基于PIC16C73的電子束焊機(jī)電視監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)
電子束焊機(jī)具有能量密度高、加熱面積小、電子束穿透深、焊接速度快、工件變形小、電子束控制方便等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為精密的焊接設(shè)備，從上個(gè)世紀(jì)80 年**始，已經(jīng)從尖端工業(yè)領(lǐng)域逐步應(yīng)用到民用工業(yè)，目前已應(yīng)用到汽車工業(yè)、造船、能源等許多領(lǐng)域。在電子束焊機(jī)對(duì)工件的焊接過程中，必須對(duì)焊接室中的工件進(jìn)行合適的移位、瞄準(zhǔn)和實(shí)時(shí)監(jiān)控，因此需要電視監(jiān)視系統(tǒng)完成這些必要的操作，用攝像頭對(duì)焊接室中工件的實(shí)時(shí)情況進(jìn)行攝像，然后將視頻信號(hào)送到監(jiān)視器中實(shí)時(shí)監(jiān)視。由于工件的待焊點(diǎn)必須精確對(duì)準(zhǔn)束流的下束點(diǎn)，因此需要對(duì)工件進(jìn)行準(zhǔn)確的移位，為此監(jiān)視器上須有一個(gè)參考標(biāo)記。所以電子束焊機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)需要在視頻信號(hào)中疊加一個(gè)可移動(dòng)的參考信號(hào)與焊接室圖像同時(shí)在監(jiān)視器中顯示出來。
傳統(tǒng)的電子束焊機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)多采用計(jì)數(shù)器等純硬件電路實(shí)現(xiàn)，具有使用器件多、電路復(fù)雜、功能簡(jiǎn)單、易受干擾等缺點(diǎn)，與當(dāng)今數(shù)字時(shí)代的高能焊機(jī)漸漸不能匹配。為了滿足新時(shí)代電子束焊機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)的功能需求, 提出一種基于PIC16C73單片機(jī)及字符疊加芯片UPD6453的電子束焊機(jī)電視監(jiān)控系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)了該方案。該系統(tǒng)帶有參考標(biāo)記可編程功能，可在不同環(huán)境下手動(dòng)更換參考標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)了參考標(biāo)記的1/4 096高分辨率數(shù)字移位，與上位機(jī)通訊，顯示重要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低廉、可靠性高等特點(diǎn)。為電子束焊機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展提供參考。
1 疊加原理
在視頻信號(hào)中，一個(gè)行（列）同步脈沖表示掃描一行，而一個(gè)行（列）同步脈沖上所疊加的大小不同的模擬量則表示一幅畫面在這一行（列）中不同的灰度值，模擬電壓值越大灰度越小；因此若要在監(jiān)視器中某列（行）顯示一個(gè)亮點(diǎn)，則只需要在該同步脈沖的一個(gè)周期內(nèi)將指定列處的模擬電壓值變大即可。先考慮簡(jiǎn)單的圖形疊加情況, 如疊加一橫線及一豎線。當(dāng)電子束在屏幕上從左到右掃描時(shí), 如果在某一行的電視信號(hào)上加一白色或黑色電平脈沖, 則在屏幕上相應(yīng)點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)一白點(diǎn)或黑點(diǎn)。如果在某一行掃描正程上加上寬度合適的黑或白電平, 則會(huì)在屏幕上產(chǎn)生一條橫線。若連續(xù)多行都加上同一寬度的脈沖, 則在屏幕上形成一條垂直線。為此, 如果從某行同步開始, 每個(gè)行同步脈沖延時(shí)T 時(shí)刻, 加一白或黑電平脈沖, 則在屏幕上將產(chǎn)生一條垂直線。從上述原理可知，定位十字線的像素點(diǎn)，然后在其像素點(diǎn)上疊加一白電平信號(hào)，就能在屏幕上產(chǎn)生一個(gè)十字光標(biāo)瞄準(zhǔn)信號(hào)。
綜合考慮，采用十字光標(biāo)對(duì)準(zhǔn)的方式比較容易實(shí)現(xiàn)精確對(duì)準(zhǔn)，因此電子束焊機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)需要在視頻信號(hào)中疊加一個(gè)可移動(dòng)的十字光標(biāo)信號(hào)與焊接室圖像同時(shí)在監(jiān)視器中顯示出來。且用戶可以通過鍵盤手動(dòng)控制光標(biāo)的移動(dòng)。按此要求，在圖像傳送過程中，截取從攝像頭傳出的視頻信號(hào)，疊加了十字光標(biāo)圖像后再傳送到接收端(本系統(tǒng)中為監(jiān)視器)。所謂疊加實(shí)質(zhì)上是在像素級(jí)為每個(gè)像素點(diǎn)選擇電信號(hào)。這其中有兩個(gè)問題：一是精確定位像素點(diǎn)，即確定它的行、列位置；二是定位之后控制電信號(hào)的輸出，即在監(jiān)視器上選擇某一像素點(diǎn)為顯示現(xiàn)場(chǎng)圖像像素的電信號(hào),還是疊加圖形的像素電信號(hào)[1]。利用OSDC(Onscreen dis2play cont roller)視頻疊加芯片進(jìn)行視頻信號(hào)場(chǎng)疊加可有效解決上述問題。其基本原理是按照像元顯示位置與行場(chǎng)掃描有相同的映射關(guān)系,把每一個(gè)圖形或者字符抽象成m×n(m和n一般為偶數(shù),決定了圖形顯示的大小) 的字模，在RAM 空間開辟對(duì)應(yīng)點(diǎn)陣,用黑白電平覆蓋對(duì)應(yīng)像元點(diǎn),然后將多個(gè)字模組合拼接,在同一場(chǎng)疊加實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)疊加。
2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
系統(tǒng)采用PIC16C73單片機(jī)作為主控器，用于實(shí)現(xiàn)UPD6453的控制及焊接操作人員的相關(guān)操作功能，通過串行通訊模塊與上位機(jī)（
