升降车动臂焊接防差错智能指导系统的研究

 

     升降车动臂焊接防差错智能指导系统的研究,  源城升降车出租, 源城升降车公司, 源城升降车多少钱  检测焊点系统中处理器的选择有两种方案：第一种方案是选择单片机为处理器，另一种方案是选择FPGA作为处理器。这两种芯片作为处理器都有各自的优势和劣势。以下是这两种方案的比较。（1）FPGA运行速度优势。FPGA内部集成锁项环IP核PLL，可以把外部时钟倍频，核心频率可以到几百MHz，从而在传输数据和数据处理等方面相比较单片机有着巨大的优势。而在单片机中常用的晶振多为24MHz、12MHz、11.0592MHz和6MHz等，多为低频晶振，并且单片机无法把外部时钟倍频或者降频，能够提供的时钟少，并且没有FPGA灵活。

  （2）FPGA管脚多，更加容易实现大规模系统的设计。单片机I/O口数量较少，同步实现的功能有限，系统一般都为小规模控制系统，而FPGA动辄数百I/O，可以方便连接更多外设，同时实现更多的功能。比如一个系统有多路AD、DA采集和数据的处理与传输，单片机要进行仔细的资源分配，总线隔离，更有甚者还需要在外围电路中添加额外的锁存器和寄存器，这样结果很可能导致数据处理和传输缓慢，而FPGA由于丰富的I/O资源和片上逻辑资源，可以很容易用不同I/O资源连接各种外设，而且还能提供丰富的电平标准，同时不影响数据的处理和传输，非常适合用于规模较大，复杂性较高的的系统中。

   （3）FPGA内部程序并行运行，有处理更复杂功能的能力。单片机程序是串行执行的，开发语言为C语言或者汇编语言。而C语言凭借其语法简单易懂，容易上手，越来越多的人都用C语言作为单片机开发语言。由于C语言是顺序执行的，执行完一条才能执行下一条。所以单片机在处理突发事件时只能够调用有限的中断资源；而FPGA由于其特有的结构和布线，可以同时处理不同任务；它的开发语言是硬件描述性语言VHDL或者Verilog，这两种语言都是并行的，这就使得FPGA的工作效率更高。

  （4）FPGA拥有大量软核，可以方便进行二次开发。FPGA开发工具中有着丰富的软核，其中就包含单片机和DSP软核，并且通过软核来设计系统，I/O数量仅受FPGA自身所拥有的I/O数量限制，所以，单片机和DSP能实现的功能，XilinxFPGA基于8位的picoblaze或者32位microblaze软核进行开发系统也可以实现，不过这样会消耗更多FPGA的逻辑资源和存储资源，甚至还需增加外部存储芯片。虽然单片机开发过程简单，成本也比较低，但是由于本课题要实现对升降车动臂焊点焊接的检测，检测的灵敏度要去较高，要检测的升降车动臂的焊点比较多，需要丰富的逻辑资源和I/O数量，所以本课题选择FPGA作为检测升降车动臂焊点模块的处理器。本课题所要实现的升降车动臂焊点检测设备，通过FPGA实现焊点检测的功能。 FPGA的实现方式有两种，一种是直接根据电路功能和要求，用VHDL或者Verilog语言来实现电路的设计；另一种方式就是利用XilinxFPGA软核的嵌入式方式来实现。PicoBlaze是一个8位的微控制器，非常适合于Spartan系列及Virtex系列FPGA。还可以用于CPLD，但是需要外部加SRAM存储以运行程序。它又被成为常数化的可编程状态机KCPSM，之所以这样称呼它，是因为PicoBlaze非常适合实现复杂的，实时性要求不高的状态机。一般情况下，实现一个PioBlaze微控制器，仅仅需要96个SLICE（192逻辑单元）和一个BRAM（BlockRAM），最大可以寻址1K指令空间（每条指令18位宽）。

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     PicoBlaze微控制器框，它的特性介绍如下：图2.1PicoBlaze微控制器框图（1）16个8位的通用数据寄存器；（2）指令空间：1K（18位）片上存储器，上电自动装入；（3）ALU：字节宽度，具有进位carry及零zero标志位；（4）64个字节的片上暂存器ScratchpadRAM；（5）最多可以扩展256个输入口和256个输出接口；（6）31（10位）个可供CALL/RETURN调用的堆栈；（7）每条指令在两个时钟周期内完成，在Virtex-2、Virtex-4、Virtex-5、Virtex-6高性能FPGA中，可以达到200MHz（100MIPS）[32]；（8）在Spartan、Virtex2、Virtex-Ⅱpro、Virtex4/5/6中，仅需要大约96个SLICE和一个BRAM；  （9）支持汇编和指令集仿真。这种架构从长远来看是一种趋势，复杂的逻辑控制加上硬件加速，只集成在一个片内中，实现FPGA的SOPC。但是在实际项目中很少用到，一方面软核会会占用很大的FPGA逻辑面积；另一方面，由于是FPGA粗颗粒逻辑结构制作的CPU，天然的性能跟基于ASIC的ARM性能（无是速度还是功耗）相差很大。还有一个重要的原因就是成本了，一般的话，FPGA作为ARM或DSP的协处理器，其价格是ARM或DSP的两倍往上，并且它也不能保证比ARM或DSP性能好。在本课题中，由于基于软核的嵌入式系统的及时性不是太好，它只有一个中断输入，电路设计成本高。而且市面上它的应用还不是很成熟，资料也很少，所以本课题放弃了这种新颖的FPGA实现方式，采用传统的硬件描述性语言设计本课题的电路。

     系统的总体框图和主要功能,  系统的总体框图系统总体分为图形化焊接指导上位机、导线识别模块和升降车动臂焊接检测模块。系统的组成总体框架。 系统各模块的主要功能: 导线识别模块主要完成的功能是通过工业相机对导线进行图像采集，然后导线识别软件对采集图像进行预处理、字符的轮廓提取和字符识别等步骤，其识别原理是OCR（光学字符识别）。在导线识别模块识别之前之前，自动下线打标机已经在要焊接的导线打印上符合要求的线号，使每根导线都有其唯一身份。最后将识别后的字符以字符串的形式通过串口上传到图形化焊接指导的上位机中。基于FPGA的升降车动臂焊接检测设备将FPGA的I/O口与升降车动臂的焊点相连。检测模块检测升降车动臂焊接的本质是检测FPGA的I/O口的电平变化，检测系统初始化时会将连接在升降车动臂焊点的I/O口的电平全部置为高电平，而焊接所用的电烙铁是接地的，也就是说电烙铁连接的低电平。当电烙铁将导线焊接在升降车动臂焊点时，FPGA会检测到I/O口由高电平变化为低电平，以此来判断焊点是否被焊接。检测系统与上位机也是通过串口来实现数据交互的。检测装备可以通过RS485总线串联，以达到同时检测多个升降车动臂焊接情况的要求。最后，图形化上位机指导模块接收导线识别软件发送来的包含导线线号的信息的数据，从升降车动臂图形数据库中将导线号对应的升降车动臂焊接图调出来，以图形化的方式开始指导工人的焊接。而当工人将识别的导线与升降车动臂进行焊接时，上位机会以图形化的方式显示焊接是否正确。

     为降低错焊、漏焊发生的概率，已采用的焊接防差错方法有两种：其一，在导线端头制作标记，以标识该导线端头应连接的插头位号及焊接的点位；其二，工艺员绘制升降车动臂焊接图，使用与连接器实际点位相同的型谱图，标记各点位焊接的导线数量以及双绞线、屏蔽线等情况；焊接时，操作者依据导线标识及焊接图进行焊接。虽然两种方法的使用在一定程度上可以起到防差错的作用，但自动化程度低、连接不紧密并且处处需要施加人为干预，对生产效率尤其是防差错的能力都产生了较大削弱。为此本课题拟通过进一步研究新的防差错技术，在有效防止错漏焊情况出现的同时保证生产效率，实现的步骤如下。第一，使用激光下线打标设备，在导线本体上打印线号，避免人工贴线号时容易错写、错贴的问题发生，使得导线身份标记的准确性提高。第二，通过数字化手段读取导线号，即使用机器视觉代替人眼来识别导线上的线号，避免人工识读导线号时错读、混读的问题，使得导线身份的识别准确性提高，识别效率得到提高。第三，为了提高焊接效率，升降车动臂焊接时需要按便于操作的顺序进行焊接，根据不同的触点分布，焊接顺序各不相同，因此导线身份识别后仍不能直接开始焊接，需要使用穿线板进行位置分布。穿线板是一种与待焊连接器相同分布的穿线工装，使用穿线板将混杂在一起的线束进行位置分配后，即可实现焊接时的按序进行。第四，制作升降车动臂焊接检测设备及其工装——升降车动臂转换器，实时检测升降车动臂焊杯是否被焊接。第五，编写图形化焊接指导界面，图形化指引操作者将导线穿入穿线板正确位置并焊接在正确位置，并且通过连接检测设备图形化显示焊接是否正确。

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