基于SOPC技术的PET瓶缺陷检测系统设计

摘 要：介绍基于SOPC技术的PET瓶缺陷检测系统的软、硬件设计方法。利用SOPC Builder在FPGA芯片EP2C35F6726C上配置的NIOSⅡ软核处理器作为控制核心，在Avalon总线上挂接接口模块和用户自定义逻辑模块，于NIOSⅡ中使用C++编程实现图像检测判别准则，并加上FPGA的外围单元，共同完成系统主要的功能设计。实验结果表明，该设计方法可行、可靠，检测效果快速精确。该设计在图像处理中采用并行处理设计，其应用上具有一定的帮助性和可借鉴性，也证明FPGA在图像处理方面的优越性。采用FPGA并行处理的方法进行图像识别，系统处理速度快、集成度高、成本低、维护方便。
关键词：NIOSⅡ；SOPC Builder；FPGA；图像处理

0 引 言
随着生活水平的提高，饮料的市场需求量也不断增加，产品的质量已成为生产厂商和消费者关注的问题。目前，市场上几乎所有的饮料瓶都是采用PET(环保塑胶)切片来注塑加工成型的。在进行灌装的工序时，高速旋盖子系统中PET瓶会出现盖拧松、高盖和歪盖等情况；这些情况中轻微的会导致产品外观不美观，严重的会导致饮料内部质量发生变化。所以为了减少不合格品的数量，需要增加必要的检测工序。
传统的方法是在计算机中利用软件实现图像处理系统，这是一个相对耗时的过程，而且对于处理速度要求很高的检测系统来说，用这种方法也会逐渐不能满足现代化大生产的高速生产节拍要求，给视觉检测实现100 %在线检测方面带来了局限性。FPGA器件的可编程片上系统(SOPC)在设计的灵活性、功能的可裁剪性和软硬件的可编程性上具有良好的集成度和成本较低等特点，为图像处理系统带来了新的解决方案，并具有极大的灵活性。目前并行处理是解决系统实时性问题的有效方法。

l 系统硬件的实现
设计采用FPGA芯片EP2C35F6726C，利用SOPC技术设计实现一个能检测PET瓶缺陷的系统。即针对PET瓶灌装后高盖、歪盖等缺陷情况进行快速检测判别，以确定并报警剔除不合格产品。系统主要由图像采集模块、FPGA图像处理模块、图像显示模块和判别模块四部分组成。系统硬件平台如图1所示。

在生产线上待检测产品经过传送带输送到达指定位置时，光电传感器产生感应信号，传送带停止一段时间，系统开始进行PET瓶缺陷检测。按下按键后由图像采集模块(TRDB-DC2)采集图像数据，通过硬件器件，将数据RAW转换成RGB格式，再进行图像预处理，并在SDRAM中保存相应的数据，以利于进行后期图像处理，同时也可以通过操作相应按键在VGA上实时显示出该图像。系统在FPGA芯片EP2C35F6726C上配置的NIOSⅡ软核处理器作为控制核心，并在Avalon总线上挂接相应的接口模块和用户自定义逻辑模块，与FPGA的外围单元共同完成系统后期的图像处理、实时显示剔除操作等功能。系统硬件设计框如图2所示。整个设计采用自上而下的设计方法，在SOPC Builder中搭建系统硬件模块。将所需的各功能模块通过Avalon总线集成。SOPC Builder具有强大的系统集成特性，充分利用现有的IP，大大缩短了设计周期，在很短的时间内就可以构建一个稳定的系统，进而基于硬件完成系统中各模块的软件设计，最后集合成系统，如图3所示。