基于单片机的印制电路板智能定位冲孔系统

论文摘要

印制电路板(PCB)是集成各种电子元器件的信息载体,是电子产品的关键部件。随着技术的不断发展和工业的持续进步,电子产品趋于更轻、更薄、更短、更小,也使得PCB制造技术朝更高密度发展。PCB板基准孔的精确定位是保证PCB加工精度的关键。此次研究根据当前形势,结合实际作了大量的市场调研和文献查阅,开发了基于FPGA的基准孔智能定位系统。该系统主要由单片机、CCD摄像头和步进电机及计算机系统等组成。针对PCB基准孔特殊的图像信号,CCD摄像头获取PCB基准孔的图像信号,转变成视频信号输出,经数字化处理后存入图像存储器,由SST89E516RD为主单片机处理图像信息,将基准孔中心位置传给由两片AT89C2051构成的从单片机,从单片机控制二维平台的移动距离与移动速度,构建一个PCB基准孔自动定位主/从控制系统,从而实现二维平台的高速、高精度的定位,确保PCB板基准孔的定位精度和速度。该系统主要的难点在于如何利用低成本的单片机实现能对基准孔图像进行处理,并能在图像噪声中快速地识别和精确地定位基准孔,如何控制二维平台高速、精确的定位。为解决这些问题提出了对CCD视频信号的二值化处理方案,视频图像采样频率及采集方法、图像滤波算法、基准孔的识别和定位算法、步进电机的速度控制方案等进行了深入的研究。提出了利用PWM脉宽调制,提高弱视频信号的基准电位,以获取最佳图像的二值化处理;设计了视频信号采集与合成的电路,实现了视频信号的自动采集及LCD图像、菜单显示,解决了视频信号的分辨率与CPU运行速率之间的矛盾;提出了一套基于单片机的快速图像处理算法,其中包括图像边界点的识别、配对、滤波、中心坐标的求取;分析步进电机的力矩与速度之间的关系,通过实验,测定了步进电机最佳的变速控制曲线,完成了定位系统的软、硬件设计,实现PCB基准孔智能定位。实践证明,这些分析与设计提出了许多基于单片机的图像处理和定位、变速控制的新思想,与同类产品相比,由于摒弃了工控机、图像采集卡等设备,使得系统的体积和成本有了较大的降低,提高了系统的性价比,具有较大的应用和推广前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 相关产品及其技术现状
• 1.3 研究的主要内容
• 1.4 课题研究的意义
• 第2章 图像处理技术
• 2.1 视频信号处理技术
• 2.1.1 视频信号的采集
• 2.1.2 视频图像信号的合成与叠加
• 2.2 PCB基准孔识别与定位技术
• 2.2.1 边界点的识别
• 2.2.2 基准圆的识别
• 2.2.3 基准孔的快速识别
• 2.2.4 靶心绝对位置的获取及步长、脉冲数的计算
• 第3章 系统方案设计
• 3.1 系统的总体结构
• 3.1.1 系统总体方案设计的指导思想
• 3.1.2 系统方案分析
• 3.1.3 系统的总体结构
• 3.2 系统的硬件结构
• 3.3 系统软件的框架
• 第4章 系统硬件电路设计
• 4.1 图像采集与处理系统的硬件设计
• 4.1.1 图像采集与处理系统控制器的设计
• 4.1.2 键盘的设计
• 4.1.3 存储器设计
• 4.1.4 主、从单片机之间的串行通讯
• 4.2 机械设备控制系统硬件设计
• 4.2.1 机械设备控制系统控制器设计
• 4.2.2 步进电机驱动器接口设计
• 第5章 系统软件设计
• 5.1 图像采集与处理系统的软件设计
• 5.2 机械设备控制系统软件设计
• 5.2.1 主程序流程
• 5.2.2 步进电机加减速控制程序设计
• 第6章 系统测试
• 6.1 系统指标
• 6.2 X和Y方向步长和脉冲当量的测试
• 6.3 步进电机变速控制曲线的测定
• 6.4 定位精度测试
• 参考文献
• 附录
• 致谢