（纺织工程专业论文）基于crio的生丝颣节电子检验系统.pdf

i 二、： 苏州大学学位论文使用授权声明 y 1 7 3 型芗j 苔 本人完全了解苏州大学关于收集、保存和使用学位论文的规定， 即：学位论文著作权归属苏州大学。本学位论文电子文档的内容和纸 质论文的内容相一致。苏州大学有权向国家图书馆、中国社科院文献 信息情报中心、中国科学技术信息研究所( 含万方数据电子出版社) 、 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社送交本学位论文的复印件和电子 文档，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存和汇编学位论文，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。 涉密论文口 本学位论文属 在年- 月解密后适用本规定。 非涉密论文四 论文作者签名： 进隍函 日 期：丛坦耷d ! 。日 导师签名：蝉日期：硝秘旧 皋于c r i o 的生丝颡节电了检验系统 中文摘要 基于c r i o 的生丝颏节电子检验系统 中文摘要 我国生丝在国际市场上占据垄断性的资源优势，但在评定生丝质量上，对主要检 验项目的检验方法仍采用黑板人工目光检验。这不仅使检验的公正性受到影响，而且 在效率、精确度方面也大打折扣。因此推行电子方法检测生丝，已成为业内期待的一 件大事。随着现代电子检测技术的快速发展，以及高速织机的普及，化纤、棉纺、毛 纺行业电子检测手段不断升级，丝绸行业也迫切希望生丝检验也能采用电子仪器进行 客观公正的检验，减少人为因素的影响。 本论文探讨了国内外生丝颏节的电子检验方法，并总结了目前取得的一些进展， 结合本研究室的技术特点，提出了一种新的生丝颡节电子检验系统。 本系统运用现代光电传感器技术和先进的虚拟仪器技术，结合n i ( n a t i o n a l i n s t r u m e n t ) 公司的l a b v i e w 软件和c o m p a c t r i o 硬件，实现生丝颡节的电子检验。软 件上，用l a b v i e w 编写了一套完整的生丝颖节判别程序，包括颡节的分类计数程序 和生成报表程序等，并通过自编的一套生丝颏节模拟波形程序完成对判别程序的验证 测试。硬件上，将改进的生丝纤度检测装置与n ic o m p a c t r i o 连接起来，通过网络通 讯接口将上位机上的程序下载到实时处理器中，利用i 0 模块内置的可直接与传感器 相连的信号调理以及f p g a 中的采集程序将纤度传感器的生丝数据传至u f p g a 中，并利 用r i of p g a 内置的核心数据传输机制，负责将数据传到实时处理器中以进行实时分 析，离线处理或数据记录，并将结果保存于实时处理器的非易失性存储中。最后通过 f p g a 接口将保存的数据传到上位机上进行显示和生成报表。本论文对该系统进行了 一系列的性能测试，包括系统的稳定性，准确性，快速性以及可重复性等，测试结果 证明系统基本能够实现生丝额节的快速，准确，多锭，在线检测和分析。 关键词：生丝颡节；电子检验；l a b v i e w ；c o m p a c t r i o 作者：史佳丽 指导教师：陈庆官 r a ws i l ki sa l s op r o g r a m m e db a s e do nl a b v i e wt oc h e c kt h ec o r r e c t n e s so f d i s t i n g u i s h i n g p r o g r a m s a sf o rh a r d w a r e ，i m p r o v e ds d - 1d y n a m i cs i z et e s t e rf o rr a ws i l ki sc o n n e c t e d w i t hn ic o m p a c t r i o ，a n dt h ep r o g r a m si n u p p e rc o m p u t e ra r ed o w n l o a d e di n t ot h e 基于c r i o 的生丝颍节电子枪验系统 英文摘要 c o l l e c t i n gp r o g r a m s t h es i l kd a t ai ns i z es e n s o ri st r a n s m i t t e di n t of p g a t h r o u g h 对o f p g ab u i l t i nc 0 1 t id a t at r a n s m i s s i o nm e c h a n i s m ，c o l l e c t e dd a t ai st r a n s m i t t e di n t o r e a l t i m ec o n t r o l l e rf o rr e a l t i m ea n a l y z i n g ，o f f - l i n ep r o c e s s i n go rd a t ar e c o r d i n g ，a n d r e s u l t sa r ec o n s e r v e di nt h en o n v o l a t i l em e m o r yo fr e a l t i m ec o n t r o l l e r f i n a l l y , c o n s e r v e d d a t ai st r a n s m i t t e dt ot h eu p p e rc o m p u t e rb yf p g ai n t e r f a c ef o rd i s p l a ya n dr e p o r t g e n e r a t i o n p e r f o r m a n c et e s t sf o rt h es y s t e ma r ec o n d u c t e di nt h ep a p e r , i n c l u d i n gt h e s t a b i l i t y , t h ea c c u r a c y , a n dt h er a p i d i t ya n d s oo n t h et e s tr e s u l t sp r o v et h a tt h es y s t e mc a n b a s i c a l l yr e a l i z ef a s t ，a c c u r a t e ，s e v e r a ls p i n d l e s o n l i n ei n s p e c t i o na n da n a l y s i sf o rd e f e c t s o f r a ws i l k k e y w o r d s ：d e f e c t so fm ws i l k ；e l e c t r o n i ci n s p e c t i o n ；l a b v i e w ；c o m p a c t r i o i l i w r i t t e nb yj i a l is h i s u p e r v i s e db yq i n g g u a nc h e n 目三玉 目冰 第一章绪论1 1 1 引言。l 1 2 传统的生丝额节检验方法1 1 2 1 传统生丝检验的回顾1 1 2 2 传统的生丝颓节检验2 1 2 2 1 清洁检验2 1 2 2 2 洁净检验3 1 2 3 传统生丝检验存在的问题4 1 3 生丝电子检验的概述4 1 3 1 生丝电子检验的趋势4 1 3 2 目前国内外生丝颖节电子检验的研究概况6 1 3 3 国内研究存在的问题1 2 1 4 本论文的研究目的和主要内容1 2 第二章生丝额节电子检验系统的工作环境与总体设计1 5 2 1 系统的软件工作环境15 2 2 系统的硬件工作环境1 6 2 3 系统的总体设计1 6 2 3 1 系统的设计目标1 6 2 3 2 系统的设计过程1 7 2 3 2 1 设计原理1 7 2 3 2 2 设计过程中的测试1 8 第三章系统的硬件设计1 9 3 1 生丝纤度检测装置1 9 3 1 1 生丝纤度检测装置的原理介绍1 9 3 1 2 生丝纤度检测装置的一系列改进2 0 ：；：11 、j ic o m p a c t r i o 2 1 3 2 1c o m p a c t r i o 组件介绍2 1 3 2 2c o m p a c t r i o 的构建2 4 第五章系统数据的传送与分析报表4 3 5 1 系统数据的传送4 3 5 2 系统数据的报表生成4 4 5 2 1 报表生成程序4 4 5 2 2 报表生成模板4 6 第六章系统性h 月匕i s 测 试与结果分析4 8 6 1 系统稳定性测试4 8 6 2 系统准确性测试5 0 6 2 1 系统判别模拟生丝5 0 6 2 2 系统判别人为疵点的生丝5 3 6 3 系统实测与结果分析5 5 第七章结论5 9 7 1 本论文主要贡献5 9 7 2 本论文的不足之处以及进一步研究方向6 0 参考文献6 1 攻读学位期间公开发表的论文。6 4 致 射6 5 8 8 9 9 1 6 7 8 8 8 o 1 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 4 4 ， 基于c r i o 的生丝额节电子检验系统 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 生丝是我国传统的出口创汇产品之一，素有“软黄金”的美誉。特别是加入世界贸 易组织以来，我国的汽车、金融和电信行业成为受冲击的主要行业，丝绸作为积淀了 数千年文明的“瑰宝”，成为入世后我国能够垄断或主导国际市场的极少数优势产业之 一。作为世界上最大的蚕丝生产国和出口国，我国的生丝产量占世界总产量的8 5 以 上，出口量占世界贸易量的8 0 以上【1 1 ，在国民经济中占有重要地位，它的发展对解 决“三农”问题、外汇平衡及调整贸易格局有着举足轻重的作用。 我国虽然是生丝制造大国，却不是丝绸强国，生丝的品质决定了生丝的发展，而 生丝的检验是生丝品质确定的基础工作，也是以质取胜战略的组成部分之一，为了继 续保持我国生丝在国际市场上的竞争力，以及更好的满足国际市场对优质生丝的需 求，必须重视并抓紧对生丝检验的研究【2 1 。其中，清洁和洁净是生丝的主要品质指标， 直接关系到丝绸产品的质量和出口创汇。因此，生丝颏节检验( 包含清洁和洁净检验) 显得尤为重要，然而，目前我国在生丝颏节检验方面的手段和设备都未能满足实际应 用要求。 1 2 传统的生丝颡节检验方法 1 2 1 传统生丝检验的回顾【3 _ 7 】 由于生丝的原料( 蚕茧) 质量受蚕的品种、饲养条件、簇具及蚕吐丝时空气中的温、 湿度等环境影响很大，因此，生丝的品质不像工业品那样稳定。生丝大规模生产后， 如何准确、有效地检验其品质就显得十分重要。1 7 2 4 年，丝绸之路上的重镇意大利的 图利诺市创立了生丝研究所，1 8 0 5 年法国里昂设立公量检验所。1 9 世纪欧洲各国也相 继成立了生丝检验所，其中以瑞士苏黎世生丝检验所( e i t e s t e x i 拘前身) 最为有名。 使切断增多，并多耗屑丝；而在织绸过程中由于不耐摩擦而导致切断，降低工厂生产 效率。清洁检验是检验员位于距离黑板大约5 0 c m 处，对照清洁标准样照，分辨清洁 疵点的类型，分别记录其数量，进行评分。 基于c r i o 的生丝颖节电子检验系统 第一章绪论 ( 2 ) 大颧( 次要疵点) ：颖节中比较大的，主要又有如下几种： 废丝：附于丝条上的松散丝团； 大糙：丝条部分膨大，长度在7 毫米以上或稍短而特别膨大； 粘附糙：茧丝折转，粘附丝条部分变粗呈锥形； 大长结：结端长或长度稍短而结法拙劣者，结端的长度在1 0 毫米以上； 重螺旋：根或数根茧丝松弛缠绕于丝条周围，形成膨大螺旋形，其直径超过 丝条本身一倍以上，长度在1 0 0 毫米左右； ( 3 ) 中额( 普通疵点) ：介于大额和小颡之间的额节，主要有如下几种： 小糙：丝条部分膨大，长度在2 7 毫米或长度在2 毫米以下而特别膨大； 长结：结端长度在4 1 0 毫米之间； 螺旋：一根或数根茧丝松弛缠绕于丝条周围形成螺旋形，其直径未超过丝条的 一倍者，长度在1 0 0 毫米左右； 环结：环形的圈子，长度在2 0 毫米以上； 裂丝：丝条分裂，长度在2 0 毫米以上。 1 2 2 2 洁净检验 小颡的检验即属于洁净的范围。小颖的种类主要有以下几种： ( 1 ) 雪糙：丝条附着的细小糙类，其长度在2 毫米以下； ( 2 ) 环额：又称小圈。这是由一根丝条过长屈曲而构成的极小小圈，长度在1 0 毫米以上； ( 3 ) 发毛：丝条上有部分茧丝竖起成羽毛状，一般在2 0 毫米以下； ( 4 ) 短结：结端在2 毫米以下； ( 5 ) 轻螺旋：丝条上轻微的螺旋形，长度在2 0 毫米以上； ( 6 ) 小粒：丝条上附着的小粒； ( 7 ) 其它：不属于清洁范围内的各种小型糙疵。 检验系统 离黑板 样照， 给生产 靠性和 能就有 验工序 己成为 为了解决传统生丝检验中存在的上述问题，早在上世纪下半叶起就有许多业内同 仁在探寻生丝自动化电子检测的方法，并将适用于短纤棉纱检测的乌斯特仪推广到生 丝检测上来。随着现代电子检测技术的快速发展，以及高速织机的普及，化纤、棉纺、 毛纺行业电子检测手段的不断升级，丝绸行业也迫切希望生丝检验也能采用电子仪器 进行客观公正的检验，减少人为因素的影响。生丝电子检测的设想首先是由瑞士人 m r b e r n h a r dt r u d e l 提出的，为此i s a ( 前国际丝绸协会1 成立了丝绸标准研究小组 4 基于c r i o 的生丝额节电了检验系统第一章绪论 ( s s c ) ，使用指定的电子器械方法进行生丝检测试验，于1 9 9 0 年在国际上出现雏形。 在i s a 主席m r b r u n d os c h w a r z 的推动下，国际丝绸协会成立生丝电子检测研究小组， 简称“s s s ”，并于1 9 9 5 年，i s a 提出了以乌斯特( u s t e r 3 型) 条干均匀度仪为主要 检测设备的生丝电子检测标准草案生丝便览1 9 9 5 ) ) 研究报告。该便览也是到目前为 止国际丝绸行业比较能成体系的、完整的生丝电子检测标准与方法。但由于该草案中 采用的乌斯特仪价格昂贵、检验生丝效率低、检验结果稳定性差等原因遭到了某些国 家的反对，因此该标准草案并没有在世界丝绸行业获得认知和推广。故这种电子检测 方法并未被推广应用【9 1 。 2 0 0 5 年在第二届丝绸检测技术研讨会上，来自中国、意大利、日本、韩国和印度 的专家呼吁各国实现电子检n t l 0 , 1 1 】。专家指出，随着目前生丝加工技术由立缫全部转 入自动缫，绸缎加工技术由有梭织机大量转入高速无梭织机后，传统的丝绸检测方法、 指标与电子检测方法有效结合的途径，已显得落后和脱节，严重影响了高品质生丝、 绸缎的加工和使用范围，国际丝绸检测技术亟待提高。近几年各国对丝绸品的质量要 求越来越高，由于生丝质量的好坏直接决定丝绸织物的质量高低，因此，对生丝的品 质要求也越来越高。中国丝绸协会会长弋辉曾指出，传统检测所能达到的检测精度逐 渐不能适应，而电子检测则可以适应市场对生丝精度不断提高的要求。他认为，电子 检测首先可以避免人为视觉误差及检测人员情绪变化对检测结果造成的影响：其次， 随着缫丝技术的提高，生产规模逐渐加大，生丝检测的效率问题日益突出，而电子检 测的效率将明显高于传统检测方法；再次，随着时代的发展，传统人工检测精度已无 法满足市场对生丝的精度要求，而电子检测能不断提高生丝检测精度，细化生丝等级。 目前，在生丝电子检测设备技术路线和试验方法的研究上，我国基本上与欧洲丝 绸业达成共识。世界上的主要生丝生产国和消费国，都希望中国能承担起国际生丝电 子检测方法及标准研制的重担。因此，我国生丝电子检测发展的最终目标是，采用研 制开发出适用于生丝检验并具有我国自主技术特点的电子检测设备，并逐步取代目前 国内以人工目光为主的传统黑板检验方法，建立一套切实可行的、具有我国技术特点、 基于c r i o 的生丝额节电子检验系统 度及洁净度的光电传感器及一个用来探测糙疵的冲击传感器组成的自动化检测系统 开展生丝电子检测系统的研究；我国的一些机构在研究时采用面阵c c d 图像传感器 和线阵c c d 嵌入式高速d s p 系统，进行高速运动生丝图像抓拍和处理探索检测生丝 的均匀度、清洁和洁净。但这几种电子检测仪通过试验及专家认证均在试验的重现性、 稳定性、识别误差和检验效率等方面存在一定的问题，很难付诸实际应用。下面就这 几种生丝电子检验设备的特点进行简单的介绍。 1 ) 乌斯特条干均匀度仪1 2 】 乌斯特条干均匀度仪( u s t e rt e s t e r ) 是目前广泛使用的一种均匀度测量仪，它适 用于棉、毛、麻、丝、化学纤维及各种混纺纱条。乌斯特条干均匀度仪是利用非电量 转换原理对纤维均匀度进行测定的。仪器的具体测试部分为平行平板组成的电容器。 电容器电容量的变化随其中电介质的不同而异，当相同的电介质通过电容器时，其电 容量的变化与介质线密度成比例变化。检验电容置于高频振荡电路中，当施加高频交 变电压时，在电容两极板间形成交变电场。当在电容极板间引入被试验丝条时，由于 丝条具有较空气高的介电系数，因此检验电容的电容量随极板间丝条量多少而变化， 即由丝条量转变为电容量的变化，然后带动记录笔运动，当记录纸按一定速度送出时， 则可得到反映纤维细度均匀性的曲线。因此通过乌斯特条干均匀度仪可测主要以c v ( ) 值表示的丝条不匀率数值；同时，还可得到丝条不匀曲线图，以及直接从仪器上 读得疵点数( 大颏、中颏和小颖) 。目前乌斯特条干均匀度仪已由i 型发展到型，不过 6 基于c r i o 的生丝颓节电了检验系统 第一章绪论 目前国际上有关标准推荐的仪器是乌斯特i i i 型。乌斯特i i i 型条干均匀度仪自动化程度 高，检验速度快，仪器采用了数字计算机，操作简单，稳定性好，是具有现代化高水平 的检验仪器。从功能上讲，乌斯特仪是理想的生丝匀度电子检验仪。但乌斯特条干均 匀度仪存在着对研究室的环境要求较高、检验效率较低、仪器成本高、检验样本小等 问题，故此方法仍未普及。 图l - l 马斯特条干均匀度仪 2 ) 纱疵分级仪1 2 】 纱疵分级仪是利用纱线连续通过检验器( 电容式或光电式，多锭) 一定长度测量其 粗细，自动记录并分类统计各种直径以及它们的粗、细节纱疵的数量。国外是在生产 电子清纱器的同时研制开发了纱疵分级仪，瑞士乌斯特( u s t e r ) 公司生产的c l a s s i m a t e 系列电容式纱疵分级仪，可用于评定u a m 系列电容式电子清纱器工艺配置的合理性， 以及经过电子清纱器后纱线纱疵切除情况，并采用纱疵分级仪提供的纱疵样照和清纱 特性曲线，确定电子清纱器的工艺设定值。c l a s s i m a t e 系列电容式纱疵分级仪将短粗 节纱疵分为1 6 级( a 1 d 4 ) ，长粗节纱疵分为3 级( e ，f ，g ) ，长细节纱疵分为4 级( h i ， h 2 ，1 1 ，i 2 ) 。c l a s s i m a t e 系列电容式纱疵分级仪试验速度快，分级有代表性，并能自 动切割留样，便于直观定性分析。测试结果统一折合纱线长度为1 0 0 k i n ，并配有7 7 第一章绪论 基于c r i o 的生丝额节电了检验系统 种不同号数纱样的纱疵样照，以适应不同产品和质量的要求。意大利埃迪尔丝绸公司 也对纱疵分级仪进行了系统的改制并在该公司内部使用。目前，意大利埃迪尔丝绸公 司在浙江嘉兴设立的生丝捻线丝厂就是用该仪器进行捻丝产品的品质检验。 3 ) 生丝纤度及匀度、额节同时检验系统u 3 】 1 9 9 5 年日本横滨消费技术中心的川名茂研制出了用光电探测方法对生丝品质各 项指标进行检验的仪器，如图1 2 所示。这一系统由直读式纤度检测器、丝长测定装 置通过接口或r s 2 3 2 c 线路连接到计算机上组成，并安装有动力卷绕机和丝框架。该 检验系统用直读式纤度检测器直接测定生丝的外径，然后转换成旦尼尔数显示出来。 测定时以lm 长的丝条为单位，并把测定结果在计算机屏幕上以曲线图的形式表示出 来。然后根据纤度检验和匀度检验是检验不同长度生丝粗细变化程度的原理，由丝长 测定装置测出丝条长度，即可获得纤度偏差、纤度最大偏差、平均纤度和匀度变化的 测定结果。在检测清洁、洁净疵点时，按照疵点大小类型分别用4 只传感器( 图1 - 2 中 只表示出1 只传感器) 分别检测主要清洁疵点( 特大糙疵) 、次要清洁疵点、普通清洁疵 点和洁净疵点。在用直线表示出各类疵点发生位置的同时，也表示出总疵点数。该系 统对生丝的检验是非破坏性的，具有较好的重现性，可以减少现行人工黑板检验所造 成的人为误差，取消了现行生丝检验过程中繁重的检验辅助工作，大大提高了生丝检 验的自动化程度和检验精度；对同一根丝可进行重复检验，为公正检验提供了可靠可 信的检验依据。目前，该系统在做进一步完善研究。 基于c r i o 的生丝 4 ) 5 根丝条的电子生丝检验装置【1 4 】 该仪器是日本横滨生丝检验所石墨善夫等人研制的生丝匀度试验机。该仪器对颖 节的检验是利用激光半导体光敏器件、线阵c c d 元件，让丝条通过激光源和光敏二 极管之间，当有额节出现时，在光敏二极管上就会产生一个比用作差动参照的光敏二 极管上信号大的信号。该信号差动被接入放大器的负反馈输入端就得到一个波动曲 线，由波形的变化情况就可判别出颓节的类型。这套装置可以分辨绵条类环类等，但 还存在以下一些问题，如对小额节的检测较困难，匀度检验中直径的大小与纤度的关 系等。 9 第一章绪论基于c r i o 的生丝额节电子检验系统 图l 一35 根丝条电子生丝检验装置 5 ) 生丝匀度清洁洁净检验仪 该仪器利用计算机图像处理来模仿人工黑板检验，由浙江丝绸工学院( 现浙江理 工大学) 研制的。由基于线阵c c d 图像传感器的图像扫描输入装置，逐片输入黑板上 的丝片图像，经糙疵检测算法处理后得到清洁洁净分析图像，再作几何形状分析，并 经神经网络分类，得出清洁和洁净评价对匀度分析图像计算出特征矢量，求出基准值， 作匀度评价。该仪器速度较慢，而且，颏节的数据库不好建立，不易推广使用。 基于c r i o 的生丝颡节电子检验系统 第一章绪论 图l - 4 生丝匀度清洁洁净检验仪原理图 6 ) 生丝电子分析仪【1 6 1 生丝电子分析仪由电容式传感器和光电传感器组成。该仪器主要由陆军等人研究 而成。电容式传感器部分是通过测量电容基板间介质的变化，来测量丝线纤度变化。 另一部分光电传感器是测量丝线粗细变化，后经过信号放大与电脑相连。为了提高检 验效率，电子分析仪由1 2 锭组成。每锭都具有独立的传动装置和传感器，线速度为 6 0 0 m m i n 。这种仪器检验准确与效率高，已经得到了国内众多企业与检验机构的认可。 但是这个设备上所使用的传感器和系统软件等核心技术均为日本k e i s o k k i 公司进口， 在一定程度上影响了电子检验国产化的脚步。 第一章绪论 基于c r i o 的生丝额节电子检验系统 1 3 3 国内研究存在的问题 图1 - 5 生丝电子分析仪 目前国内在生丝电子检验方面的研究，主要存在以下问题： ( 1 ) 国内研究的几种生丝电子检测仪通过实验及专家论证均在试验的重现性、 稳定性、识别误差和检验效率等方面存在一定的问题，很难付诸实际运用； ( 2 ) 几种电子检测仪的成本太高，不适宜大面积推广； ( 3 ) 我国用于生丝电子检测的传感器和系统软件等核心技术均为国外进口，影 响了电子检测的国产化。 1 4 本论文的研究目的和主要内容 考虑到传统生丝检验所存在的系列问题，并综合目前国内外生丝额节的电子检 验研究情况，尤其是国内的研究情况，可以发现，生丝电子检测不是一个简单的技术， 1 2 一 基于c r i o 的生丝额节电子检验系统 第一章绪论 也不是一个设备的简单运用问题，而是一套系统的检测方法。因此，我国要在生丝电 子检验方面有新的突破，套生丝电子检验方法是必不可少的，另外，传感技术和系 统软件也是关键所在，主要是传感器和相关配套的硬件和软件。基于此，本文以本研 究室自主开发并加以改进的生丝纤度检测装置为传感器，n il a b v i e w 为编写配套程 序的软件，n ic o m p a c t r i o 为生丝额节电子检验过程的配套硬件，以最终开发一套生 丝颏节电子检测系统为目的，进行了一系列研究。 本文的章节组成如下： 第一章：绪论 简要地介绍了传统生丝颏节检验的国内外研究现状，讨论了其目前存在的问题及 发展趋势，并结合本研究室的技术特点确立了研究目标。 第二章：生丝颖节电子检验系统的工作环境与总体设计 分别从软件和硬件方面介绍了系统的工作环境，并简要介绍了生丝额节电子检验 系统的设计目标，包括设计构想，设计原理以及设计中所需的一系列测试。 第三章：系统的硬件设计 具体介绍了系统的硬件组成，包括硬件各自的特点和构建等。其中，简述了传感 器的一系列改进。 第四章：系统的软件编程 具体介绍了生丝额节电子检验系统的软件设计过程，包括程序的设计原理、主要 程序结构及其界面。另外还详细介绍了生丝颡节的模拟，包括程序的模拟目的，模拟 思路，程序界面，参数调整以及如何验证判别程序。 第五章：系统数据的传送与分析报表 介绍了系统的数据处理，包括数据的传送和报表生成，报表生成方面主要介绍了 生成报表程序的编写，包括程序的结构以及生成的报表模板构成。 第六章：系统的性i i i i 试 对系统的三种性i i i i 试方法分别作了介绍，并对各自的测试结果进行分析和讨 绪论基于c r i o 的生丝额节电子检验系统 而达到验证系统性能的目的。 七章：结论 绍了本论文的主要特点，不足之处以及进一步研究方向。 基于c r i o 的生丝额节电子检验系统 第二章生丝额。r 】e g - t 检验系统的工作环境与总体设计 第二章生丝颡节电子检验系统的工作环境与总体设计 通过对目前国内外在生丝额节电子检验方面研究情况的分析，并结合本研究室的 技术特点，在虚拟仪器技术的基础上完成了生丝颖节电子检验系统的开发。本系统的 开发主要包括软件的编程，硬件的设计以及两者的集成。其中，编程软件是利用了一 种图形化编程工具刈il a b v i e w ，硬件主要包括一个自主开发的生丝纤度检测装 置( 传感器) ，n ic o m p a c t r i o ( 包括可编程的f p g a 芯片，可重复配置的i o 模块和 实时控制器r e a l t i m ec o n t r o l l e r ) 以及p c 终端。两者的集成是指将编好的配套软件 集成到c o m p a c t r i o 中，形成一套可实时检测生丝颏节的电子检验系统，并将结果同 步显示于p c 终端机上，以便后续的数据处理和分析。 2 1 系统的软件工作环境【1 7 。8 】 l a b v i e w ( l a b o r a t o r yv i r t u a li n s t r u m e n te n g i n e e r i n gw o r k b e n c h ，实验室虚拟仪器 工程平台) 是由美国国家仪器( n a t i o n a li n s t r u m e n t ，简称n i ) 公司研制开发的图形化 程序开发平台，俗称g 语言，是一种直观的图形化编程语言，它广泛地被工业界、学 术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。l a b v i e w 的 开发环境是开放式的，为用户实现可视化提供了一个简单直接的方式人机界面， 使用这种语言编程时，不写程序代码，取而代之的是类似流程图的框图程序，是一个 面向最终用户的工具。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图 标和概念，使得编写程序变得简单。它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力， 提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试 并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。与传统的编程语言比较，l a b v i e w 图 形编程方式能够节省8 5 以上的程序开发时间，其运行速度却几乎不受影响。利用 l a b v i e w 软件，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的3 2 位编译器。 l a b v i e w 程序称为虚拟仪器程序，简称v i 。v i 是l a b v i e w 的核心，一个完整 置输 为传感器部分和测试电路部分。本研究室为了满足检测生丝的需要，己对其进行了一 系列改造。n ic o m p a c t r i o 是一种小巧而坚固的工业化控制和采集系统，采用可重新 配置i 0 ( r e c o n f i g u r a b l ei o ，缩写为t o o ) 和f p g a 技术实现超高性能和可自定义功 能。n ic o m p a c t r i o 包含一个实时控制器与可重新配置的f p g a 芯片，适用于可靠的 独立嵌入式或分布式应用系统；还包含热插拔工业i 0 模块，内置可直接和传感器 调节器连接的信号调理。c o m p a c t r i o 嵌入式系统可以使用高效的l a b v i e w 图形化 编程工具进行快速开发【18 1 。有关硬件部分的详细介绍，请参看第五章。 2 3 系统的总体设计 2 3 1 系统的设计目标 为了提高生丝颡节检验的质量，避免传统生丝额节检验出现的种种问题，为了改变 目前从国外进口传感器的现状，也是为了响应世界各国对生丝电子检验的呼声，结合本 研究室的光电传感器技术和虚拟仪器技术等特点以及所研究的方向，力求开发一套生丝 - 额节电子检验系统，以实现对生丝额节的快速，准确，多锭，在线检测和分析，并同步 地将结果显示出来，生成报表，便于后续的统计和分析，从而满足生丝颖节检验的需要。 1 6 基于c r l 0 的生丝额节电子检验系统第二章生丝额节电子枪验系统的工作环境，j 总体设计 2 3 2 系统的设计过程 2 3 2 1 设计原理 首先，利用n il a b v i e w 软件在上位机上编好生丝颓节的检验程序，包括额节的 分类和计数两大功能，当然编写额节检验程序的过程中，需要采集大量的生丝数据( 包 括实际采集的生丝数据和自行模拟的生丝数据) 不断地进行数据测试，以验证程序的 可行性和稳定性。接着，将编好的并已经过验证的整个生丝额节检验程序通过 c o m p a c t r i o 的联网通信功能下载到c o m p a c t r i o 的实时控制器中，并将改进型的生 丝纤度检测装置连接预先编有采集程序的f p g a 模块，使得数据通过f p g a 硬件编程 快速采集数据，与此同时，在实时控制器中的分类和计数程序调用f p g a 中所采集的 数据进行同步分析和处理，在将处理的结果保存于实时控制器的存储器中的同时，也 将结果通过通讯连接到上位机上同步地进行统计、显示并生成报表，从而实现生丝颏 节的电子检验。整个设计流程如图2 1 所示。 络竺机上 卷绕生竺 通过生竺纤 度检测装置 c o m p a c t r i o 中的i o 采集模块进行懈集 l l 遁过玎峪a l a b v i e w 软件编写生竺鞭节判别程序 滤被去l 软件判 亲信号l 别颏节 甄p c 翮套鳖纠季瓣 机t 显示判别结lc o m m u n i c a t i o n 输出结果i 堡塑贫堑登蕈存 呆。可供后续分析卜= 寺十关町控利番甲 图2 1 生丝颖节电子检验系统的设计流程 第二章生丝额节电子检验系统的1 = 作环境与总体设计 基于c r i o 的生丝额节电子榆验系统 2 3 2 2 设计过程中的测试 生丝颖节电子检验系统设计过程中包括软件部分和硬件部分的测试。首先是在上 位机上完成对软件的测试，模拟出了生丝频节的波形，可以通过调整程序的参数自行 控制各类频节出现的概率，从而控制各类颖节出现的数量，并且可以读出额节的数量。 利用模拟生丝额节程序，可以验证生丝颏节判别程序的准确性。具体模拟和验证过程 见第四章。其次是将经过测试后的正确的软件程序集成于硬件中，从而形成生丝额节 电子检验系统。通过大量的在线测试以及离线测试以验证系统的准确性，快速性以及 稳定性，具体请参看第六章。 1 8 基于c r l 0 的生丝额节电子检验系统第三章系统的硬件设计 第三章系统的硬件设计 在第二章中已经简单提到生丝颏节电子检验系统的硬件部分，包括改进型的生丝 纤度检测装置( 传感器) ，n ic o m p a c t r i o ( 可重新配置的控制和采集系统) 以及p c 机( 数据显示) 。这一章将具体介绍一下系统的硬件设计与组装。 3 1 生丝纤度检测装置 3 1 1 生丝纤度检测装置的原理介绍【1 9 】 生丝纤度检测装置是目前国内较为先进的可以动态测量生丝纤度的装置，其工作 原理是利用单光源( g a a s 红外发光二极管) 与分束器“y ”形光纤的输入端面耦合，耦合 区域用硅橡胶折射率匹配材料灌封，避免杂散光进入光纤。通过稳频稳幅振荡器，使 红外发射管发出经过调制的红外光，分导式光纤将红外光一分为二送到2 个性能相同 的光敏管感光端。因光敏管收到的照度相等，输出也相同，共模输入使差动放大器输 出为零，数字显示为零。当被测丝条放入传感器口，处于一对光纤和光敏管之间，生 丝阻挡了一部分红外光线，使测量端光敏管收到的光通量减少，输出也减少，放大器 两输入端平衡被破坏，进行差动放大，数字表有显示。只要适当调整放大器增益，就 能测量所测生丝的投影直径。 为了克服光敏管中的暗电流，提高测量结果的精确度，仪器对光源进行了稳频稳 幅调制。红外发光二极管的电源由正弦振荡电路和功率放大电路构成，其振荡频率为 1k h z 左右。工作原理示意图如图5 1 所示。 1 9 系统的硬件设计 基于c r i o 的生丝颡节电子检验系统 图3 1 生丝纤度检测装置的工作原理图 3 1 2 生丝纤度检测装置的一系列改进 最初的生丝纤度检测装置，只能测量缫制中的生丝细度，手持式设计，通过导丝 卡口以及夹具夹持生丝，进行检测，并把结果反映到液晶显示屏幕上。考虑到生丝较 细以及实际检测生丝时的需要，即与c o m p a c t r i o 硬件配套，能高速、准确的检测出 生丝额节的种类和大小，在本课题相关人员的努力下，生丝纤度检测装置已经过一系 列的改进，图3 2 给出了改进前和改进后的生丝纤度检测装置图像，左图是改进前的， 右图是改进后的。改进的部分主要有传感器探头( 包括光纤，光敏硅二极管和导丝卡 口) ，电路( 包括振荡电路、功率放大电路和线性检波电路) 以及外壳( 接地与屏蔽) 。 在此，本文仅简单介绍一下改进的组件，具体改进原理和过程请参看相关文献【1 9 。2 0 】。 改进后的生丝纤度检测装置操作简单，能够较好的握持丝条，电路改进之后，纤 度检测装置在灵敏度和稳定性方面都得到了很好的提升，能够保证测量结果的可比 性，并且使得测到的数据更加精确，不失真。外壳改进之后，能够去除信号中的干扰， 避免屏蔽层与地面形成环路以及防止磁场的干扰等。 3 2n ic o m p a c t r i o 3 2 1c o m p a c t r i o 组件介