圖像識別-課程設(shè)計報告

1、 電子儀器課程設(shè)計 課題名稱： 鋼坯識別觸發(fā)智能控制 學生學號： 專業(yè)班級： 10電信 01 班 學生姓名： 指導教師： 洪 漢 玉 學生成績: 鋼坯識別觸發(fā)智能控制摘要：結(jié)合生產(chǎn)實際需要，研究和解決鋼坯流程控制具有重要實際意義和應(yīng)用價值。為解決生產(chǎn)線上鋼坯光電檢測與識別問題，我們采用點對點解決方案，利用現(xiàn)代光電傳感技術(shù)，實現(xiàn)運動鋼坯的到位檢測和鋼坯圖像的觸發(fā)采集；采用先進的圖像處理和分析技術(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)線運動鋼坯的自動定位和識別；采用電路抗干擾技術(shù)，實現(xiàn)軋機生產(chǎn)線的全自動控制和全天候工作。我們研制的鋼坯識別光電控制系統(tǒng)主要由三大塊組成：鋼坯到位信息的光電檢測、鋼坯號的自動識別、系統(tǒng)的穩(wěn)定性及抗

2、干擾電路。針對實驗中所出現(xiàn)的振動、虛警、噪聲等干擾問題做了深入的理論分析。大量的實驗結(jié)果表明，鋼坯到位光電觸發(fā)控制正確率為100%，鋼坯號識別正確率達95%以上，實驗效果令人滿意。關(guān)鍵字：鋼坯到位檢測，光電觸發(fā)，鋼坯識別，抗干擾技術(shù)。一、概述 我國大型鋼鐵企業(yè)以及大型軋鋼廠的鋼坯號的識別主要靠人工來完成，在生產(chǎn)線上還未見鋼坯號自動識別系統(tǒng)，嚴重影響鋼坯生產(chǎn)線的自動化、智能化水平。因此，結(jié)合武鋼軋鋼生產(chǎn)線鋼坯號檢測及自動識別的需求，我們主要主要研光電控制系統(tǒng)。在市場競爭日益激烈的今天，如何提高企業(yè)生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化的目標，智能化生產(chǎn)也就成了大多企業(yè)關(guān)注的焦點。我們的鋼坯識

3、別光電控制系統(tǒng)，解決了武鋼重軌生產(chǎn)線以前鋼坯號的人工記錄所帶來的勞動強度大、耗時耗力、生產(chǎn)效率低、資源浪費等困難，提高我國鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)線的自動化和智能化水平。鋼坯識別光電控制系統(tǒng)性能的一個重要影響因素，就是在復(fù)雜、惡劣的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，能夠很準確地獲取到鋼坯端面字符信息的控制信號。我們知道，很多傳感器都可以很好地獲取到各種檢測信號，但考慮到獲取鋼坯端面字符信息的穩(wěn)定性、可靠性，我們用光電控制系統(tǒng)設(shè)計思想，被控對象為CCD工業(yè)攝像頭，變送傳感裝置為光電傳感器，控制器為去噪、降壓、穩(wěn)壓電路。鋼坯識別光電控制系統(tǒng)組成如下： 圖1-0： 鋼坯識別光電控制系統(tǒng)組成二、鋼坯到位信息的光電檢測鋼坯到位檢測部分

4、主要由光電傳感器、控制器等部分組成。 2.1 光電傳感器特性說明 光電傳感器是指把光信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。E3Z-T61A 2M為歐姆龍生產(chǎn)的通用對射式NPN型光電傳感器。其主要性能參數(shù)如表1。并有電源逆接保護、輸出保護電路等特點，工作穩(wěn)定可靠。表1 E3Z-T61A性能參數(shù)檢測方式形狀連接方式檢測距離型號對射型導線引出型10mNPN輸出最小檢測物體光源消耗電流響應(yīng)時間質(zhì)量12mm以上不透明物體紅色發(fā)光二極管（660nm）35mA以下（透光器15mA以下、受光器20mA以下）動作、復(fù)位、：各1ms以下約120g（1）輸出電路：圖2-1 受光器電路圖（2）接插件端子配置：注意:接頭為空（3）對

5、射型投光器：圖2-2 投光器電路圖（4）接插件端子配置：注意：接頭為空（5）工作時間圖：圖2-3 E3Z-T61A工作時間圖E3Z-T61A常態(tài)（入光）時，動作指示燈亮，負載動作，輸出為高電平；遮光時，動作指示燈滅，負載復(fù)位，輸出為低電平。2.2 控制器設(shè)計我們所設(shè)計的控制器主要是為了使電路工作穩(wěn)定、可靠(消除虛警)、信號匹配。主要由LM7805、繼電器、電容電阻等元器件組成。2.2.1 LM7805工作特性說明LM7805是一個集降壓、穩(wěn)壓于一體的三端集成電路。如圖1-4所示，輸入端1輸入735V的有效直流電壓信號，則輸出端2則輸出5V的穩(wěn)定直流電壓信號，公共端引腳為3。用它來設(shè)計控制器，可

6、有效解決因噪聲干擾或其它環(huán)境干擾因素引起的電壓波動而造成的虛警問題，很好的解決工業(yè)現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境所造成的嚴重干擾問題。其典型連接如圖1-5。圖2-4 LM7805圖2-5 LM7805典型連接圖2-6 典型穩(wěn)壓電源電路2.2.2 濾波電路設(shè)計圖2-7 橋式整流濾波電路2.3 工業(yè)攝像頭工作特性說明工業(yè)攝像頭有三種工作模式，分別是連續(xù)采集、異步復(fù)位采集和自動快門采集。2.3.1 異步采集模式：MVC900DAM-GE30提供觸發(fā)和閃光燈控制接口，用戶可通過軟件設(shè)置下面參數(shù)T0：右下角脈沖寬度(小于T0的觸發(fā)輸入信號視為無效)T1：觸發(fā)到閃光信號的延遲T2：閃光燈信號寬度(T2T4+T5)T3：多次

7、觸發(fā)間隔T4：閃光燈到圖像采集延遲(用來調(diào)節(jié)最佳曝光位置)T5：內(nèi)部觸發(fā)信號，固定為160us脈沖N：單次用戶觸發(fā)采集數(shù)量下圖是N=2是各參數(shù)的定義圖2-8 照相機工作時間圖 2.3.2 接口定義：管腳定義方向說明1RET-電源地2+12V輸入+12V輸入500mA3閃光燈輸出TTL信號4觸發(fā)輸入TTL(內(nèi)部具有10K上拉電阻到5V)5NC-保留6NC-保留7NC-保留8NC-保留9NC-保留10NC-保留11NC-保留12NC-保留表2 MVC900DAM-GE30電源控制接口定義2.3.3 電源控制插頭圖2-9 MVC900DAM-GE30電源控制插頭2.3.4 鋼坯識別光電控制系統(tǒng)接線電

8、路圖圖2-10 控制器基本電路圖由于生產(chǎn)線選用單片機來作為抖動去除，操作簡單，效果明顯，性價比高三、系統(tǒng)的穩(wěn)定性及抗干擾問題由于鋼坯是運動的，所以我們利用光電觸發(fā)方式來拍攝鋼坯圖像，環(huán)境復(fù)雜及重型機械振動，在識別過程中會隨時出現(xiàn)一些假觸發(fā)現(xiàn)象如圖3-1所示，導致光電控制器發(fā)出錯誤指令，嚴重干擾識別系統(tǒng)的工作。所以，必須要解決干擾問題，這種問題如果不解決好，會對鋼坯號識別過程帶來麻煩，所以我們設(shè)計電路要具有穩(wěn)定性，能消除虛警；同時，電路對電壓的穩(wěn)定性要求比高。 圖3-1 光電開關(guān)觸發(fā)時間圖考慮到，工業(yè)現(xiàn)場可能存在上述不穩(wěn)定的情況，所以我們設(shè)計的控制器主要由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路

9、組成。如下圖3-2所示。圖3-2 控制器電路原理圖經(jīng)電源變壓器降壓后，電網(wǎng)供給的交流電壓u1(220V,50Hz)，得到符合電路需要的交流電壓，然后由整流電路變換成方向不變、大小隨時間變化的脈動電壓，再用濾波器濾去其交流分量，就可得到比較平直的直流電壓。但這樣的直流輸出電壓，還會隨交流電網(wǎng)電壓的波動或負載的變動而變化。為了解決這樣的波動問題，我們采用了如下圖所示電路，它采用輸出電壓穩(wěn)定的三端集成穩(wěn)壓器(7805)，輸出電壓為5V，該電路所用器件較少，成本低且組裝方便、可靠性高。圖3-3 控制器仿真電路圖圖3-4 控制器模擬仿真結(jié)果圖 圖3-5 控制器電路實際輸出波形圖從圖上可以看出，當脈沖的寬

10、度不夠時（即為雜波，或者抖動），輸出波形保持不變，但是當脈沖寬度超過一定寬度（此時設(shè)置為5S），輸出信號會自動輸出觸發(fā)信號（下降沿）；由于仿真的采樣頻率過低，導致仿真效果不算特別理想，但是程序能夠滿足實際生產(chǎn)中的要求。程序代碼設(shè)計（采用的是匯編程序代碼）org 0000hajmp mainorg 000bhajmp timerorg 0100hmain:mov tmod,#01h mov th0 ,#3ch mov tl0 ,#0b0h setb ea setb et0loop:jnb p1.0,loop1 clr tr0 mov r0,#00h mov th0,#3ch mov tl0,#0

11、b0h setb p1.1 jmp looploop1:setb tr0 jmp loop timer:mov th0,#3ch mov tl0,#0b0h inc r0 cjne r0,#10,loop4loop3:clr p1.1loop4:retiend 鋼坯到位光電觸發(fā)控制（生產(chǎn)現(xiàn)場）系統(tǒng)整個流程為：在鋼坯運動軌道兩邊的恰當位置安裝紅光對射型光電傳感器，給光電開關(guān)供電，光電開關(guān)持續(xù)輸出常態(tài)高電平。當鋼坯在軌道上運動經(jīng)過時，發(fā)射極發(fā)出的光被鋼坯擋住，接收極接收不到紅光信號，光電傳感器輸出一個下降沿觸發(fā)信號。CCD相機接收到觸發(fā)信號，攝取鋼坯端面圖像。最后識別鋼坯號。針對實驗中所出現(xiàn)的振動

12、、虛警、噪聲等干擾問題做了深入分析，我們對光電控制器進行多次改進，并且多次到武鋼重軌生產(chǎn)線進行現(xiàn)場驗證。大量的鋼坯光電觸發(fā)識別實驗結(jié)果表明，鋼坯到位光電觸發(fā)控制準確率為100%，鋼坯號識別正確率達95%以上，實驗效果滿意。四、體會 對現(xiàn)實事物的設(shè)計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。這個設(shè)計讓我學到了很多東西，涉及到方方面面的知識，在這整個過程中我們查閱了大量的資料，得到了老師和同學的幫助，我在此對他們表示謝意。在這期間遇到了很多困難，我知道做什么都不容易，只能塌下心來，一步一個腳印的去完成才行。這學期我們學習了數(shù)字圖像處理這門課程，在這個課程設(shè)計中應(yīng)用到了很多其中的知識。理論只有應(yīng)用到實際中才能學著更有意義。學習是一個長期積累的過程，在后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)