毕业设计（论文）文献综述-钢卷尺检定系统中图像采集车控制系统设计.doc

本科生毕业设计(论文)文献综述设计 (论文)题目钢卷尺检定系统中图像采集车控制系统设计作者所在系别机械工程系作者所在专业机械设计制造及其自动化作者所在班级B08114作 者 姓 名作 者 学 号指导教师姓名指导教师职称完 成 时 间2012年2月北华航天工业学院教务处制说 明1根据学校毕业设计(论文)工作暂行规定，学生必须撰写毕业设计(论文)文献综述。文献综述作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。2文献综述应在指导教师指导下，由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成，由指导教师签署意见并经所在专业教研室审查。3文献综述各项内容要实事求是，文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。4学生撰写文献综述，阅读的主要参考文献应在10篇以上（土建类专业文献篇数可酌减），其中外文资料应占一定比例。本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。5文献综述的撰写格式按毕业设计(论文)撰写规范的要求，字数在2000字左右。文献综述应与开题报告同时提交。毕 业 设 计（论 文）文 献 综 述摘要 钢卷尺检定装置，是检测中不可缺少的设备。钢卷尺在机械行业中数量多、应用范围广。特别是 l3米钢卷尺散布在每个职工手中。普通的检定既误使用 ，又增加检定费用十分不便。本文论述了以单片机AT89c5l为控制器的步进电机的控制系统，结合图像采集系统实现对钢卷尺的自动检定。内容主要包括该系统的硬件组成，步进电机运行过程的详细分析，Pc机与AT89C5l单片机之间的串行通信以及AT89C51单片机对步进电机的控制程序流程图等。 关键字：钢卷尺检测，步进电机控制，串行通信，图像处理Abstrate: Steel tape measure test equipment, is indispensable in the detection equipment. Steel tape number in the machinery industry, a wide range of applications. 1 3 meter steel tape scattered in the hands of every worker. Ordinary test is not only mistaken, but also to increase test costs. This is very inconvenient. This article discusses the stepper motor control system the microcontroller AT89c5l controller, combined with the image acquisition system to achieve automatic verification of the steel tape. The main contents include the systems hardware components, a detailed analysis of the stepper motor is running, the serial communication between the microcontroller and the PC machine AT89C5l AT89C51 microcontroller stepper motor control program flow chart.Keywords: detection of the steel tape, stepper motor control, serial communication, image processing一 钢卷尺检定规程11.1 钢卷尺的分类和结构钢卷尺是测量长度用的量具，按其结构一般分为四种形式，如下图所示。钢卷尺按其用途可分为三种：a ）普通钢卷尺用于测量物体的长度；b ）测深钢卷尺主要用于测量液体深度；c ）钢卷尺主要用于测量物体的直径和周长。钢卷尺的主要结构为具有一定弹性的整条钢带，卷于金属（或塑料）材料制成的尺盒或框架内。普通钢卷尺和钢围尺的尺端装有拉环或尺钩，制动式卷尺附有控制尺带收卷的按钮装置。测深钢卷尺的尺端带有铜制的尺花，它与尺带的联接可以是固定的，也可以是挂钩式的，框架与尺花的编号应一致，尺陀按其质量分为0 . 7 雌和1 . 6 kg 两种。钢围尺是在尺带上刻有周长尺和直径尺两种刻度，便于同时测量出圆柱物体的周长和直径。钢卷尺的标称长度：对于10m 以下的钢卷尺取0 . 5 的整数倍，对于10m 以上的钢卷尺取5 的整数倍。1.2 检定项目序号检定项目主要检定工具检定类别新制的使用中1外观及各部分相互作用检定台，5 kg 、1 kg 、1 . 6kg 重锤+2线纹宽度分度值为0 . 01 mm读数显微镜+-3示值误差标准钢卷尺、零位检定器、检定台、分度值为0.01 mm读数显微镜、重锤+1.3 检定方法 试验和目力观察。 目力观察，发现有疑问时，可用分度值为0.01mm的读数显微镜进行检定口 (1)零值误差的检定方法 将尺端装有尺钩或拉环的普通钢卷尺平铺在钢卷尺检定台上，加上规定的拉力后，与经检定合格的工级标准钢卷尺进行比较。使表示零位位置的尺钩（或拉环）与标准钢卷尺的零值线纹对准，在100 mm处读出误差值。 （2）任意段钢卷尺示值误差的检定方法在钢卷尺检定台上用经检定合格的级标准钢卷尺与被检尺进行比较测量 首先用压紧装置将标准钢卷尺和被检钢卷尺紧固在检定台上，分别在标准尺及被检尺的另一端按规定加上拉力。调整检定台上的调零机构，使被检尺的零值线纹与标准尺的零值线纹对齐（测深钢卷尺是用500 mm处线纹与标准钢卷尺零值线纹对齐），按每米逐段连续读取各段和全长误差。全长不足3m 的钢卷尺，受检段应不少于3 段。任意两线纹间的示值误差是在逐米进行检定的同时在全长范围内任选2 一3 段进行评定，其示值误差不得超过相应段允许误差的要求。当被检尺全长大于检定台面长度时，可用分段法进行检定，其全长误差为各段误差的代数和。毫米和厘米分度示值误差是在发现有疑问时，用分度值为0.01mm的读数显微镜进行检定。 （3）被检钢卷尺的示值误差 应是受检点的读数值与标准钢卷尺的修正值的代数和。 测深钢卷尺的示值误差是其零值误差与500mm以后的尺带示值误差的代数和。二 步进电机控制系统设计2.1概况2 单片机实现的步进电机控制系统具有成本低、使用灵活的特点。广泛应用于数控机床、机器人、定 量进给、工业自动控制以及各种可控的有定位要求的机械工具等应用领域。步进电机是数字控 制电机将脉冲信号转换成角位移 ，电机的转速停止的位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不 受负载变化的影响。非超载状态下根据上述线性关系 ，再加上步进电机只有周期性误差而无累积 误差，因此步进电机适用于单片机控制。步进电机通过输入脉冲信号进行控制，即电机的总转动角度由输入脉冲总数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。步进电机的驱动电路是根据单片机产生的控制信号进行工作，因此单片机通过向步进电机驱动电路发送控制信号就能实现对步进 电机的控制。2.2 步进电机的控制原理 3 步进电机是纯粹的数字控制电动机。当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，通过控制脉冲个数可以控制角位移量从而达到精确定位的目的，同时，通过控制脉冲频率来控制电机的转动速度与加速度，从而达到调速的目的。 步进电机的驱动电路根据控制信号工作。在步进电机的单片机控制中，控制信号由单片机产生。其基本控制 步进电机的通电换相顺序严格按照步进电机的工作方式进行。通常我们把通电换相这一过程称为脉冲分配。2.3控制步进电机的速度 如果给定步进电机一个控制脉冲，它就转一步，再发一个控制脉冲。它就会再转一步。两个脉冲的间隔时间越短，步进电机就转得越快。因此，脉冲的频率决定了步进电机的转速。调整单片机发出脉冲的频率，就可以对步进电机进行调速。2.4利用串口通信，实现单片机与PC机的连接3 系统中的串口通信由专用的芯片MAX202组成，主要用于系统与PC机的串行通信。CPU电路由AT89C51作为中央处理器并配以简单的外围电路组成，同时选用30pF的电容和1千欧组成系统自动上电复位电路。由于CPU内部就有存贮器，所以本系统未对其进行存储扩展。在本系统中，单片机的主要作用是接收键盘设定值，显示转动速度，同时还具有串行通信功能，当单片机发出脉冲信号的同时，PC机进行接收，以便对信号进行处理。单片机通过P10口来提供控制步进电机的时序脉冲，控制步进电机的运行，系统采用软件来完成脉冲分配这样可以根据系统应用的需要，方便灵活的改变步进电机的控制方式。 2.5硬件部分 PC机与AT89C51单片机之间的串行通信在硬件上是由转换器ATC一106和电平转换芯片MAX485来完成的。由于PC机采用的是RS一232C接口标准，根据项目要求与生产中的实际情况，需要采用传输距离较远的RS485，因此需要采用RS一232C 到RS一485的转换器ATC一106。但由于单片机的输入输出电平为TTL电平，为了取得一致的传输信号，因此需要采用电平转换芯片MAX485。根据实际需求选用AT89C51单片机，2.6软件部分 通过软件实现PC机与单片机间的异步串行通信。PC机采用查询的方式发送和接收数据，单片机采用中断的方式接收PC机传送的信息，从而确定步进电动机的旋转方向，走的总的脉冲数；采用软件延时法控制脉冲的分配，从而控制步进电动机的整个运行过程。 三 钢卷尺检定图像采集系统设计3.1 简介7 钢卷尺是一种应用非常广泛的长度计量器具，有时还会涉及到贸易结算或质量保证，因此，我国将其纳入强制检定计量器具管理目录。我国许多技术监督部门都开展钢卷尺的检定工作，采用的检定方法通常为在5m检定台的一边放置标准钢卷尺，另一边放置被检钢卷尺，两个钢卷尺零位对齐固定，手工加载测量载荷力，然后用分度值为001mm的读数显微镜，在每米处对标准钢卷尺和被检 钢卷尺进行比较测量。人工记录比较结果，计算示值误差，对大于5m的钢卷尺，则须分段进行检定，人工进行数据的整合与处理，最终做出判定结论。这种检定方法劳动强度大、检定效率低、精度不高、数据处理时易出现人工计算错误，且无法进行数据 的自动存储。鉴于以上情况，钢卷尺检定向着自动化的趋势发展。利用图像采集系统及单片机来实现钢卷尺的自动检定。3.2 系统结构和工作原理 钢卷尺检定系统中图像采集车控制系统装置由5m长检台装置、图像采集系统、步进电机控制系统及计算机系统 (含上位机软件)等组成。以单片机AT89c5l为控制器的步进电机的控制系统，来实现图像采集车的控制，结合图像分析系统最终实现钢卷尺的全自动检定。检定方法采用被检钢卷尺与标准钢卷尺进行间接比较测量，即：根据国家检定规程JJG41999(钢卷尺对检定位置的要求，通过步进电机带动检测车移动，每到规定的距离停止2秒，工业相机对其拍照，最终通过图像分析达到对钢卷尺的自动检定，以标准尺为基准对被检钢卷尺进行比较测量，确定被检钢卷尺相应线纹位置的示值误差。其系统结构图见图1： 3.2 技术要求 自动检定系统的实现，主要依靠Pc机与AT89C5l单片机之间的串行通信、机电传动与控制系统和硬件系统设计3方面技术的运用。3.3 本装的特点： (1)设计结构简单 ，操作维护方便 ，检测速度快 ； (2)测量范围大 ，检定数据准确，并符合和满足国家检定规程的技术要求 ； (3)有调零和分段检定读数、对线装置，调零、对线方便 ，在全长范围内任意位置都能进行读数 ； (4) 对较长钢卷尺检定 ，有卷尺装置可把柱完部分卷入卷尺轮 ，实现下段尺的检定； (5) 本装置的检定原理是标准钢卷尺与被检钢卷尺比较检定，没有由于本装置不稳定的线澎张系数误差影响。四 结论 本系统可以实现对步进电机的自动控制，结合图像采集系统从而实现对钢卷尺的 自动检定。本系统应用于实际，能够避免传统钢卷尺检定中的弊端，有很大的实用 价值。参考文献：1 JJG4一1999(钢卷尺) 2 刘帅 祖静 张红艳 基于单片机的步进电机控制系统设计 l6746236（20l0）04-0038-03 3 许艳玲、张保朱、红勇 、许骥 基于单片机的步进电机控制系统及串行通信设计 10026886(2008)05-005602 4 黄勇 、廖宇 、高林 基于单片机的步进电机运动控制系统设计 2008，31（5）5 李会艳、胡荣强 基于单片机的步进电机控制系统 1003724l(2007)110075036 谢小光、计时呜、张利、袁巧玲 数字识别技术在钢卷尺自动检定系统中的应用 1001 4551(2008)090062037 徐隽 基于机器视觉检测技术的钢卷尺全自动检定装置 2009110158 A.M. Khan, Mohammed Mahfooz and Ganesh Sanjeev A PLL based automated magnetron tuning mechanism for electron accelerators 1748-0221/3/09/P090059 J .C.NICKLAS Analysis ,Design ,and Testing of a Position ervo Utilizing a Stepper Motor 10 Zaborov A