基于SOPC技術的PET瓶缺陷檢測系統(tǒng)設計

摘 要：介紹基于SOPC技術的PET瓶缺陷檢測系統(tǒng)的軟、硬件設計方法。利用SOPC Builder在FPGA芯片EP2C35F6726C上配置的NIOSⅡ軟核處理器作為控制核心，在Avalon總線上掛接接口模塊和用戶自定義邏輯模塊，于NIOSⅡ中使用C++編程實現(xiàn)圖像檢測判別準則，并加上FPGA的外圍單元，共同完成系統(tǒng)主要的功能設計。實驗結果表明，該設計方法可行、可靠，檢測效果快速精確。該設計在圖像處理中采用并行處理設計，其應用上具有一定的幫助性和可借鑒性，也證明FPGA在圖像處理方面的優(yōu)越性。采用FPGA并行處理的方法進行圖像識別，系統(tǒng)處理速度快、集成度高、成本低、維護方便。
關鍵詞：NIOSⅡ；SOPC Builder；FPGA；圖像處理

0 引 言
隨著生活水平的提高，飲料的市場需求量也不斷增加，產品的質量已成為生產廠商和消費者關注的問題。目前，市場上幾乎所有的飲料瓶都是采用PET(環(huán)保塑膠)切片來注塑加工成型的。在進行灌裝的工序時，高速旋蓋子系統(tǒng)中PET瓶會出現(xiàn)蓋擰松、高蓋和歪蓋等情況；這些情況中輕微的會導致產品外觀不美觀，嚴重的會導致飲料內部質量發(fā)生變化。所以為了減少不合格品的數(shù)量，需要增加必要的檢測工序。
傳統(tǒng)的方法是在計算機中利用軟件實現(xiàn)圖像處理系統(tǒng)，這是一個相對耗時的過程，而且對于處理速度要求很高的檢測系統(tǒng)來說，用這種方法也會逐漸不能滿足現(xiàn)代化大生產的高速生產節(jié)拍要求，給視覺檢測實現(xiàn)100 %在線檢測方面帶來了局限性。FPGA器件的可編程片上系統(tǒng)(SOPC)在設計的靈活性、功能的可裁剪性和軟硬件的可編程性上具有良好的集成度和成本較低等特點，為圖像處理系統(tǒng)帶來了新的解決方案，并具有極大的靈活性。目前并行處理是解決系統(tǒng)實時性問題的有效方法。

l 系統(tǒng)硬件的實現(xiàn)
設計采用FPGA芯片EP2C35F6726C，利用SOPC技術設計實現(xiàn)一個能檢測PET瓶缺陷的系統(tǒng)。即針對PET瓶灌裝后高蓋、歪蓋等缺陷情況進行快速檢測判別，以確定并報警剔除不合格產品。系統(tǒng)主要由圖像采集模塊、FPGA圖像處理模塊、圖像顯示模塊和判別模塊四部分組成。系統(tǒng)硬件平臺如圖1所示。

在生產線上待檢測產品經過傳送帶輸送到達指定位置時，光電傳感器產生感應信號，傳送帶停止一段時間，系統(tǒng)開始進行PET瓶缺陷檢測。按下按鍵后由圖像采集模塊(TRDB-DC2)采集圖像數(shù)據，通過硬件器件，將數(shù)據RAW轉換成RGB格式，再進行圖像預處理，并在SDRAM中保存相應的數(shù)據，以利于進行后期圖像處理，同時也可以通過操作相應按鍵在VGA上實時顯示出該圖像。系統(tǒng)在FPGA芯片EP2C35F6726C上配置的NIOSⅡ軟核處理器作為控制核心，并在Avalon總線上掛接相應的接口模塊和用戶自定義邏輯模塊，與FPGA的外圍單元共同完成系統(tǒng)后期的圖像處理、實時顯示剔除操作等功能。系統(tǒng)硬件設計框如圖2所示。整個設計采用自上而下的設計方法，在SOPC Builder中搭建系統(tǒng)硬件模塊。將所需的各功能模塊通過Avalon總線集成。SOPC Builder具有強大的系統(tǒng)集成特性，充分利用現(xiàn)有的IP，大大縮短了設計周期，在很短的時間內就可以構建一個穩(wěn)定的系統(tǒng)，進而基于硬件完成系統(tǒng)中各模塊的軟件設計，最后集合成系統(tǒng)，如圖3所示。