棱邊縫隙、定位孔位置，測量其相應(yīng)的棱邊、孔表面的空間位置尺寸。視覺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并通過CAN控制網(wǎng)絡(luò)選擇特定傳感器來檢測，計算機采集檢測點圖像并進(jìn)行處理，將計算值與標(biāo)準(zhǔn)值比對，從而得出視覺檢測的結(jié)果。