基于Concerto F28M35H的工件检测运动平台设计

【摘要】本文结合实际设计了一种三自由度用于工件检测的运动平台。其中上位机使用PC机，运动控制卡采用TI的最新DSP芯片Concerto F28M35H，上位机与运动控制卡之间通过以太网进行通讯，采用PCI总线完成工件图像信息通讯。

【关键词】运动平台;Concerto；F28M35H；DSP

1.引言

目前，以数字信号处理器(DSP)为核心的运动控制器逐渐成为发展主流。这种运动控制器可以方便地嵌入PC机中，结合PC机强大的信息处理能力和开放式特点，因此广泛应用于各种运动控制领域。本文结合实际的工程项目，采用了高性能的双核32位定点DSP芯片一一Concerto F28M35H作为核心控制芯片，完成了对整个运动控制系统的具体实现方案的设计。与常用的运动控制芯片TMS320F2812相比，Concerto F28M35H接口丰富，更适合于做多个电机控制，从而能够更好地实现多轴控制。

本文根据工程实际需要设计了一种新型的三自由度运动平台, 采用无刷直流伺服电机（BLDCM）提高了系统的精度。整个系统主要包括电机控制模块，图像采集与通讯模块，网络接口模块，照明等其它模块。

2.系统概述

本次设计中采用PCI总线完成工件图像信息与上位机的通讯。系统中PC 机作为上位机，运动控制卡作为下位机，其中，下位机选用TI 公司生产的F28M35H芯片。PC机发送各种控制命令，经PC程序进行译码、预处理等处理后，通过以太网发送给F28M35H，F28M35H读取指令或数据，并根据读入的指令或数据，然后产生位置控制脉冲输入到各个电机轴的伺服驱动器；伺服驱动器根据DSP发送的位置指令，根据计算的理论位置与位置反馈模块反馈的实际位置进行比较得跟随误差，经由误差补偿后形成真正的电机实际位置，并据跟随误差算出速度指令值，最后产生PWM脉冲控制X,Y轴电机运行，控制工件的运行;通过控制Z轴电机运行及发出摄像机触发信号来调节摄像机的位置及曝光，并将图像信息由PCI总线上传于PC机，其中摄像机的触发信号来自专门的数字光纤传感器，当数字光纤传感器检测到运动平台上的工件时，产生数字电平信由此电平信号触发摄像机促使摄像机抓拍工件的图像信息，工件的图像信息由PCI传送至PC机。

3.系统硬件电路结构

整个系统硬件电路主要有三部分组成：方框内的DSP核心控制板、方框外电机驱动部分组成和上位控制计算机。

(1)DSP核心控制板主要完成相关算法的运算、对反馈信号的处理和控制信号的生成，它是整个控制系统的核心。

(2)电机驱动部分主要根据DSP控制信号完成能量向电机的输送。同时，还包括反馈信号的处理电路和电机保护电路。

(3)通过以太网实现DSP与上位机的数据通信。上位机发送控制指令并接收下位机DSP反馈回来的数据。

4.网络接口模块

该模块可以实现运动控制卡与其他控制单元的通信，从而实现远程监控、故障诊断等。该模块通常可以是以太网、RS232、RS422/485、Profibus-DP等。

本系统中选用的是以太网。

5.图像采集与传输模块

由系统框图可以看出，F28M35H发出触发信号来控制摄像机的曝光，一般来说，数字摄像机的曝光触发模式有以下四种方式：

(1)连续模式 连续模式是最基本的曝光模式，此模式不支持全帧同步曝光。

(2)标准触发模式 标准触发模式的帧曝光支持外部信号触发和软件触发两种模式，这种方式的最大特点是时间延迟较长，对于抓拍匀速运动物体效果较好。软触发也可以输出闪光灯控制信号，只要曝光时间大于摄像机的预置帧周期,就可以输出闪光灯的控制信号。

(3)边缘触发模式 边缘触发模式设置曝光时间时可以尽量短，因此触发延迟短，而且稳定。

(4)电平触发模式 电平触发模式与边缘触发模式类似，只是曝光时间的长短由外部有效信号的时间宽度控制。

本系统中选用的是电平触发模式。图像检测的方式有两种，其一是使用图像检测目标物是否存在。即连续拍照，提取轮廓。但是这种方式需要软件不停的抓拍、判断。另一种方式是使用传感器检测。传感器的选择可以用光电传感器或者接近传感器，当工件运行到检测位置时，传感器输出信号触发相机拍照。如此可以减轻PC的负担。本次设计中使用传感器，在图像处理软件中添加串口驱动，由传感器启动图像采集。图像处理软件中要包含相机的设置。例如，可调整透镜和照明度。按照目标的移动速度，设置相机的快门速度（shutter）。问题，检测到不合格产品后报警，将不合格工件移出流水线。

由于被测工件为金属物，对光线的反射率较高，首选漫反射式光电传感器。

工件的检测，在传送带的正上方约60公分处安装反射式光电传感器。光电传感器输出的开关量信号输入数字IO口通知给工控机。之后工控机通过Gige发指令给相机启动拍摄。

其中传感器选用的是Keyence的FS-N11N。工件检测流程图如图1所示。

当工件传输到某一检测模块时, 触发光电传感器, 光电传感器给 PC发出信号,PC控制LED照明光源和Dalsa P2-24黑白线扫描CCD 摄像机对工件进行拍照, 并分别将数字图像信息传送到DSP芯片中, 进行采集和预处理, 然后, 通过 DSP利用小波变换等算法进行高速的运算, 并识别是否合格,如检测为不合格, 将该检测结果传送给PC，PC发出相应的命令, 通过编码器和PC对不合格工件进行定位, 并通过PC控制击出器将不合格工件平稳的击出流水线。具体如图2所示。

在现代工业控制中，传统的 ISA 总线已经不能满足如视频系统、图形加速卡、高速网卡、数据采集卡、数据传输和数据存储设备的需要，而 PCI 总线的出现以其高带宽的传输速率在计算机、工业控制、通信设备等领域得到了广泛应用。

PCI（Peripheral Component Interconnect）总线，即周边器件互联总线，是 Intel 公司推出的一种先进的高性能 32/64 位局部总线，可同时支持多组设备，不受制于处理器，数据吞吐量大（33MHz 总线频率、32 位传输时峰值可高达 132MB/s）。PCI 总线由于传输速度快，而且支持热插拔、电源管理等功能，因此性能高、功能强，不但能实现数据的高速传输，而且体积小、价格低、使用方便、应用范围广。本次设计中选用PCI总线。

6.结束语

本文结合具体的工程项目，设计了三轴的工件检测运动平台的各个模块，完成了生产线中对工件的检测，并对不合格工件进行分离。

【参考文献】

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