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1、研究生课程考核试卷科目：现代检测理论与技术学院：自动化学院姓名：程燕学号：20141302010专业：控制工程类别：学硕上课时间：2014年9月至2014年12月考生成绩：卷面成绩平时成绩课程综合成绩阅卷评语：阅卷教师(签名)重庆大学研究生院制多视觉传感器检测系统的应用研究摘要：本文讨论了多视觉传感器CAN总线检测系统的架构与设计方法，给出了视觉传感器的控制电路单元CAN总线控制方法,多路视频信号切换开关单元的信号切换方法，CAN总线控制网络通讯的软件设计。CAN总线接口电路与网络通讯的软件设计实验实现了多视觉传感器的分布式网络化控制，尤其适合对实时性、可靠性和
2、精度等要求较高的大型多传感器视觉测量系统的实时控制。结果表明，使用CAN总线通信实现网络化多视觉传感器的分布式检测与控制，非常适用于分布式大型测试系统及类似系统应用。关键词：CAN总线；视觉检测；视觉传感器；视频切换器；分布式网络系统一、引言随着计算机技术、微电子学、光电检测以及图像处理等学科的发展应用和互相渗透,视觉检测技术的检测方法和手段,取得了突飞猛进的发展。视觉检测技术具有测量时非接触、速度快、信息量大、精度高、应用领域广等特点,广泛应用于产品的在线检测、快速测量、逆向工程等主动、实时测量领域,特别适用于大批量生产过程中的质量检测与控制。更重要的是,由多
3、个视觉传感器可以组建一个柔性的空间三坐标检测系统(或称为多视觉检测系统)以完成对大型物体和复杂表面形状的三维空间的全自动实时测量,这也是当前结构光三维视觉检测应用中的主要研究内容。视觉检测系统通常是由计算机、视觉传感器与控制系统三个部分组成。视觉传感器在视觉检测系统中以图像信号(模拟或数字)传感的方式对被测对象的被测要素进行感知；控制系统主要承担对视觉传感器进行时序控制、图像信号的切换、控制命令和参数的传输等任务；计算机主要完成图像信号的数据采集与处理等。二、双目视觉传感器的检测原理与设计视觉检测系统中采集被测物体图像的视觉传感器结构有多种结构形式,根据照明光源
4、的形式可分为结构光主动视觉传感器与被动视觉传感器；根据视觉传感器中所包含的摄像机的数目，可分为单目、双目和多目视觉传感器。简单的结构光视觉传感器可由一个平面结构光投射器P与一个CCD摄像机(单目)组成,但当被测物体表面曲率变化较大时,有时会出现死区现象,即光平面与物体表面的交线被旁边的曲面遮挡,使得摄像机无法看到该交线,以致该处测量信号缺失。为避免对测量复杂表面物体时可能产生的死区现象,可以采用双目视觉传感器,且大都采用对称式结构,即选用完全相同的两个CCD摄像机,两摄像机镜头焦距及其光轴倾角一致以简化结构设计。本文也采用双目视觉传感器组成的多视觉传感器检测系统
5、为研究对象,研究CAN总线网络化多视觉传感器检测系统的应用技术。对于多视觉传感器实时检测系统，为了快速、准确地获取理想的图像信息,需要系统能够有效地实施对多视觉传感器感知的图像信号的传输动作进行控制,以使其动作相互协调有序。为此,采用了高可靠性的CAN总线作为多视觉传感器间的网络通信标准,实现多视觉传感器与上位计算机及多视觉传感器之间的数据通信的需要。控制器CAN总线是一种具有高性能、高可靠性、有效支持分布式控制和实时控制的串行通讯网络,支持分散式、数字化、双向、多站点的通讯系统应用。CAN总线的通信介质可以是双绞线,同轴电缆或光导纤维,通信速率可达1Mbs/4
6、0m，通信距离可达10km/40Kbps。由于其通信速率高,可靠性好及价格低廉等特点,使其特别适合中小规模的分布式测试系统的数据通讯和工业过程监控设备的互联等。图1单视觉传感器检测系统结构图系统采用主从式结构，上位机为PC计算机，下位机采用内嵌CAN控制器的8051系列单片机为主控单元，上、下位机之间用CAN总线进行数据通信。选用USBCAN智能接口卡,使上位机PC通过USB总线方便地连接至CAN总线网络,实现与其它CAN节点互联。[1][2]视觉传感器的控制电路包括视频切换、电源控制和CAN总线通信接口三部分。电源控制部分提供CCD摄像机、激光投射器与MCU等
7、工作电源，其中激光投射器工作电源要求是可以调节和控制的，目的一是为了满足不同投射器的工作电压需求，二是激光投射器的功率较大，为了避免激光投射器使用时间过长而发热，从而引起光能分布不稳定，甚至视觉传感器可能因受热变形而影响到测量精度，三是能够延长投射器的使用寿命。激光投射器和摄像机的工作电源必须分别提供，以减少对摄像机工作可能引起的干扰。激光投射器工作电源根据MCU的PWM功能,采用PWM电路实现调节和控制。当需要调节激光器的功率大小时，上位机PC可以通过CAN总线,根据测量现场的环境要求,设置合适的PWM参数,在线实时实现激光投射器工作电源大小的自动调节。当传感
8、器开始测量时,开启激光器
