CAN總線在車身視覺檢測站中的應(yīng)用
控制器局域網(wǎng)CAN(ControllerAreaNetwork)是一種具有很高保密性,有效支持分布式控制及實(shí)時控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN總線屬于現(xiàn)場總線范疇,與現(xiàn)有的其它總線相比,它屬于一種分散式、數(shù)字化、雙向、多站點(diǎn)、多變量的通信系統(tǒng),具有通信速率高、可靠性強(qiáng)、連接方便、性能價(jià)格比高等諸多優(yōu)點(diǎn),非常適用于分布式測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/197808.htm計(jì)算機(jī)視覺檢測是目前正在發(fā)展的一種新型檢測技術(shù)。汽車車身視覺檢測站是用于測量車身關(guān)鍵點(diǎn)三維空間坐標(biāo)的大型專用檢測系統(tǒng)。其主要原理是通過視覺傳感器(Visual Sensor),采用三角法獲取車身表面點(diǎn)的信息,通過三維視覺算法求取各關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo),從而完成對車身各頂點(diǎn)位置、擋風(fēng)玻璃框尺寸、定位孔大小及位置、車門安裝處棱邊位置及走向等主要參數(shù)的測量。
本文結(jié)合CAN總線在汽車車身視覺檢測站中的應(yīng)用,研究了基于CAN總線的多主分布控制系統(tǒng),并對該控制網(wǎng)絡(luò)的物理層接口、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通訊協(xié)議等作了較為詳細(xì)地說明。
1.車身視覺檢測站的工作過程及控制系統(tǒng)
汽車車身視覺檢測是目前正在發(fā)展的一種新型車身檢測方法。它是由機(jī)械及定位系統(tǒng)、三維視覺傳感器系統(tǒng)、測量控制與接口系統(tǒng)、標(biāo)定系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)軟件五大部分組成。主要方法采用視覺傳感器,經(jīng)標(biāo)定系統(tǒng)標(biāo)定后,通過控制系統(tǒng)選取被測點(diǎn),采集圖像,結(jié)合視覺檢測算法,求出被測點(diǎn)坐標(biāo)等參數(shù)。汽車車身長寬高都是幾米范圍,被測控制點(diǎn)一般都要求在50個以上,網(wǎng)絡(luò)布線要求300米以上,系統(tǒng)中針對不同的測量對象,采用了單光條傳感器、多光條傳感器、十字叉絲傳感器和雙目立體視覺傳感器等,總數(shù)在50臺以上。檢測站的控制系統(tǒng)應(yīng)能對這些傳感器的動作進(jìn)行實(shí)時控制。此外控制系統(tǒng)還應(yīng)實(shí)現(xiàn)對檢測站中的機(jī)械及定位系統(tǒng)的控制。根據(jù)需要檢測站的控制系統(tǒng)應(yīng)完成以下任務(wù):
(1)主控機(jī)實(shí)時控制各個傳感器,使其動作相互協(xié)調(diào);
(2)自動控制白車身運(yùn)載小車(用于將白車身運(yùn)送到被測工位)的前進(jìn)、后退、上升、下降、加速、減速等動作;
(3)手動控制運(yùn)載小車的上述各種動作;
(4)位置傳感器能夠?qū)崟r發(fā)送白車身的位置信息。
為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制功能,控制網(wǎng)絡(luò)主要由以下四部分構(gòu)成:
(1)主控機(jī):微機(jī),它為控制系統(tǒng)的核心;
(2)控制臺:完成手動控制運(yùn)載小車、接受位置傳感器信息并發(fā)送給主控機(jī)及執(zhí)行主控機(jī)指令等功能;
(3)CAN接口卡:完成主控機(jī)信號和CAN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)信號之間的轉(zhuǎn)換;
(4)傳感器控制部分:接受主控機(jī)指令,完成對傳感器的控制和向主控機(jī)發(fā)送傳感器狀態(tài)信息等功能。
系統(tǒng)中,主控機(jī)作為控制核心,負(fù)責(zé)傳感器和控制臺的管理??刂婆_既能通過執(zhí)行主控機(jī)指令控制運(yùn)載小車,又能獨(dú)立控制,所以網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有多主機(jī)控制能力,CAN總線支持多主機(jī)方式,且能在低層解決數(shù)據(jù)碰撞問題,出于以上各方面考慮,系統(tǒng)采用CAN總線作為本控制網(wǎng)絡(luò)的通信標(biāo)準(zhǔn)。
整個系統(tǒng)控制示意圖如圖1所示。
2.CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)
2.1 CAN總線技術(shù)簡介
CAN總線是80年代初德國Bosch公司為解決現(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。它有效支持分布式控制或?qū)崟r控制,并采用了帶優(yōu)先級的CSMA/CD協(xié)議對總線進(jìn)行仲裁,通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。因此,CAN總線具有以下優(yōu)點(diǎn):它可實(shí)現(xiàn)全分布式多機(jī)系統(tǒng)無主、從機(jī)之分,各節(jié)點(diǎn)均可主動發(fā)送報(bào)文,這樣就保證了信息處理的實(shí)時性,并使得CAN總線網(wǎng)絡(luò)可以構(gòu)成多主結(jié)構(gòu)的系統(tǒng),保證系統(tǒng)的可靠性。此外,CAN總線采用短幀結(jié)構(gòu),每幀信息都有校驗(yàn)及其它檢錯措施,具有強(qiáng)有力的錯誤檢測功能,能自動完成出錯處理和應(yīng)答處理,保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴;谏鲜鰞?yōu)點(diǎn),CAN總線非常適用于抗強(qiáng)干擾的大型多機(jī)控制系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信,由此將其應(yīng)用于汽車白車身尺寸激光視覺檢測站中。
2.2基于CAN的通訊網(wǎng)絡(luò)
在車身檢測站中,對各傳感器的數(shù)據(jù)采集及圖像處理等工作主要由PC機(jī)完成,為操作簡便,對機(jī)械部分的控制還應(yīng)能通過控制臺進(jìn)行。本系統(tǒng)控制節(jié)點(diǎn)多,可靠性要求高,傳統(tǒng)的集中控制方式雖然功能集中,速度較快,但具有硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜(每個控制節(jié)點(diǎn)都對應(yīng)于一個I/O端口)、現(xiàn)場布線困難、擴(kuò)展能力低(受硬件端口數(shù)量限制)、故障診斷困難等缺點(diǎn)。
所以采用單片機(jī)作為直接控制單元,用于對傳感器的直接控制。每個單片機(jī)都是控制網(wǎng)絡(luò)上的一個節(jié)點(diǎn),各節(jié)點(diǎn)直接掛接在數(shù)據(jù)總線上。PC機(jī)和控制柜也同樣各作為一個節(jié)點(diǎn)掛接在總線上,即控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有多主機(jī)控制能力,所以整個網(wǎng)絡(luò)采用多主機(jī)結(jié)構(gòu),即每一個節(jié)點(diǎn)也是一個主機(jī),通過主機(jī)之間的通訊以實(shí)現(xiàn)控制要求。為此采用總線型廣播式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),利用CAN靈活方便、支持多主機(jī)方式等優(yōu)點(diǎn),建立控制網(wǎng)絡(luò)。不難看出,只要解決好“碰撞”問題,這種方法具有結(jié)構(gòu)簡單、安全系數(shù)高、靈活性好、易于擴(kuò)展等特點(diǎn),可以充分滿足本檢測站的控制要求。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
根據(jù)所攜帶的信息類型不同,CAN總線共有四種幀格式:數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)地幀、錯誤幀和超載幀。在本通訊系統(tǒng)中,主要用到數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)地幀。數(shù)據(jù)幀用于在發(fā)送節(jié)點(diǎn)到接受節(jié)點(diǎn)之間傳送數(shù)據(jù)??偩€上的接收節(jié)點(diǎn)通過發(fā)送遠(yuǎn)地幀的方式,請求發(fā)送節(jié)點(diǎn)重發(fā)與該請求幀標(biāo)識符相同的報(bào)文(往往因?yàn)樵l(fā)報(bào)文接收出錯),遠(yuǎn)地幀與數(shù)據(jù)幀的區(qū)別是無數(shù)據(jù)場。遠(yuǎn)地幀的引入,使系統(tǒng)的服務(wù)請求、狀態(tài)查詢等工作得以簡化,可以通過發(fā)送遠(yuǎn)地幀,實(shí)現(xiàn)與響應(yīng)節(jié)點(diǎn)的鏈路連通和數(shù)據(jù)傳輸。
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