指纹分选机的控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及指纹芯片分选技术领域,尤其涉及一种指纹分选机的控制系统及控制方法。
背景技术
指纹分选机主要为指纹芯片测试提供服务,实现指纹芯片STRIP 方式的自动化测试,并将测试机测试电性参数后的结果保存下来,并在芯片上标示,保存下来的自动化设备。
现行技术中,通常采用PLC控制器+触摸屏的方式实现,此方式编程不灵活、成本高,且响应速度慢。
现有技术的指纹分选机的流程主要如下:
(1)现行技术需要先将基板固定到假片上,通过12寸探针台将基板载入。这种方法效率低,成本高;
(2)现行技术通过真空设备将基板吸平,这种方法很难将基板吸的完全平整,有可能导致测试良率低。本技术采用压板压基板,可以将基板压得很平;
(3)现行技术托盘是平整的,无法加假手指或机械手测试。导致测试可靠性低。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处,本发明提供一种能够有效分选指纹芯片的指纹分选机的控制系统及控制方法。
为了达到上述目的,本发明一种指纹分选机的控制系统,包括上位机和下位机,所述下位机包括FPGA控制器、输入控制电路、输出控制电路、通信控制电路和伺服电机控制器,所述上位机的输入端连接有用于测试指纹芯片电性参数的测试机,且所述指纹芯片上设有传感器,所述上位机的通讯端与通信控制电路交互连接,且所述通信控制电路与FPGA控制器交互连接;所述输入控制电路与上位机的按键相连,且所述输入控制电路与FPGA控制器的输入端电连接;所述FPGA控制器的第一输出端与输出控制电路的输入端电连接,所述输出控制电路的输出端连接有多个机械手,且所述FPGA控制器通过输出控制电路控制多个机械手下压或上移;所述FPGA控制器的第二输出端与伺服电机控制器相连,所述伺服电机控制器连接有伺服电机,且所述伺服电机驱动与指纹芯片驱动连接;
所述指纹芯片安置在分选机的托盘上,所述FPGA控制器通过伺服电机控制器驱动伺服电机带动指纹芯片移动到机械手的测试座下,所述FPGA控制器控制机械手下压后,机械手的测试座接触到指纹芯片的感应区后,测试机对指纹芯片进行测试,且测试机测试到的数据通过上位机输出。
其中,所述上位机为PC,所述PC内安装有开发平台,所述开发平台上设有用户界面、后台测试机通信界面和下位机通信界面,所述用户界面用于处理用户消息,所述用户界面将用户消息指令发送到后台测试机通信界面和下位机通信界面,所述后台测试机通信界面接收用户界面消息指令,且将消息指令发送给测试机;所述下位机通信界面接收用户界面消息指令,且控制下位机执行指令动作。
其中,所述下位机还包括电源模块,系统电源与电源模块的输入端电连接,所述电源模块的输出端与传感器的电源端电连接;所述电源模块将系统电源的5V转换为3.3V后,所述电源模块给传感器供电,且系统电源与FPGA控制器的电源端电连接。
其中,所述输入控制电路包括多个输入控制单元,每个输入控制单元均包括第一电阻、光耦、第二电阻和第三电阻,所述第一电阻的一端与光耦的第一端口连接,所述第一电阻的另一端连接有24V电压;所述光耦的第二端口与对应的传感器连接,所述光耦的第三端口通过第二电阻接地,所述光耦的第三端口通过第三电阻与FPGA控制器的输入端连接,且所述光耦的第四端口连接有3V电压。
其中,所述输出控制电路包括多个输出控制单元,每个输出控制单元均包括达林顿管、第四电阻、第五电阻和第六电阻,所述FPGA控制器的第一输出端通过第四电阻与达林顿管的第二端口相连,且所述达林顿管的第一端口连接达林顿管的第二端口与第四电阻之间;所述FPGA控制器的第二输出端通过第五电阻与达林顿管的第四端口相连,且所述达林顿管的第三端口连接在达林顿管的第四端口与第五电阻之间;所述FPGA控制器的第三输出端通过第六电阻与达林顿管的第六端口相连,且所述达林顿管的第五端口连接在达林顿管的第六端口与第六电阻之间;所述达林顿管的第八端口接地,所述达林顿管的第九端口连接有24V电压;所述达林顿管的第十二端口、第十四端口和第十六端口分别连接有电磁阀,所述电磁阀与机械手电连接,且所述达林顿管的第十一端口连接在其第十二端口上,所述达林顿管的第十三端口连接在其第十四端口上,所述达林顿管的第十五端口连接在其第十六端口上,且所述达林顿管的第七端口和第十端口均悬空。
其中,所述通信控制电路包括接口转换芯片、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一二极管和USB接口,所述接口转换芯片的第一端口和第五端口均与FPGA控制器相连;所述接口转换芯片的第四端口通过第一电容接地,且所述接口转换芯片的第十七端口连接在其第四端口与第一电容之间;所述接口转换芯片的第十三端口通过第九电阻接地,且所述接口转换芯片的第十四端口通过第十电阻接地;所述接口转换芯片的第二十端口通过第二电容接地,且所述接口转换芯片的第二十端口与第二电容之间连接有5V电压;所述第八电阻和第四电容串联后形成第一公共端和第二公共端,所述第一公共端与接口转换芯片的第十五端口相连,且所述第二公共端接地;所述第七电阻和第三电容串联后形成第三公共端和第四公共端,所述第三公共端与接口转换芯片的第十六端口相连,且所述第四公共端接地;所述USB接口的正极连接在第八电阻与第四电容之间,且所述USB接口的负极连接在第七电阻与第三电容之间,所述USB接口的电源端通过第一二极管连接有5V电压,且所述USB接口的接地端接地;所述接口转换芯片的第二十五端口、第七端口、第十八端口、第二十一端口和第二十六端口连接后接地,且所述接口转换芯片的第二端口、第三端口、第六端口、第八端口、第九端口、第十端口、第十一端口、第十二端口、第十九端口、第二十二端口、第二十三端口、第二十四端口、第二十七端口和第二十八端口均端口悬空。
其中,所述FPGA控制器的型号为EP4CE15F17C8N,所述光耦的型号为TLP627,所述达林顿管的型号为ULN2003,且所述接口转换芯片的型号为FT232R。
为了实现上述目的,本发明还提供一种指纹分选机的控制方法,包括以下具体步骤:
步骤1,准备好分选机、测试机和多个机械手,分选机上设有托盘和压板,压板上设有与指纹芯片相适配的压孔,且每个机械手上均设有测试座;
步骤2,将带有多个指纹芯片的指纹基板放置到托盘上,每个指纹芯片的指纹感应区开设有一个通孔,且通过用户界面输入相应的指纹基板编号;
步骤3,压板下压,将弯曲的指纹基板压平,且指纹芯片的通孔从压孔中露出;
步骤4,通过用户界面给下位机通信界面移动指纹基板上第一列指纹芯片的控制指令;
步骤5,下位机通信界面将移动指纹基板上第一列指纹芯片的控制指令发送给FPGA控制器处理,且FPGA控制器通过伺服电机控制器控制伺服电机,伺服电机将第一列指纹芯片移动到测试座下方;
步骤6,FPGA控制器通过输出控制电路控制多个机械手下压,带动测试座对第一列指纹芯片下压后,每个指纹芯片的焊盘连接到测试机上,测试机将测试信号加入第一列指纹芯片内,且测试机对第一列指纹芯片进行测试;
步骤7,测试机将测试数据发送给分选机,分选机收到测试结果后保存下来,并显示在后台测试机通信界面上;
步骤8,FPGA控制器通过伺服电机控制器控制伺服电机,伺服电机将下一列指纹芯片移动到测试座下方,并重复执行步骤6-7,直至将指纹基板上所有的指纹芯片测试完成;
步骤9,后台测试机通信界面输出Map图,通过查看Map图确认是否需要自动反检,如果需要自动反检,则执行步骤10;如果不需要自动反检,则执行步骤12;
步骤10,通过用户界面点击开始自动反检按键,机械手移动到失效芯片上,对失效芯片再次测试;重复测试失效芯片,直到所有失效芯片都重复测试完成;
步骤11,输出自动反检后的Map图,且机械手对坏的指纹芯片进行标记;
步骤12,将指纹基板退出到换板位置;
步骤13,将压板抬起;
步骤14,更换新的指纹基板,并执行步骤1-13,循环直至测试完毕所有的待测指纹基板。
其中,每个指纹芯片上均设有传感器,每次测试座对指纹芯片下压时,传感器将测试座下压指纹芯片的信号发送给输入控制电路,且输入控制电路将该信号发送给FPGA控制器。
本发明的有益效果是:
与现有技术相比,本发明的指纹分选机的控制系统及控制方法,通过上位机和下位机的配合,实现对指纹芯片的移动,当FPGA控制器控制带有测试座的机械手对指纹芯片下压时,实现与测试机相连,感应器感应到机械手下压,并将感应信息发送给FPGA控制器,使得测试机能够对指纹芯片进行测试,且测试机测试到的数据通过上位机输出Map图,测试机通过查看Map图得知指纹芯片的好坏,也可进行自动反检,直至将所有的指纹芯片区分好坏,且机械手对坏的指纹芯片进行标记,实现对指纹芯片好坏的分选。本发明采用的FPGA控制器具有响应速度快、实时性高、编程灵活的特点,有效提高指纹芯片的分选效率。
附图说明
图1为本发明指纹分选机的控制系统的方框图;
图2为本发明输入控制电路的电路原理图;
图3为本发明输出控制电路的电路原理图;
图4为本发明通信控制电路的电路原理图;
图5为本发明通信控制电路中USB接口的电路原理图;
图6为本发明指纹分选机的控制方法的方框流程图。
主要元件符号说明如下:
1、上位机 2、下位机
3、测试机 4、电磁阀
5、机械手 6、伺服电机
7、指纹芯片 8、感应器
21、FPGA控制器 22、输入控制电路
23、输出控制电路 24、通信控制电路
25、伺服电机控制器。
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明,下面结合附图对本发明作进一步地描述。
参阅图1,本发明指纹分选机的控制系统,包括上位机1和下位机2,下位机2包括FPGA控制器21、输入控制电路22、输出控制电路23、通信控制电路24和伺服电机控制器25,上位机1的输入端连接有用于测试指纹芯片7电性参数的测试机3,且指纹芯片7上设有传感器8,上位机1的通讯端与通信控制电路24交互连接,且通信控制电路24与FPGA控制器21交互连接;输入控制电路22与上位机1的按键相连,且输入控制电路22与FPGA控制器21的输入端电连接;FPGA控制器21的第一输出端与输出控制电路23的输入端电连接,输出控制电路23的输出端连接有多个机械手5,且FPGA控制器21通过输出控制电路23控制多个机械手5下压或上移;FPGA控制器21的第二输出端与伺服电机控制器25相连,伺服电机控制器25连接有伺服电机6,且伺服电机6驱动与指纹芯片7驱动连接;
指纹芯片7安置在分选机的托盘上,FPGA控制器21通过伺服电机控制器25驱动伺服电机6带动指纹芯片7移动到机械手5的测试座下,FPGA控制器21控制机械手5下压后,机械手5的测试座接触到指纹芯片7的感应区后,测试机3对指纹芯片7进行测试,且测试机3测试到的数据通过上位机1输出。
与现有技术相比,本发明的指纹分选机的控制系统,通过上位机1和下位机2的配合,实现对指纹芯片7的移动,当FPGA控制器21控制带有测试座的机械手5对指纹芯片7下压时,实现与测试机3相连,感应器8感应到机械手7下压,并将感应信息发送给FPGA控制器21,使得测试机3能够对指纹芯片7进行测试,且测试机3测试到的数据通过上位机1输出Map图,测试机通过查看Map图得知指纹芯片7的好坏,也可进行自动反检,直至将所有的指纹芯片7区分好坏,且机械手5对坏的指纹芯片7进行标记,实现对指纹芯片7好坏的分选。本发明采用的FPGA控制器21具有响应速度快、实时性高、编程灵活的特点,有效提高指纹芯片7的分选效率。
本实施例中,上位机1为PC,PC内安装有开发平台,开发平台上设有用户界面、后台测试机通信界面和下位机通信界面,用户界面用于处理用户消息,用户界面将用户消息指令发送到后台测试机通信界面和下位机通信界面,后台测试机通信界面接收用户界面消息指令,且将消息指令发送给测试机3;下位机通信界面接收用户界面消息指令,且控制下位机2执行指令动作。本案中的开发平台为Microsoft Visual Studio 2010,上位机1软件分为用户界面、后台测试机通信界面和下位机通信界面,即UI界面、后台测试机通信、下位机通信几个模块。UI界面用于处理用户消息,包括产品信息输入,测试指令等,然后将消息发往后台测试通信和下位机通信等模块;后台测试机通信处理用于接收UI指令,发送相关信息给测试机,进行测试,接收测试机的测试结果,返回给UI;下位机通信用于接收UI指令,控制下位机执行相关动作。
本实施例中,下位机2还包括电源模块(图未示),系统电源与电源模块的输入端电连接,电源模块的输出端与传感器8的电源端电连接,电源模块将系统电源的5V转换为3.3V后,电源模块给传感器8供电,且系统电源与FPGA控制器21的电源端电连接。电源模块为现有技术中常用的电源转换电路,传感器8的工作电压为3.3V,而传感器8内部没有电源转换电路,因此需要把系统电源的5V电压转换成3.3V电压,就能够给传感器8供电;FPGA控制器21内部含有电源转换电路,可将系统电源的5V电压直接转换成3.3V电压使用,因此系统电源可以直接给FPGA控制器21供电。
请参阅图2,输入控制电路22包括多个输入控制单元,每个输入控制单元均包括第一电阻R1、光耦U1、第二电阻R2和第三电阻R3,第一电阻R1的一端与光耦U1的第一端口连接,第一电阻R1的另一端连接有24V电压;光耦U1的第二端口与对应的传感器8连接,光耦U1的第三端口通过第二电阻R2接地,光耦U1的第三端口通过第三电阻R3与FPGA控制器21的输入端连接,且光耦U1的第四端口连接有3V电压。
本案中输入控制电路22外部接传感器8或开关。当传感器8有感应或开关闭合时,会有电流流过TLP627光耦,第一电阻R1用于限制流过光耦U1的电流,此时光耦U1输出导通,FPGA控制器21为高电平;当传感器8没有感应且开关断开,没有电流流过光耦U1,光耦U1输出不导通,且FPGA控制器21为低电平。
请参阅图3,输出控制电路23包括多个输出控制单元,每个输出控制单元均包括达林顿管U2、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6,FPGA控制器21的第一输出端通过第四电阻R4与达林顿管U2的第二端口相连,且达林顿管U2的第一端口连接达林顿管U2的第二端口与第四电阻R4之间;FPGA控制器21的第二输出端通过第五电阻R5与达林顿管U2的第四端口相连,且达林顿管U2的第三端口连接在达林顿管U2的第四端口与第五电阻R5之间;FPGA控制器21的第三输出端通过第六电阻R6与达林顿管U2的第六端口相连,且达林顿管U2的第五端口连接在达林顿管U2的第六端口与第六电阻R6之间;达林顿管U2的第八端口接地,达林顿管U2的第九端口连接有24V电压;达林顿管U2的第十二端口、第十四端口和第十六端口分别连接有电磁阀4,电磁阀4与机械手5电连接,且达林顿管U2的第十一端口连接在其第十二端口上,达林顿管U2的第十三端口连接在其第十四端口上,达林顿管U2的第十五端口连接在其第十六端口上,且达林顿管U2的第七端口和第十端口均悬空。
请参阅图4-5,通信控制电路24包括接口转换芯片U3、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一二极管D1和USB接口J1,接口转换芯片U3的第一端口和第五端口均与FPGA控制器21相连;接口转换芯片U3的第四端口通过第一电容C1接地,且接口转换芯片U3的第十七端口连接在其第四端口与第一电容C1之间;接口转换芯片U3的第十三端口通过第九电阻R9接地,且接口转换芯片U3的第十四端口通过第十电阻R10接地;接口转换芯片U3的第二十端口通过第二电容C2接地,且接口转换芯片U3的第二十端口与第二电容C2之间连接有5V电压;第八电阻R8和第四电容C4串联后形成第一公共端和第二公共端,第一公共端与接口转换芯片U3的第十五端口相连,且第二公共端接地;第七电阻R7和第三电容C3串联后形成第三公共端和第四公共端,第三公共端与接口转换芯片U3的第十六端口相连,且第四公共端接地;USB接口J1的正极连接在第八电阻R8与第四电容C4之间,且USB接口J1的负极连接在第七电阻R7与第三电容C3之间,USB接口J1的电源端通过第一二极管D1连接有5V电压,且USB接口J1的接地端接地;接口转换芯片U3的第二十五端口、第七端口、第十八端口、第二十一端口和第二十六端口连接后接地,且接口转换芯片U3的第二端口、第三端口、第六端口、第八端口、第九端口、第十端口、第十一端口、第十二端口、第十九端口、第二十二端口、第二十三端口、第二十四端口、第二十七端口和第二十八端口均端口悬空。
本实施例中,FPGA控制器21的型号为EP4CE15F17C8N,光耦的型号为TLP627,达林顿管U2的型号为ULN2003,且接口转换芯片U3的型号为FT232R。
输出控制电路23,采用ULN2003的达林顿管,每路驱动电流可达500mA。ULN2003是一个单片高电压、高电流的达林顿晶体管阵列集成电路,它是由 7 对NPN达林顿管组成的,它的高电压输出特性和阴极箝位二极管可以转换感应负载。单个达林顿对的集电极电流是500mA,而达林顿管并联可以承受更大的电流。
请参阅图6,为了实现上述目的,本发明还提供一种指纹分选机的控制方法,包括以下具体步骤:
步骤S1,准备好分选机、测试机和多个机械手,分选机上设有托盘和压板,压板上设有与指纹芯片相适配的压孔,且每个机械手上均设有测试座;
步骤S2,将带有多个指纹芯片的指纹基板放置到托盘上,每个指纹芯片的指纹感应区开设有一个通孔,且通过用户界面输入相应的指纹基板编号;
步骤S3,压板下压,将弯曲的指纹基板压平,且指纹芯片的通孔从压孔中露出;
步骤S4,通过用户界面给下位机通信界面移动指纹基板上第一列指纹芯片的控制指令;
步骤S5,下位机通信界面将移动指纹基板上第一列指纹芯片的控制指令发送给FPGA控制器处理,且FPGA控制器通过伺服电机控制器控制伺服电机,伺服电机将第一列指纹芯片移动到测试座下方;
步骤S6,FPGA控制器通过输出控制电路控制多个机械手下压,带动测试座对第一列指纹芯片下压后,每个指纹芯片的焊盘连接到测试机上,测试机将测试信号加入第一列指纹芯片内,且测试机对第一列指纹芯片进行测试;
步骤S7,测试机将测试数据发送给分选机,分选机收到测试结果后保存下来,并显示在后台测试机通信界面上;
步骤S8,FPGA控制器通过伺服电机控制器控制伺服电机,伺服电机将下一列指纹芯片移动到测试座下方,并重复执行步骤S6-S7,直至将指纹基板上所有的指纹芯片测试完成;
步骤S9,后台测试机通信界面输出Map图,通过查看Map图确认是否需要自动反检,如果需要自动反检,则执行步骤S10;如果不需要自动反检,则执行步骤S12;
步骤S10,通过用户界面点击开始自动反检按键,机械手移动到失效芯片上,对失效芯片再次测试;重复测试失效芯片,直到所有失效芯片都重复测试完成;
步骤S11,输出自动反检后的Map图,且机械手对失效芯片进行标记;
步骤S12,将指纹基板退出到换板位置;
步骤S13,将压板抬起;
步骤S14,更换新的指纹基板,并执行步骤S1-S13,循环直至测试完毕所有的待测指纹基板。
本方案灵活编程,控制伺服电机响应速度高,上位机采用PC编程UI界面,界面识别度高,用户不易按错,方便阅读和使用,FPGA控制器速度高,响应速度快。编程灵活。使用成本低,且扩展成本低。
本实施例中,每个指纹芯片上均设有传感器,每次测试座对指纹芯片下压时,传感器将测试座下压指纹芯片的信号发送给输入控制电路,且输入控制电路将该信号发送给FPGA控制器。
本发明的优势在于:
本发明的指纹分选机的控制方法,与现有技术相比,通过上位机和下位机的配合,实现对指纹芯片的移动,当FPGA控制器控制带有测试座的机械手对指纹芯片下压时,实现与测试机相连,感应器感应到机械手下压,并将感应信息发送给FPGA控制器,使得测试机能够对指纹芯片进行测试,且测试机测试到的数据通过上位机输出Map图,测试机通过查看Map图得知指纹芯片的好坏,也可进行自动反检,直至将所有的指纹芯片区分好坏,且机械手对坏的指纹芯片进行标记,实现对指纹芯片好坏的分选;本技术采用FPGA为控制器,上位机为PC电脑。本发明采用的FPGA控制器具有响应速度快、实时性高、编程灵活的特点,有效提高指纹芯片的分选效率。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例,但是本发明并非局限于此,任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。