（纺织工程专业论文）竹节纱外观参数识别系统研究.pdf

摘要 捅要 本课题介绍了在w i n d o w sx p 操作系统下，采用v i s u a lc + + 6 0 编程语言丌发的一 种快速测试竹节纱外观参数的方法。同时对竹节纱循环规律进行判断，分析并绘制纱线 外观曲线图、方波模拟图等，以更加直观的方式显示竹节纱的外观形态。 传统人工检测竹节纱参数的方法效率太低、精确度不高。本系统针对这些缺点，在 改进原有的人工测试方法的基础上，运用传感器技术、数据采集技术、信号处理技术及 一些软件算法，丌发了新型的计算机检测竹节纱外观参数的方法。利用纱线检测头中的 传感器测得反映竹节纱线截面粗细变化的数据，通过数据采集卡将测得的数据进行模 数转换，并进行简单的滤波预处理后，将转化后的数字信号送入计算机，然后借助信号 处理技术对所得数据进一步进行滤波处理，减少检测数掘的噪声，以便f 确区分竹节与 基纱的边界，这是f 确判断竹节纱各外观参数的基本前提。确定边界之后，结合前人有 关计算竹节长度与竹节间距的方法，并结合有关的软件算法，得出竹节纱各项外观参数。 然后运用统计分析及相关软件算法，实现对竹节纱循环规律的识别。最后通过v c + + 中自 带的一些控件，绘制纱线外观曲线、方波图等。 通过大量的理论分析和测试，验证了系统的稳定性，测试结果也在规定的误差范围 之内，保证了测试结果的正确性。同时对产生误差的原因进行了分析，并提出了一些改 进的方法。 关键词：竹节纱，外观参数；数据采集；参数计算，软件算法 a b s t r a c t a b s t r a c t an e wm e t h o dt o t e s tt h eo u t w a r dp a r a m e t e r so fs l u by a mi si n t r o d u c e di nt h i sp a p e r u s i n gv i s u a lc + + 6 0p r o g r a m m i n gl a n g u a g eo nw i n d o w sx pp l a t f o r m t h ec i r c l er u l eo ft h e y a r ni st e s t e dt o o t h et e s t i n gs y s t e ma n a l y s e sa n dp a i n t st h eo u t w a r dc u r v ef i g u r ea n ds q u a r e w a v ef i g u r et od e s c r i b et h eo u t w a r d s h a p eo ft h ey a r nm o r ei n t u i t i o n i s t i c t h ec o n v e n t i o n a lt e s t i n gw a yo fs l u by a r nh a sl o w e re f f i c i e n c ya n dl o w e rp r e c i s i o n t h i s s y s t e mo f f e r san e wt e s t i n gw a yu s i n gc o m p u t e rt e c h n o l o g ya tt h eb a s i so fc o n v e n t i o n a l w a y , c o m b i n i n gs e n s eo r g a nt e c h n i q u e ，d a t aa c q u i s i t i o nt e c h n i q u e ，s i g n a lp r o c e s s i n gt e c h n i q u e a n ds o m es o f t w a r ea l g o r i t h m s w i t ht h es e n s eo r g a nt oa c q u i r ed a t ao ft h es l u by a m ss e c t i o n ， g e t t i n gt h ed i g i t a ld a t aa f t e ra dc h a n g i n ga n ds o m es i m p l ef i l t e rp r o c e s s i n gb yd a q ( d a t a a c q u i s i t i o nc a r d ) t h ed a t aw i l lb et r a n s f e r e di nt h ec o m p u t e r t h ed a t at h e nw i l jb ef i l t e r e db y s i g n a lp r o c e s s i n gt e c h n i q u et od e c r e a s en o i s es i g n a l t h e nt h eb o u n d a r yb e t w e e nt h en o d ea n d t h eb a s i sd e p a r t m e n tc a nb ee s t i m a t e dm o r ep r e c i s e l y i t st h ep r e c o n d i t i o no fc o r r e c t l y c a l c u l a t i n gt h ep a r a m e t e r so fs l u by a r n t h er e l a t i v ep a r a m e t e r sc a nb eg o t t e nb yc o m b i n i n g s o m ec o n v e n t i o n a lm e t h o d sa n dp r o g r a m m i n ga l g o r i t h m s t h ec i r c l er u l eo ft h ey a mc a nb e g o t t e nb ys t a t i s t i cw a y f i n a l l y , r e l a t e df i g u r ew i l lb ed r a w nu s i n gs o m ec o n t r o l si nv i s u a l c + + a tt h eb a s i so fe n o u g ht h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dt e s t s ，t h es t a b i l i t yo ft h es y s t e mi sv e r i f i e d a n dt h et e s t i n gr e s u l t sa r ec o r r e c t ，w i t h i nt h es p e c i f i e de r r o rr a n g e m e a n w h i l et h er e a s o n so f t h ei n a c c u r a c ya r ea n a l y s e d ，a n ds o m ea m e l i o r a t i n gs u g g e s t i o ni sp u tf o r w a r d k e y w o r d s ：s l u by a r n ，o u t w a r dp a r a m e t e r s ；d a t aa c q u i s i t i o n ；p a r a m e t e rc a l c u l a t i o n ， s o f t w a r ea l g o r i t h m s 独创 生声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签 名：垄蓝三 日 期： 2 删孑；z7 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 ：师签量：丢蓦舫日期： 导师签名： 么拶 日 期： 乙它；2 。 第一章绪论 第一章绪论弟一早珀下匕 1 1 概述 由于计算机技术、信号处理技术的发展，使它们在各行业的应用越来越广泛。目前 国内外竹节纱市场的蓬勃发展也要求相应的检测技术同步提高，这使得原始的人工检测 方法的缺点暴露出来效率低、精确度不高。计算机软件检测的方法不仅解决了这些 问题，也适应了现代信息社会发展的需求，更加的方便快捷。 1 1 1 竹节纱外观形态的特点 竹节纱是花式纱线的一种，由于其独特的外观结构，使其织物立体感强、风格挺括， 凉爽舒适，受到消费者好评。根据纺纱方法的不同，大致可以分为变牵伸型竹节纱、植 入型竹节纱、牵伸波型竹节纱和涂色型竹节纱，其中变牵伸型和植入型应用比较多n 叫1 。 其中的粗节称为竹节，其长度称为竹节长度。相邻两竹节之i b j 的基纱长度称为竹节l 日j 距， 竹节直径与基纱直径的比值为竹节倍数，一般在1 5 6 范围内。竹节长度、竹节间距、 竹节倍数是竹节纱的三个基本参数，在生产实践中它1 f j t u 基纱号数一起决定竹节纱的各 个方面。它们是进行竹节纱设计的重要内容，也是准确纺制竹节纱的日，j 提和基础，它们 决定着竹节纱的成纱外观和未来面料的风格，以及成品是否满足客户的需求等方面。快 速检测竹节纱外观参数已成为竹节纱分析与检测的一项重要内容，在生产中证越来越受 到重视。 纺制竹节纱的常用方法为环锭纺和转杯纺。环锭纺竹节纱通常采用变牵伸的方法， 转杯纺竹节纱通过改变牵伸系数或增添附加纤维来纺制。这两种方式纺出来的竹节纱在 风格上有很大的不同，环锭纺竹节纱的竹节比较饱满，竹节短而粗，竹节比较明显，是 典型的竹节外观；而转杯纺竹节纱的竹节细而长，竹节过渡态比较长一些，这和转杯纺 变速较快、过渡念的持续时间比较长有关，类似于麻的风格，但转杯纺的基纱品种有限。 环锭纺和转杯纺两种纺纱方法对应的竹节纱外观图如图i - i 和卜2 所示。 图i - i 环锭纺竹节纱的外观形态 f i g 1 一io u t w a r ds h a p eo f ri n g s p i n n i n gsl u by a r n 江南人学硕十学何论文 下曩 l cj d 虬。 个 i 图i - 2 转杯纺竹节纱的外观形态 f i g 1 2o u t w a r ds h a p eo fr o t o r s p i n n t a gs p ik 1 f l i n gs u by ar 2 竹节纱的应用非常广泛，可以应用于服装、装饰等行业o “。服装用有各类色织、毛 织服装面料，尤其夏季类服装用得比较多，因为纱线具有竹节可以减少衣物对皮肤的贴 附而变得凉爽，如一种典型的夏季女士时装松竹昵特点如下：利用不同混比的混色、非 混色中长涤粘纤维进行混纺，采用不同纱号、不鼠捻度及不同节距、节长的竹节纱进行 交捻，产生竹节效果的花式纱，并通过不同的织物组织进行织制，形成具有透孔风格的 新型麻感面料，而且具有耐磨、免烫、抗起球等特性：另外也用于生产竹节牛仔句用 于牛仔服装，既保留了牛仔布特有的粗犷、洒脱风格及耐磨、吸水性好、透气性强的特 点，同时还具有“雨点、雨线状”的特殊效应，经水洗石磨后布面竹节部分与正常部分 的脱色不一样，更有立体感和仿旧感，深受年轻人的青睐；另外竹节面料还可以用在衬 衣、西装上以表现出一种细腻的个性美。在装饰上主要用于窗帘、床罩、汽车座椅罩等， 一些家庭或宾馆越束越倾向于采用这种毅奇的竹节霭料来用做装饰品。 1 _ 1 2 常用检测竹节纱外观参数的方法 现在检测竹节纱外观参数的方法主要有人工检测的方法和仪器检测法，以人工检测 法的使用居多。 人工检测法主要是通过通过直尺测量，并辅以黑板和一些简单的计算。这种方法比 较直观简单，但精确度不高，大多要依靠测量者的主观经验水平。竹节长度与竹节i 、日j 距 的计算主要是通过直尺来进行计算，其关键在于竹节与基纱的分界点的选择。基纱与竹 节的分界点一般选在过渡念的i 2 处，确定了分界点，就可以周直尺柬分别测量竹节的 长度与竹节间距了。循环规律主要是通过饶黑板法来实现的。将竹节纱均匀的绕在 1 8 0 m m 2 5 0 m m x 2 m m 的黑板上，通过跟标准样品比对和观察的方法柬得出竹节纱线 的风格。也就 兑，一个周期内的每个竹节隔上固定的圈数就会出现一次，那么黑板上竹 节纱所形成的板面风格是一定的，每隔一定的周期就会出现同样的版面风格。这样就很 容易判断纱线的循环规律，纱线的其他参数可以通过与标准样品比对或测量的方法得 出。人工检测的方法对于有规律的单一倍率纱线的检测来说，操作比较简单，而对于无 规律的纱线就显得比较繁琐、费时。因为是手工测算，有时还需凭借测量者的经验，因 此适合于对精确度要求不高的场合。仪器检测法主要是采用条干均匀度检测仪进行检 测通过检测后所得到的波谱图和外观曲线图来对纱线的参数进行分析。 1 ，1 3 数据采集及计算机技术在纺织领域中的应用 随社科学技术的发展，纺织企业作为一个传统的企业，也将一些先进的电子信息技 术、数据处理技术与本领域的技术相结合，从而促进了该行业的不断创新与发展。其中 2 第一章绪论 数据采集技术在纺织中尤其是在一些纱线或织物的检测中得到了广泛的应用，如纱线条 干均匀度仪、纱线强力仪、纱线毛羽检测仪等，还有一些织物组织的识别系统，也是通 过传感器检测到数据，通过数据采集技术传送到计算机中进行处理的。因为数据采集技 术是作为我们现实生活中物理量与计算机所能表征的数据的一个的接口，因此它的作用 是不容忽视的。在本课题中数据采集技术也是课题中应用到的一个很重要的部分，在后 面会进行详细的介绍。 1 2 本课题的研究现状 前人有关竹节纱的研究，主要集中在纺纱工艺方面哺州1 ，如细纱机上纺制竹节纱时原 有的工艺参数如何协调，竹节纱的各项外观工艺参数变化时对纱线的各项指标( 如强力、 捻度等) 有何影响等。也有分析竹节纱质量的，f u r t e r r i c h a r d 曾用乌斯特仪测定了竹 节纱的品质特征，并对纱线质量做出了估计阳1 。前人对竹节纱外观参数的具体检测研究 比较少。因为竹节纱的纺制主要是在原有的细纱机上加装一个控制装置，这个控制装置 通过控制细纱机前罗拉或中后罗拉瞬间变速达到纺出竹节纱的目的，现有的各类竹节纱 控制器可以提供各种大小的竹节、间距、倍数，因此，竹节纱外观参数变化多样，在实 际生产中主要和客户的要求相关，厂家生产出来的竹节纱只要在织成织物时符合客户对 布面风格的要求即可。所以目前国内外大多数厂家对于竹节纱外观参数的检测都是依照 人工的方法，无论是分析客户来样或者是工厂内部丌发新产品时的检验都是采用人工， 通过人工对竹节纱三要素进行手工分析以检测纱线质量或指导工艺生产，有的也辅以黑 板条干法1 和普通条干仪等方法睁1 。人工检测的方法在一定程度上可以满足工厂的实 际要求，但由于很大程度上依赖于测试者的经验及认自水平。 实际上在当前纺织测试水平不断提高的情况下对竹节纱外观参数的快速检测已变得 非常必要，因为竹节纱的外观参数可以决定它多方面的特征与性能，竹节纱外观参数的 准确检测对工厂能否对客户来样进行分析，生产时的成本控制，新纱线品种的丌发等方 面都有极其重要的影响。比如，如果对纱线竹节倍数等参数计算有误就会在很大程度上 影响工厂生产时的纱线成本以及未来布面能否满足客户j x l 格要求。 结合了以上数据采集技术及计算机技术在纺织测试领域的最新应用和实际生产中竹 节纱外观参数检测存在的问题，我们尝试将现有的成熟的数据采集技术应用到竹节纱外 观参数的自动检测上束以快速测试竹节纱的外观参数，通过建立一个专门的测试系统， 实现对竹节纱外观参数的自动检测，以改善目前工厂实际检测竹节纱外观参数的不足。 1 3 本课题的目的与意义 目前由于计算机技术、信号处理技术的飞速发展，它们在其它行业的应用也越来越 广泛，纺织工业作为传统产业，一方面关系到国计民生需要加快发展，另一方面随着中 国在国际纺织品市场上面临着比以往更加激烈的竞争，因此也需要采用新技术武装自 己，提高行业的现代化水平，这样才能提高产品的质量以提高自身的竞争力。目自，j 国内 外竹节纱市场的蓬勃发展要求相应的检测技术同步提高，但目自i 国内外大多采用人工的 方法检测竹节纱的外观参数，一方面效率较低，与目前的小批量生产快速反应不相适应： 另一方面检测的准确率也不够高，这也与现代生产追求高品质的产品质量不相适应，本 江南人学硕十学何论文 系统的研发可以弥补这方面的缺陷。本系统是纺织、计算机、控制等多学科的集成，一 方面可以快速、准确的测试竹节纱外观参数，大大提高竹节纱检测的效率与质量，为竹 节纱的设计和生产提供辅助决策，提高纺织行业竹节纱的检测水平：另一方面可以提供 纱线外观曲线图及方波模拟图，让用户更加直观的分析竹节纱的各外观参数及循环规 律，以指导实际生产。 1 4 本课题研究的内容与方法 本课题的研究主要包括以下几个方面的内容： 1 分析研究原有的各类条干仪检测纱线条干的原理，以及条干检测软件的各组成部 分和功能，对某些功能加以借鉴以使系统更加的完善。了解检测部分测试的原理为数据 采集做好准备。 2 利用纱线截面测头获得纱线截面数据，并送入数据采集卡；数据采集卡将数据进 行a d 转换后送入计算机中：利用m a t l a b 将采集数据进行滤波处理，去掉采集数据中 的干扰信号；经相应程序的计算处理后，得出竹节纱的竹节长度、竹节倍数、竹节i 日j 距 等参数，为纱线的设计和生产提供依据；对竹节纱的循环规律进行了分类，提出了竹节 纱循环规律分析的软件算法，可以在此基础之上实现循环规律的识别。 3 对采集数据的进一步处理，绘制出纱线的外观模拟图以及方波图，可以更加直观 的显示纱线的各项参数。 4 建立数据库，对检测结果进行保存，以利于以后再次查阅和比较各种纱线的性能。 这罩采用数据库管理软件s q ls e r v e r 实现对数据进行存储。s q ls e r v e r 具有强大的数 据管理能力而且简单易学，并具有良好的数据恢复的能力，所以是一个理想的数掘库管 理软件。 4 第- 二章系统总体设计 第二章系统总体设计 2 1 系统分析 2 1 1 系统目标 所丌发系统希望实现的目标是：利用纱线检测头中的传感器测得竹节纱线截面料细 变化的数据，通过数据采集卡将测得的数据进行模数转换，将转化后的数字信号送入 计算机，然后借助信号处理技术对所得数据进一步进行滤波处理。计算得出竹节纱各项 外观参数，然后实现对竹节纱循环规律的识别，最后绘制纱线外观曲线、方波图并实现 数据的保存。在用户方面，希望系统操作方便、直观。用户输入测试条件及纱线的一些 参数，点击检测按钮，系统进行数据采集并可以显示采集数据；点击外观参数按钮，显 示竹节纱的各外观参数；点击规律识别按钮，显示竹节纱循环规律；此外，外观曲线、 方波图的显示及相关参数保存，用户只要点击相应按钮，边可以实现。 2 1 2 系统结构图 系统软件的整体结构如图2 - 1 所示。 图2 - 1系统整体结构图 f i g 2 - 1f r a m e w o r ko f t h es y st e m 1 数据采集模块：数据采集模块主要利用数据采集卡和纱线截面检测头来完成原始 数据的采集和初步滤波处理。纱线截面检测头检测得到的电容量的变化可以f 、日j 接反映纱 线截面面积的变化，而电容的变化又反映为电信号的变化，电信号的变化最终又可由采 集卡采集的电压来反映；数据采集卡在整个数据采集过程中负责将反映纱线截面变化的 数据采集出来同时完成模数转换功能，完成后将数据传入计算机中。 2 数据处理模块：对转换后的原始数据进行进一步的预处理，去掉信号中的噪声， 江南人学硕十学位论文 相应算法计算竹节纱的各项外观参数；对数掘进行分析，根据一定的算法得到竹节纱循 环规律；对数掘进行相应的处理，为数据显示模块提供数据。 3 数据显示模块：外观参数及循环规律的显示：竹节纱外观曲线图以及方波模拟图 的显示。 4 数据保存模块：可以对检测的数据进行保存，以方便再次查阅；可以比较多次的 检测结果，以更好的了解纱线的各项性能，来指导生产。 2 1 3 系统业务流程 系统流程图如图2 - 2 所示。 图2 - 2系统流程图 f ig 2 2f 1 0 wc h a r to f t h es y s t e m 2 2 系统软硬件构成 2 2 1 系统硬件组成 本课题所研究的自动识别系统对图形的显示要求并不是很高，所以处理部分利用了 教研室现有的普通台式机作为编程时用，另外购霄了台湾凌华公司的p c i - 9 1 l1 d g 型多 功能数据采集卡作为数据采集的工具，同时用到了实验室过去的u s t e rt e s t e rl 的检 测头部分。纱线来源主要是学院实验室加装了竹节纱控制器的纺纱机，另外还用到了实 验室现有的乌斯特纱线条干仪。系统硬件构成如图2 - 3 所示。 6 第一章系统总体设计 图2 - 3 系统硬件蛆成 f i g2 - 3h a r d w a r ec o m p o n e n t so ft h es y s t e m 2 2 2 统软件构成 1 w i n d o w s x p 操作系统 中文w i n d o w s x p 操作系统以它的多窗口、多性能和操作性友好的人机界面为用户提 供了全新、高效和简便的操作手段同时为程序开发人员提供了丰富的a p i 函数和内部 例程。 2v is u a lc _ - + 60 企业版 对于主程序的编写以及相关的算法实现，我们采用的编程语苦是v i s u a lc + + 60 高 级编程语言。v i s u a lc + + 60 是m i c r o s o f t 公司推出的c + + 语言的可视化丌发平台。企 业版的v c + + 提供了建立和验证企业级应用程序的工具和组件。v c + + 60 的 m f c ( m l c r o s o f tf o u n d a t i o i lc 1 9 s s ) 是c + + 语言的w l n d o w sa p i ( 应用程序编程接口) 。利 用m f c 生成的应用程序框架( 即提供了一般应用程序需要的全部面向对象软件的集成集 合) 使用了标准的应用程序结构，使用应用程序框架的程序不仅小，而且运行速度快。 v c + + 的开发环境包括帮助管理者丌发程序的工程工作区，编译工程的调试输出区以及 共享的开发组件，界面友好、操作性强。而且v c + + 的一些工具，如资源编辑器、a p p w iz a r d ， c l a s s w i z a r d 显著降低了应用程序编码的时问。它用文本编辑器柬编辑程序，对各种资 源采用“所见即所得”风格的工具加以编辑，可见性强。总之在w i d o w s 操作系统下 用v c _ + 编制的程序具有友好统一的图形用户界面、体积小、运行速度快、方便操纵 w i n d o w s 操作系统底层等优点。 3s o ls e r v e r2 0 0 0 数据库 本软件在开发中进行数据存储时，前台使用v c + + 60 ，后台丌发工具则采用s q l s e r v e r2 0 0 0 “。它是一种高性能的关系型数据库管理系统，它是微软公司的产品，与 w i n d o w s 系列操作系统紧密继承。这种特殊的结合使s q ls e r v e r2 0 0 0 可以充分的利用 操作系统的优势。它主要包括以下几个特点：单进程、多线程结构，当多个用户访问时， 由执行中心来分配多个用户对数据库的存取，减少了多个进程问的协调沟通时间t 进而 提高了效率，这也是我们所追求的；以c l i e n t s e r v e r 为设计结构，将任务合理的分配 到服务器与客户端，减少了网络拥挤，提高整体性能；支持分布式数据库结构，用户可 江南入学硕十学位论文 以向多个s q ls e r v e r 数掘库存取数据，多个s q ls w e v e r 数据库并行工作处理用户的要 求，提高了处理效率和响应速度。可见s q ls e r v e r 非常注重程序执行的速度，我们选 择这款数据库管理软件是非常合适的。 2 3 系统实现思想及环境 2 3 1 系统的面向对象机制介绍 面向对象的系统丁r 发是一种模仿人类建立现实世界模型的方法( 包括概念、分类、抽 象和归纳) 进行软件丌发的思想体系。1 9 6 7 年提出的s i m u l a 是公认的最早的面向对象语 言，s m a l l t a l k ，c + + 和e i f f e 等通用面向对象的语言到8 0 年代才出现。而从c 发展起 来的c + + 是目自仃最流行的面向对象编程语言。这些面向对象的语言在编程方法上和以前 的编程语言有很大不同，它们不再采用结构化、确定性和串行的编程模式，而采用对象、 属性、责任和消息的编程模式。面向对象机制主要包括有以下几个概念和特点： 1 对象 在面向对象的系统中，对象是基本的运行时的实体，它既包括数据( 属性) ，也包括 作用于数据的操作( 行为) ，一个对象把属性和行为封闭成一个整体。 2 消息 对象之间进行通信的一种构造叫做消息。当一个消息发送给某个对象时，包含要求 接收对象去执行某些活动的信息。接收到消息的对象经过解释，然后予以响应。 3 。类 一个类定义了一组大体上相似的对象。一个类所包含的方法和数据描述一组对象的 共同行为和属性。把一组对象的共同特性加以抽象并存储在一个类中的能力，是面向对 象技术最重要的点。 4 继承机制 继承性是父类和子类之间共享数据和方法的机制。举个例子，车类、火车类、飞机 类，它们都有载客量、自身重量等属性，也有丌动、停止、运送客人等操作( 服务) ，我 们可以把这些共同属性和操作抽象出来，放到一个交通工具类中，设为父类。在继承机 制的支持下，这样每个子类( 汽车类，火车类，飞机类) 中不用再定义这些共同特性，但 是它却拥有这些特性，同时各子类中可以定义各自的特殊属性和操作。这种机制使程序 代码简洁，类问联系紧密。 因此，在本系统的丌发中，采用面向对象的设计方法，并将这种思想贯穿到系统分 析、设计、实现( 编程) 、调试和维护的始终。 2 3 2 系统的实现思想 根据软件要实现的功能模块，系统在设计时首先建立了对应各个模块的窗口，即操 作环境，一个窗口对应一个视图类，这可由单文档多视图机理实现。为每一个功能模块 建立一个视图类，每个视图类都处理不同的数掘类型，这个模块要实现的功能结果全输 出在对应视图罩。例如：数掘采集模块操作完后会有采集数掘生成，生成的采集数据将 会显示在数据采集窗口罩。系统有多个视图类，这些视图类对应同一个文档类。在视图 类罩进行操作，在文档类罩存储数据，方便数据的管理与存储。 8 第- 二章系统总体设计 为了和用户进行信息交互、输入用户的要求，系统建立了多个对话框类，让用户手 工输入一些必须的工艺参数。如：测试条件对话框、初始参数设置对话框等。 数据库操作模块罩各种操作的实现使用一个视图类，主要是为了用户操作的方便。 标示一次测试的各个参数作为接口存入数据库，用来起主线作用以实现各种操作。系统 为数据库中的各个参数定义了相应变量，放在数据库对话框中。二者的变化是同步的， 用户可以第一时闯看到自己想要的东西。 2 4 系统实现的几个核心问题 2 4 1 消息映射机制的实现 w i n d o w s 程序是典型的消息驱动式的。诸如单击鼠标键、敲击键盘、窗口移动或改 变大小等情况，w i n d o w s 系统会向特定的窗口发送消息。在v c + + 中一般消息的处理包含 在m f c 中，用户特定的消息可由程序员处理，v c + + 提供了比较方便的手段( 如 c l a s s w i z a r d ) ，使得消息的处理变得更方便、可控制性更强、封装的更好。应用c wi n a p p 中的r u n 0 函数从w i n d o w s 消息队列中获取有关程序的消息，并在消息循环中把消息发 送给适当的窗口。 w i n d o w s 程序中的消息有三种类型。 1 窗口消息( w i n d o w sm e s s a g e ) 这类消息包括由w m 一丌头的消息( 除w m c o m m a n d ) ，一般由窗口或视对象处理。 2 控制消息( c o n t r o l nn o t i f i c a t i o n ) 控制( c o n t r 0 1 ) 是一个小的子窗口，属于其它窗口( 如对话框) ，能够接受用户的操作， 并向父窗口发送消息。控制的通知消息即指控制或其它子窗口向其父窗口发送的w 处 c o m m a n d 消息。常用的控制有按钮b u t t o n 、列表框l i s tb o x 、编辑框e d i t 等。应用程 序框架处理窗口消息和控制消息的方法相同。 3 命令消息 命令消息主要包括用户交互对象( u s e r i n t e r f a c eo b j e c t ) 发送的w m c o m m a n d 通知 消息。用户交互对象指菜单、工具条的按钮、快捷键等。 消息映射是一个很复杂的机制，但在m f c 中，一切都变得很简洁。打丌v c + + 的 c t a s s w i z a r d ，即可找到要处理的对象和消息，加入处理函数，把消息映射到消息处理 函数，并可直接激活v c + + 的文字编辑器，向消息处理函数中加入代码。 2 4 2 单文档多视图的实现 在竹节纱外观参数识别系统中有多种视图，外观参数显示视图、相关曲线显示视图、 循环规律显示视图、数据库视图等。这多种视图共用个文档类c t e s t d o c ，但是处理和 显示不同的数据。外观参数视图计算竹节纱各外观参数，并显示或打印出来；曲线显示 视图主要始用来显示纱线的外观形态，以便用户可以更加直观的观察纱线的特点；数据 库视图让操作者进入数据库操作环境，以便进行数据的存储、读取、修改、查询等。单 文档多视图的文档视图管理模式使得各功能模块问联系紧密，容易实现数据修改和显 示的实时性，而且不同视图显示处理不同数据，使各模块功能分配明确。下面，首先介 绍m f c 的应用程序框架对一文档多视图的支持。 9 江南人学硕十学f 7 ：论文 m f c 的应用程序框架的基础是d o c u m e n t v i e w 的结构，这种结构使得数据管理和显示 方法分离丌来，d o c u m e n t 负责管理数据，v i e w 负责显示d o c u m e n t 中的数据。但是，v i e w 是个没有边框的窗口，当它出现时，外围还有一个有边框的窗口，称为f r a m e 窗口，因 此，f r a m e 窗口可以看作是v i e w 窗口的一个容器。数据的内容( d o c u m e n t ) 、数据的表象 ( v i e w ) 、以及容纳数据表象的外窗口( f r a m e ) 三者是一体的。程序打丌一份文件，就产 生三个对象，而这三个对象由一个d o c u m e n tt e m p l a t e 对象来管理。因此，如果要程序 能够处理两种类型的数据，则需要两个d o c u m e n tt e m p l a t e 来管理( 仅限于多文档应用程 序，因为单文档应用程序只允许处理种类型的文档数据) 。如果要程序在一个d o c u m e n t 中管理多个显示不同数据的视图，但只需一种数据类型，则需要多种v i e w ，但是使用同 一个d o c u m e n t 。 2 4 3 系统数据库操作中数据源的创建 本系统对数据库采用了a d o 访问技术。所谓数据源，即被用于无差别地指定面向某 种数据库的o d b c 特性表或数据库本身。从程序的观点来看，数据源足如下部分的组合： 数据、d b m s 、网络( 经由网络访问时) 、o d b c 。对于a d o 来说，数据源的创建也就足c d a t a b s e 对象的创建。创建连接意味着建立与d b m s ( 数据库管理系统) 之f h j 的通讯和对数据库数据 的操作，这可用o d b c 驱动程序来完成。其连接步骤如下： 1 在控制面板中双击“o d b c 数据源”图标，在弹出的对话框中选择合适的标签，本 程序选择的是“用户d s n ”。 2 单击“添加”按钮，从弹出窗口中选择合适的数据源驱动程序，此处选择s o l s e r v e r2 0 0 0 ，单击“完成”按钮。 3 根据程序提示输入相关参数，如数据源名称、数据源描述等。 4 单击“s e l e c t 按钮，设置数据库的位置、名称。 5 输入完成，单击“确定”按钮，则使用所输入的信息建立数据源，此时就可以使 用a d o 方法对其进行访问了。 l o 第二章外观参数识别系统的设计与实现 第三章外观参数识别系统的设计与实现 3 1 数据采集模块 3 1 1 数据采集技术简介 数据采集技术是信息科学的一个重要分支，它与传感器技术、计算机技术一起构成 了现代检测技术的基础。近年来，一个重要的发展方向是通过信号的测量( 数据采集) 、 处理、控制与管理实现测、处、控、管一体化。一些新技术，如光纤技术、超导技术、 人工智能等也在数据采集中得到了应用。它研究信息数据的采集、存储、处理以及控制 等作业，在智能仪器、信号处理以及工业自动控制等领域，都存在着数据的测量与控制 问题。将外部世界存在的温度、压力流量、位移以及角度等模拟量转换为数字信号，再 收集到计算机并进一步予以显示、处理、传输与记录这一过程，即称为“数据采集”。 相应的系统即为数据采集系统。 数据采集系统性能的好坏，主要取决于它的精度和速度。在保证精度的条件下，应 有尽可能高的采样速度，以满足实时采集、实时处理和实时控制对速度的要求。随着科 学技术的发展和数据采集系统的广泛应用，人们对数据采集系统的主要技术指标，如通 过速率、分辨率、精度、输入电压范围、控制方式以及抗干扰能力等方面，都提出了越 来越高的要求。尤其是通过速率，这是数据采集系统设计者与使用者都十分关心的一项 重要技术指标。 数据采集技术对外部模拟世界各种被检测量的检测，依赖于各种类型的数据传感 器。数据传感器是按一定规律将被检测数据转换成便于进一步处理的物理量的器件，一 般为电压、电流、电脉冲或电阻。理想的传感器应该能够将各种被检测信号量转换为高 输出电平的电量，能够提供零输出阻抗，噪声极低，并具有良好的线性与重现性。常用 的数据传感器有热敏传感器、光敏传感器、力与压力传感器、电容传感器等3 3 。 数据采集系统一般包括硬件和软件两大部分，硬件部分又可分为模拟部分和数字部 分。图3 1 是硬件基本组成示意图，即数据采集系统的总体流程。 传感器h 前置放人卜l 滤波器卜呻 多 路 计 模 算 拟 机 开 接 关 u l 传感器h 前置放人卜l 滤波器卜斗 图3 1 数据采集系统硬件基本组成 f i g 3 - 1h a r d w a r ec o m p o n e n t so ft h ed a t aa c q u is i t i o ns y s t e m 数据采集技术在纺织上的一个典型应用就是条干仪，现代条干仪技术的发展从某种 程度上来说就是随着数据采集、处理技术的发展而发展的，其中最杰出的就是瑞士的乌 斯特公司生产的条干仪产品1 。本课题j 下是以成熟的数据采集技术和传统的条干仪原理 江南人学硕十学何论文 为基础进行分析研究的。因而，了解传统条干仪测试纱线的原理、了解数据采集技术的 基本原理是进行本课题研究的一个重要自仃提。 3 1 2 纱线截面侧头及检测规格 纱线截面测头将非电量信号转换为电量信号，是进行数据采集的第一步。检测头的 关键是传感器的选择，也就是说，要根据所要检测的信号来选择不同的传感器。在本系 统中，在检测纱线条干信号时采用的是电容传感器，因为它可以检测出纱条的线密度和 体积，体现纱条的体积重量不匀。它可以对采集到的模拟信号实现初步的滤波作用，去 掉信号中不需要的频率成分，一方面是去掉一些随机干扰( 主要是高频干扰) ，另一方 面要防止在采样时产生假频。 根据上面纱线截面检测头的具体功能及现有的实验条件，在这罩选择的是经过改装 后的u s t e rt e s tl 型的检测头。该检测头内部由以下部分组成：电桥电路、电桥高频 电源、引导罗拉等，检测头的核心是测量电桥“引，电容传感器存在于检测头的测量电桥 中。该检测头共有5 个测槽，分别可以检测细纱、粗纱和条子。纱线测试速度可以从 4 m m i n 一4 0 0 m m i n 。具体各个测槽的宽度与测槽的高度，以及测试速度可见附录a 中的 表1 、表2 ，这罩不再赘述。 3 1 3 检测头检测过程中应注意的问题 在检测头检测纱条信号的过程中应注意操作的准确性，以保证检测结果的- f 确性， 减小误差。在检测过程中要防止纱线抖动，检测容器极板间即枪测槽内的电场实际并非 理想均匀的，如果纱条通过测量槽时沿横向或纵向抖动，则转换成的电信号要产生附加 波动，影响信号的准确性；要保持测量槽的清洁，如沾有花毛、杂质或纤维团将使传感 器输出电压出现偏差甚至突变，会严重影响测试结果；同时应注意不同纱路的选择，要 根据所测纱线的线密度选择合适的纱路，纱线通过测量槽时应居中；在实际操作时，保 持室内相对湿度的稳定也是很重要的。 3 1 4 数据采集卡的硬件连接 3 1 4 1 p c i 9 1 1 1 数据采集卡说明 数据采集卡在整个数据采集过程中负责将反映纱线截面变化的数据采集出来同时 完成模数转换功能，完成后将数据传入计算机中。在实验中我们采用的是台湾凌华公 司的p c i - - 9 11 1 d g 多功能数据采集卡n 削，该卡功能非常强大，可以实现模拟信号输入与 输出，数字信号输入与输出。它的基本特点如下： 3 2 位p c i 总线，即插即用，比原先基于i s a 的板卡更灵活： 1 2 位模拟量输入； 采样速率高达1 0 0 k h z ； 单端1 6 通道模拟输入或差动8 通道模拟输入： 可编程增益x 1 ，x 2 ，x 4 ，x 8 ，x 1 6 ； 片上自带l k bf i f o 存储器： 输入阻抗为1 0 兆欧； 3 7 针d 型接口； 1 2 第二章外观参数识别系统的设计与实现 通过电路板上跳线设置不同或软件设置，模拟量输入可以是如下几种形式： 单极性：0 一l o v ，0 5 v ，0 2 5 v ，0 1 2 5 v ，0 0 6 2 5 v ； 双极性：1 0 v ，5 v ，2 5 v ，1 2 5 v ，0 6 2 5 v ； 三种触发模式：软件触发，可编程步进触发( 定时器触发) ，外部脉冲触发( 外 部触发) 。 其中板卡采样速率是指每秒钟进行模数转换的次数，一个高采样速率可以在给定时 间下采集更多数据，因此可以更真实地反映原始信号，但耿过高的采样速率时要注意与 计算机的处理能力相适应。分辨率是用来表示模拟信号的位数，p c i - 9 1 11 d g 型有1 2 位 模拟输入，分辨率越高，信号范围被分割成的区间数目越多，能探测到的电压变量越小， 值就越精确，此数据采集卡的精度为1 2 位。图3 2 就是数据采集卡的模拟量输入端的 示意图，在此3 7 针接口中，输入通道从a i o a i l 5 共有1 6 个通道，也就是说，它可以 同时采集十六个不同的信号。 c n 3 图3 2 模拟输入引脚配置图 f i g 3 - 2c o n f i go fa n a l o gi n p u tp i n 3 1 4 2 p c i 9 1 1 1 数据采集卡硬件连接 因为所采集的信号只是单一的纱线截面信号，我们在实验中只用了a i o 通道作为输 入通道；a g n d 口是模拟量的接地口，共有四个，在实验中随便选择哪一个都可以，其 它接口在本实验中并不需要。通道选择，因为我们只需要采集一种信号，所以直接采用 单通道输入：输入电压取o - 5 v ，属于单极性的。在实际采集中为了防止其他通道对输入 通道的干扰，可以考虑将其他通道全部接地。将传感器检测头出来的信号线连到 p c i 一9 1 1 1 板卡的a 10 与a ig n d 引脚上，这样就可以进行数据的传输，可以将传感器采 集得到的非电量信号传输至数据采集卡，就可以进行数据的模数转换了。 州一一一一一一鹏一肿!霎躺删船肥朋肋 鹏一一踟肌刚一伽删删舢删舢鹏舢 a a a 江南人学硕十学何论文 3 1 5 数据采集卡的数据采集 3 1 5 1 数据采集卡采集参数设置 在信号采集中最重要的两个参数是采样间隔和采样总数n 引。这两个参数关系到是 否出现混叠，即所采集的信号能否代表真实信号。还关系到存储量的大小，即计算机是 否能装下这n 个样。另外，还应考虑计算量的问题。还有一些其它参数的选取也要注意。 1 采样问隔的选取： 根据采样定理，要想使采样后的数字信号能唯一确定原始模拟信号，必须满足以下 两个条件： 原始的模拟信号x ( t ) 的频谱x ( f ) 有截频t ，即：当lf f f l 时，有x ( f ) = 0 。 采样间隔满足：a 击，否则就会发生频率混叠现象，即用a 对x ( t ) 采样 z ) 后得到，离散信号x ( n 术a ) 的频谱x 。( f ) 和x ( f ) 有一下关系： 尥( ) = 艺x ( f + 罢) 册=一j 也就