基于PIC16C73的电子束焊机电视监视系统设计

电子束焊机具有能量密度高、加热面积小、电子束穿透深、焊接速度快、工件变形小、电子束控制方便等优点，经过几十年的发展，已经成为精密的焊接设备，从上个世纪80 年代开始，已经从尖端工业领域逐步应用到民用工业，目前已应用到汽车工业、造船、能源等许多领域。在电子束焊机对工件的焊接过程中，必须对焊接室中的工件进行合适的移位、瞄准和实时监控，因此需要电视监视系统完成这些必要的操作，用摄像头对焊接室中工件的实时情况进行摄像，然后将视频信号送到监视器中实时监视。由于工件的待焊点必须精确对准束流的下束点，因此需要对工件进行准确的移位，为此监视器上须有一个参考标记。所以电子束焊机监视系统需要在视频信号中叠加一个可移动的参考信号与焊接室图像同时在监视器中显示出来。

传统的电子束焊机监视系统多采用计数器等纯硬件电路实现，具有使用器件多、电路复杂、功能简单、易受干扰等缺点，与当今数字时代的高能焊机渐渐不能匹配。为了满足新时代电子束焊机监视系统的功能需求, 提出一种基于PIC16C73单片机及字符叠加芯片UPD6453的电子束焊机电视监控系统并实现了该方案。该系统带有参考标记可编程功能，可在不同环境下手动更换参考标记，实现了参考标记的1/4 096高分辨率数字移位，与上位机通讯，显示重要实时数据，并具有设计简单、成本低廉、可靠性高等特点。为电子束焊机监控系统的发展提供参考。

1 叠加原理

　在视频信号中，一个行（列）同步脉冲表示扫描一行，而一个行（列）同步脉冲上所叠加的大小不同的模拟量则表示一幅画面在这一行（列）中不同的灰度值，模拟电压值越大灰度越小；因此若要在监视器中某列（行）显示一个亮点，则只需要在该同步脉冲的一个周期内将指定列处的模拟电压值变大即可。先考虑简单的图形叠加情况, 如叠加一横线及一竖线。当电子束在屏幕上从左到右扫描时, 如果在某一行的电视信号上加一白色或黑色电平脉冲, 则在屏幕上相应点会出现一白点或黑点。如果在某一行扫描正程上加上宽度合适的黑或白电平, 则会在屏幕上产生一条横线。若连续多行都加上同一宽度的脉冲, 则在屏幕上形成一条垂直线。为此, 如果从某行同步开始, 每个行同步脉冲延时T 时刻, 加一白或黑电平脉冲, 则在屏幕上将产生一条垂直线。从上述原理可知，定位十字线的像素点，然后在其像素点上叠加一白电平信号，就能在屏幕上产生一个十字光标瞄准信号。

　综合考虑，采用十字光标对准的方式比较容易实现精确对准，因此电子束焊机监视系统需要在视频信号中叠加一个可移动的十字光标信号与焊接室图像同时在监视器中显示出来。且用户可以通过键盘手动控制光标的移动。按此要求，在图像传送过程中，截取从摄像头传出的视频信号，叠加了十字光标图像后再传送到接收端(本系统中为监视器)。所谓叠加实质上是在像素级为每个像素点选择电信号。这其中有两个问题：一是精确定位像素点，即确定它的行、列位置；二是定位之后控制电信号的输出，即在监视器上选择某一像素点为显示现场图像像素的电信号,还是叠加图形的像素电信号[1]。利用OSDC(On screen dis2play cont roller)视频叠加芯片进行视频信号场叠加可有效解决上述问题。其基本原理是按照像元显示位置与行场扫描有相同的映射关系,把每一个图形或者字符抽象成m×n(m和n一般为偶数,决定了图形显示的大小) 的字模，在RAM 空间开辟对应点阵,用黑白电平覆盖对应像元点,然后将多个字模组合拼接,在同一场叠加实现视频信号叠加。

2 系统硬件电路设计

系统采用PIC16C73单片机作为主控器，用于实现UPD6453的控制及焊接操作人员的相关操作功能，通过串行通讯模块与上位机（PLC）通讯，对焊接相关参数进行实时显示。系统硬件结构框图如图1所示,CD4538双单稳电路对LM1881分离出的行场同步信号进行单稳态延时以完成分划线的二维可控定位,暂稳态时间由数字电位器控制,延时输出后送入OSD 芯片中进行十字线的同步叠加,由UPD6453串行输出具有相对同步延时的视频脉冲叠加控制信号,触发开启模拟开关74HC4053来切换视频信号与白电平信号,屏幕上就会在视频信号中叠加出现可移动瞄准十字线图形。

2.1 行场同步分离单元

　在电视系统中，为了能正确地重现图像，要求收端（监视器）与发端（摄像头）同步扫描，因此，在视频叠加过程中需要把同步信号分离出来实现同步叠加。在本系统中，选择专用芯片LM1881将行、场同步脉冲分离出来。LM1881是正极性图像信号输入、TTL电平输出芯片，从而简化了电路。图2是LM1881的连接图以及工作波形示意图。

2.2