自動光學檢測儀通信系統設計

摘要：為了提高控制系統的穩定性和智能控制性能，設計出基于CAN總線的自動光學檢測通信系統。分析了自動光學檢測通信系統的特點，以及在自動光學檢測中的應用，利用多個XCl64CS型微控制器實現整個系統的通信。描述了該系統的硬件組成結構和工作原理，給出了系統CAN總線接口以及 CAN總線的軟件設計。自動光學檢測通信系統已成功應用于印刷電路板PCB自動光學檢測儀中，實驗結果表明，該系統運行穩定可靠，滿足PCB自動光學檢測儀控制系統的要求。
關鍵詞：CAN總線；XC164CS；自動光學檢測；自動控制；印刷電路板(PCB)

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

1 自動光學檢測通信系統分析
自動光學檢測系統具有快速準確、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極大地減輕了人工檢測的壓力，解決了傳統人工檢測中的許多問題，提高了產品的檢測質量和速度，為工業領域自動檢測提供了革命性的解決方案。
分布式的現場總線能同時滿足過程控制和制造業自動化的需要，成為了該自動光學檢測系統的最佳選擇。分布式的現場總線控制系統比集散型控制系統更好地體現了 “信息集中、控制分散”的特點。且分布式控制系統在適用范圍、可擴展性、控制速度、系統模塊化、可維護性、抗單點故障等方面具有明顯優勢。
控制器局域網(CAN)總線是一種在工業控制中應用的總線，帶寬利用率高，糾錯能力強，并且廢除了傳統的站地址編碼，采用對通信數據塊進行編碼，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，數據傳輸時間短，受干擾的概率低，重新發送的時間短；每幀數據都有CRC校驗及其他檢錯措施，保證了數據傳輸的高可靠性，適用于高干擾環境下；節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據。因此，CAN總線滿足該控制系統的數據總線要求。
本設計采用英飛凌開發的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。

2 通信系統總體設計方案
2．1 系統組成原理
自動光學檢測系統由上板部分、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。整個系統架構如圖1所示。


由于整個控制系統對實時性、穩定性以及協調性要求很高，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。而分布式控制系統因其具有高可靠性、開放性、靈活性、協調性、控制功能齊全和易于維護等特點，完全滿足本控制系統的要求。
分布式控制系統使用較多的網絡拓撲結構有星型、環型和總線型3種。其中星型結構(中央控制型)中所有通信都經中央控制節點，若中央控制節點有故障，則整個系統就會癱瘓；環型結構中相鄰控制節點順序連接，形成環路，信息一般僅以一個方向在環上從源節點傳送到目的節點，發生故障時可支持雙向傳輸，但環路一般封閉，不利于節點的擴充；而總線型結構的所有節點都共享一個公共的物理通道(即總線)，因此網絡上的任意一個節點均可在任意時刻主動向網絡上的其他節點發送信息，且具有延遲小、速度快、易擴展、單個節點故障影響小的優點。因此，該控制系統采用總線型拓撲結構，如圖2所示。