西门子模块6ES518-4UP00-0AB0型号介绍

1 引言

　　机动车在夜间行车会车时，对面汽车车灯的强光会对驾驶员产生视觉盲区，从而引发严重的交通事故。为了彻底消除这种由于汽车晕光产生的交通隐患 。

　　本文提出一种基于DSP和图像处理技术的抗晕光图像采集系统解决方案来解除夜间行车眩光。目前获取图像主要采用CCD和CMOS图像传感器，其中。CMOS图像传感器具有功耗小、成本低、单一电源驱动、使用寿命长、易于片上系统集成等特点，适用于抗晕光图像采集系统。本文提出抗晕光图像采集系统采用OmniVision公司推出的CMOS彩色图像传感器OV7620代替传统CCD图像传感器，该传感器可由软件编程控制，能直接输出数字图像信息，而且大大降低系统设计难度，减小系统体积，提高了系统设计的灵活性和稳定性。

2 系统硬件设计

　　本抗晕光图像采集系统是由图像采集和图像处理组成。其中，图像采集部分由两路OV7620图像传感器实现;图像处理则由TMS320C6414实现。EPM3128通过编程设置输出每个存储器地址。其系统框图如图1所示。

　　2.1 图像采集部分

　　在抗晕光图像采集系统中，TMS320C6414通过通用GPIO端口模拟I2C总线，设置OV7620的内部寄存器参数.使其完成相应功能。OV7620可提供00H～7CH共125个寄存器，用于控制传感器，可设置传感器的快门方式、积分时间、A/D转换器工作特性、伽马校正和开窗口位置、输出数据格式、帧频、像素时钟等参数。其中，直接影响像元积分时间的寄存器为曝光量控制寄存器、时钟预分频器寄存器和帧频调整寄存器。OV7620通常默认为I2C总线上的主器件，可将寄存器29的第6位置1，将其改为I2C总线的从器件，因此，I2C总线的主器件TMS320C6414可对0V7620写操作。

　　当TMS320C6414的引脚SBB为低电平，才能完成I2C总线初始化，此时OV7620作为从器件，支持400 Kbit/s的7位地址数据传输协议。将OV7620内部寄存器28的第5位置1即为逐行扫描方式;寄存器13、14的第5位置0即16位的YUV422-640x480像素的数字图像数据（高8位为亮度信号，低8位为色度信号）;输出设置25帧/s。OV7620的视频时序电路产生行同步、场同步、混合视频同步等同步信号和像素时钟等内部时钟信号，EPM3128根据这些同步信号确定图像的读写操作以及相关处理。本系统采用单帧图像数据输出处理方式。

　　EPM3128通过I/O端口将IS6lLV51216的引脚CE、WE、LB、UB置为低电平，OV7620则将16位图像数据输入至IS6lLV51216。OV7620的内部控制位SRAM信号为高电平表示处于外部RAM状态，此时所有的数据总线变为三态并准备发送数据。OV7620向外部SRAM输出单帧图像数据的时序图如图2所示。

　　首先判断传感器的内部控制位SRAM，当SRAM为高时OV7620进入外部RAM，接着通过EPM3128发送初始化脉冲至AGCFN来获得一帧数据。但由图2看出移出的数据并不完全是有效图像数据，有效图像数据是由bbbb（水平参考输出）、VSYNC（场同步信号）共同确定。因此需判断VSYNC是否为1且bbbb上升沿是否到来。如果是上升沿则表明传感器开始输出有效数据。当HRFF=l时，像素时钟PCLK计数，并把计数值传输至外部SRAM的地址总线，同时将OV7620输出的图像数据DATA传输给SRAM的数据总线，对外部SRAM写操作;当HRFF=O时，计数暂停。OV7620发送完一帧数据后VSYNC=0，因此，可通过判断VSYNC是否为O来停止计数器计数并结束图像采集。
　　

　　2.2 图像处理部分

　　TMS320C6414是TI公司推出的一款高性能数字处理器，具有强大的硬件结构和软件系统，可适用于抗晕光图像采集系统。TMS320C6414的L2容量为l024KB，通过cache配置寄存器（CCFG）的L2MODE字段把L2配置为第5种模式，即把片内SRAM设置为768 KB。TMS320C6414经EMIFA端口，以EDMA方式将图像数据同步读入内部SRAM。增强型直接存储器访问（EDMA）用于实时图像数字信号处理，可在CPU后台完成存储空间中的数据转移，把外部存储器中的图像数字信息快速、高效地传输到DSP内部SRAM中。设置EER控制寄存器的EVT4位为l，即采用EDMA的第4通道（EDMA4）采集图像数据。该通道配置为32位传输方式，每次中断搬移一帧图像数据存入内部SRAM。

　　为了同步采样，路OV7620的SRAMl和VSYNCl可通过与非门控制两路OV7620同步采样并分别存储到各自连接的IS6lLV51216中;VSYNCl下降沿标志OV7620一帧图像数据输出结束，VSYNCl经反向器接至TMS320C6414的AF5引脚触发EDMA4中断，并同时读取IS6lLV51216中存储的图像数据。CPU采用阈值化分割算法来处理图像信息。在TMS320C6414控制下同步进行图像信息的传输和处理，完全满足系统的实时要求。TMS320C6414外接40 MHz的晶体振荡器，CLOKMODE[l：0]设置为10，使其内部频率高达480 MHz。DSP通过I/O端口检测OV7620的同步信号VSYNC、CHSYNC以及像素时钟PCLK，保证DSP能够准确读取OV7620输出的数字图像数据。在同步信号和像素时钟的干预下保存采集的数字图像数据，保证传输数字图像的完整性。图3所示为路图像采集系统硬件电路图。

3 系统软件设计

　　在CCS（Code Composer Studio）编译环境下，采用C语言和线性汇编进行编程。计算机通过JTAG接口把编译成功的系统程序写到外部Flash中，使软件在硬件平台上高速、稳定、可靠运行。系统软件设计流程如图4所示。

　　TMS320C6414采用阈值化分割算法，即把路OV7620的曝光时间设定为1/50 s，将采集到的图像信息存储到存储器1中（通过EPM3128设置存储器l的地址高位为0，即为0XXXXXXXXXXXXXXXXX）;把第二路OV7620的曝光时间设定为l/l 000 s，把采集到的图像信息存储到存储器2中（通过EPM3128设置存储器2地址的高位为1，即为lXXXXXXXXXXXXXXXXXX）。两路OV7620在TMS320C6414控制下同步采样同一景物，并设置亮度阈值为245。

　　TMS320C6414从存储器l中依次读取每一个存储单元的数值并判断其亮度值。如果该像素点的亮度值小于245，无晕光，则把该像素值和地址值暂存到DSP内部的SRAM中;如果该像素点的亮度值大于或等于245，并有晕光产生，则丢弃该存储单元数据，而从存储器2对应地址（0XXXXXXXXXXXXXXXXX换成lXXXXXXXXXXXXXXXXX）单元中读取像素值和地址值。存储完一行像素后。判断所有像素地址的起始位是否为l。若起始位为l，说明有晕光产生。此时取该像素值以及前后各3个像素值，共7个像素值求平均值，把平均值代替该像素值，直到该行像素处理完后输出;若起始位不为l，说明无晕光产生，直接输出像素值。若晕光在一帧图像的开头或者结尾产生，则只取符合条件的像素值求平均值。该算法可以根据具体采样的不同信息自由设置阈值大小，求平均值像素的总数，具有良好的灵活性。

　　采用索尼DCR—DVD808E数码摄像机及Pbbbb数据采集卡，通过PC机采集单幅静止图像。次实验，相机曝光时间设定l/50 s的采集图像，汽车车灯亮度较强，产生晕光，所以无法分辨车灯外部轮廓以及车牌号，而光线相对较暗的远处人群可以看见;第二次试验，相机曝光时间调整为1/1 000 s的采集图像，亮度较强的车灯外部轮廓以及车牌号均可见，而远处人根本看不见。利用MATLAB对两幅图像进行阈值化分割算法仿真，阈值设为245，经过处理后的整体图像比较清晰达到预期效果。图5所示为MATLAB仿真图。

4 结语

　　抗晕光采集系统在交通安全方面彻底消除汽车行车时产生的晕光，大大减少交通事故的发生，从而保障人民生命财产安全。而在工业电弧焊机焊接方面，该系统不但可以保护操作人员的身体健康，而且还大大提高焊接质量。因此，抗晕光采集系统的研究具有重要的实用价值。

目前国内大型注塑机大部分采用PLC 或者基于单片机芯片的控制系统。虽然上述2 种方法可以完成注塑机的正常运行，但是该种控制系统存在以下不足：控制精度不高，开发周期长，保养维修升级困难。另外，注塑机正朝着高速、高效、低能耗和高自动化的方向发展，这就要求注塑机具有完善的自动化控制与调节系统，以确保对注射成型过程的工艺参数实行高重复度、高灵敏度的可靠性。运用B&R PCC 对意大利一品牌20 世纪80 年代后期产1 350t 大型注塑机的控制系统进行升级改造，取得良好效果，并具备了常规注塑机控制系统难以实现的功能。

1  注塑机控制硬件系统组成
      控制系统硬件由上、下位机组成。上位机包括工控机、面板及键盘；下位机包括PCC 控制器及扩展模块。上位机采用带486DX2CPU 的IPC2001 安装了B&R Automation Runime V2.60操作系统，26.4cm （10.4 时）TFT 真彩屏，中英文操作界面，面板附带注塑机专用30 键小键盘；下位机采用高性能可编程计算机控制器B&R PCC 一2003 系列CP476 ，该PCC 除了带CPU 外还带有独立的TPU , 用于处理高速输人／输出（I／O）信号，扩展模块DM465，DO435 ，旋人式模块位移采集AI294 、压力采集AI351、温度采集AT664 和高速计数模块AIl38 。上、下位机之间的通讯采用CAN 总线或者RS232 总线。该控制系统在人机界面上可对全线集中监控，必要时可以外接moderm 实现远程监控；具备I / 0 口、加热和压力状态显示；自动故障报警与随机帮助功能。

      系统硬件组成框图如图1 。

图1 系统硬件组成框图

      系统硬件结构紧凑，无论是旋人式还是扩展模块都采用标准尺寸，利于控制柜设计和安装。系统抗干扰性好，输人／输出模块均带有光偶隔离。输入模块可以将输入的电流信号（0～20mA）和电压信号（ 0～l0V ）直接转换为0～32767 数字量信号。DO 模块电流可以达到2A ，由于该执行机构电磁阀驱动电流高于2.5A ，所以DO 信号通过扩流驱动板放大驱动执行机构电磁阀。

      PCC CP476 内带TPU ，实现高速信号I / （ ） ，能有效实现射胶7 段压力和速度快速切换控制。为了激活TPU ，在系统软件设计时需要初始化和设置LTX （ ）函数给TPU 分配通道。

2   软件控制系统
    2.1  B&R AS 开发环境
      bbbbbbs 下编程环境Automaton Studio 支持标准C 、Basic 、梯形图、指令表、顺序结构图等6 种标准的开发语言。根据需要可以在同一个项目中采用多种语言进行编程。同时，编程环境中除了包含丰富的常规函数库和功能块外，还包括注塑机专用函数库plastliba ，利用该函数库可以实现下文所述系统特性。

      B&R 的PCC 控制器采用分时多任务操作系统，具备大型计算机的分析能力。从注塑机控制要求出发，将锁模、温控等过程对实时要求不同的任务设置在循环时间不同的任务等级中（如表1）。

表1 任务设置

    2.2 系统软件组织结构
      控制系统软件由下位机系统、上位机系统和界面三部分组成，软件采用C 语言编写。

      注塑工艺流程（见图2）中熔胶和开模同时进行，因此软件结构上包含顺序结构和并行结构。程序中插入挂起和唤醒功能函数，实现程序的顺序和并行动作。组织结构采用金字塔形由上至下4 个层次（见图3） ，将流程图各过程任务定义为执行层并分布在不同标准任务层。按功能分为通讯、互锁操作、数据操作、温控、报警等。功能上除了可以满足常规顺序动作、多路并行动作之外，还可以实现普通控制系统难以达到的几个特性，可以显著提高注塑机性能，更好地保护液压系统。

图2    注塑工艺流程

图3 主程序功能框图

      上位机程序组织结构和下位机相同，功能上分为通讯，数据保存和读写，曲线的绘制，参数输人和输出等。上、下位通讯以上位机为主动，下位机为被动，上位机定时读写下位机的相应变量值。上位机界面设计可以在AS 下快速方便实现。

    2.3 系统脱机模拟调试
      为了实现脱机调试，在程序中添加模拟程序，主要是针对注塑工艺流程各动作的位移和行程开关闭合状态的模拟。从而在脱机状态就几乎可以仿真注塑机动作，大大方便控制系统的调试，是一般注塑机控制系统开发不具有的。

3   系统功能特点
    3.1 运动控制特性
      如何实现大型注塑机液压系统的平顺运行和保护是控制系统的关键问题。本系统从软件设计上充分优化液压系统的控制，实现低过冲、高精度。

      活塞运动加减速段采用RAMP（ ）函数斜坡化控制或者用RAMP _ Ql（ ）函数实现二次曲线控制，每次运动减速位置点实时计算和补偿，如油缸活塞行程末端缓冲减速采用RAMP _ Ql（ ）函数实现二次曲线处理。液压系统电磁阀开闭进行延时补偿，在人机面板上可以设定延时时长。

    3.2 机铰机构线性化
      该注塑机的合模机构机铰结构为5 点肘杆式，动模板行程长达2m 。动模板运动状态的测量是通过测量合模油缸的活塞杆来获取，从而大大提高测量的精度和可靠性。

      将机铰结构参数输人到B&R togclac 软件计算出活塞与动模板移动位置一一对应的关系，数据保存并导入到工程生成数据模块，再使用DA _ read（ ） 函数可以从数据模块中读取活塞和动模板位置的关系。

    3.3 温度控制系统特性
      采用B&R 智能温度PIDxh 和PIDXHOPT 功能块可以计算出PID 参数，使温度控制**到士1 ℃ 。PIDXHOPT 功能块可以优化加热程序。

    3.4 熔胶背压闭环优化控制
      该系统熔胶背压采用闭环控制。背压反馈值经DI351 模块输人到CP476 的TPU 处理，比较设定值后再经过PIDX（ ）函数优化。

    3.5 过程参数监控
      系统具备丰富的曲线辅助监控和分析功能。面板可以显示开合模等阶段的速度、压力、位置等曲线，还可以根据需要对各段温控区和压力进行实时曲线监控，还可以选择射胶、螺杆转动、开锁模和注射等单元的加工过程进行速度／时间、压力／时间、速度／位置和压力／位置的过程监控。

    3.6 系统通用扩展性
      系统采用C 语言编写，结构完整清晰。软件设计大量采用结构变量体系，采用结构变量描述各个部件的状态和动作过程等。如顶出动作结构变量包括了进和退过程的顶出行程，顶出各行程阶段的速度和压力；顶出动作延时、报警标志等变量。

      该系统软件通用性强，可以适合同系列不同吨位的注塑机。在日常维护更换零部件时，只需要在面板稍加修改参数而不需要繁琐的调试，如更换顶出油路电磁换向阀时，倏改方向阀打开延时和关断延时时长即可。

    3.7 人机界面友好
      人机界面图文并茂，可以方便设置各结构变量参数，如液压电磁阀的开启闭合延时；还可以设定动作的各方面参数，包括并行动作、抽芯组合和速度压力设置。

4 总结
      采用贝加莱智能控制系统升级液压机械式大型注塑机获得成功，机器的整体性能超过了原有的PLC 外加温控表的早期控制系统。不断提高注塑机整体性能是**停止的趋势，在较少的硬件投入的基础上获得较多的产品附加值是产品竞争的关键。采用具有稳定品质的贝加莱智能控制系统，开发传统液压机械式注塑机的控制系统，一方面可以缩短开发周期和减少相应的成本，另一方面可以提升注塑机的品质和档次，从而可以说是为国内注塑机提升产品品质国际竞争力开辟了一条新的道路。