毕业设计（论文）-异纤分离器的免维护方案和设计.doc

青岛科技大学本科毕业设计论文前言由于轧花厂在收购棉花过程中种种原因，使得原棉中混入了种类繁多的异性纤维，包括丙纶丝、编织带、麻袋片、彩色布头及毛发等，俗称“三丝”。在纺织生产流程中，一般很难清除掉，纺纱织布后，会给布面造成色花疵点。特别是印染后这一问题更为突出，成为纺织厂生产中的难题，严重困扰了纺织企业的生产。目前，从收购棉花的源头还很难解决“三丝”问题1。为了解决这个问题，很多纺织厂都不惜工本，花费大量的人力物力，采取了各种解决办法，最简单的方法就是人工挑拣异性纤维通称拣杂。人工挑拣异性纤维需要大量的场地，将原棉逐包拆开、撕扯，用手工一点一点拣杂，然后还要将拣过的原棉重新打包后使用。对于生产规模较大的纺织厂，需挑拣的棉包每天都有几十吨甚至近百吨，其难度可想而知了。另外人工挑拣的质量也很难保证。由于一般的纺织厂不具备轧花厂专用的打包机，只能使用废棉打包机重新打包打成的包比较松散，在使用过程中，特别是在产量很高的清梳联生产线上使用，抓包机的效率受到影响，整条生产线产量就会降低，影响了企业的效益2。另外，有的纺织企业采取了半机械化的拣杂方式，像国外巴基斯坦的纺织厂，先将原棉经抓包机开松后，由凝棉器输送至一条很长的水平帘子上，帘子上方有紫光灯照明，帘子两侧则有工人拣杂。由于抓棉机开松的效果与产量都较高，就相对节约了人力物力，显然是比纯人工拣杂又进了一步。尽管如此，拣杂的效果还不是十分理想3。1 异纤分离器相关现状和背景1.1课题提出背景棉花中存在的某些杂质在纺织过程中对产品的质量有很大的影响，如尼龙、塑料、毛发等，特别是无色透明的如塑料、丙纶等杂物，在后道工序中打碎纺织成布匹后，着色能力很差，大大阳氏成品质量。以往采用的手段是依靠大量人力的手工挑拣操作，但是人工操作因其质量不稳定，工人工作环境十分恶劣，劳动强度大和效率低下，所以人工清棉除杂的方法已远不能满足现代化高档棉纺织品竞争市场的需求。因此，如何高效 率地剔除棉花中的杂质越来越受到纺织厂家的关注。 目前世界上对清除异纤问题已有了比较完整的方法，使清除异纤问题得到很好的解决。主要方法是依靠现代化高科技技术，在开清棉工序安排了从原棉中清除异纤的设备。如德国特吕茨勒公司研制开发的高科技设备SCFO156，已在清除异纤问题上显示出很大的作用，其它像国内郑纺机、青纺机等开清棉也相继生产了清除原棉异纤的设备，印度的普瑞美公司也开发了类似产品。我们研发的棉花异纤分离器，结合国内外已有设备的技术特点，在机械结构和控制系统方面作了改进，使得产品的使用便捷，控制过程智能化，具有自适应功能。随着世界和中国纺织业的迅速发展，对纺织机械的需求越来越大，中国纺织机械行业发展面临着很好的机遇。我国纺机行业年销售额约为400亿元，行业平均利润率在5%左右。这就给我们创造了很大的空间。在国家大力提倡技术创新的背景下，技术含量高、生产效率高、可靠性高的产品将成为市场的主流。目前异纤分离机的价格普遍比较高，尤其是国外产品基本都在90万元以上。国内产品价格价格相对较低，但都在50万以上，而且除杂质量不可靠，除杂率较低，个别质量稍好可价格昂贵。基于此课题组前期研制了第一代棉花异纤分离器，成本低，质量好，除杂率高，以低廉的价格达到国外同类产品水平。1.2课题难点及意义纺织工业是国民经济的重要组成部分，为国家和社会创造了大量的物质财富。纺织品是人民生活中必不可少的，是关乎于民生的的大问题。为了提高纺织品的产量和质量，许多具有高新技术含量的设备、工艺和技术己经开始在全国各大纺织企业中得到应用，而且取得了巨大的经济和社会效益。 此次课题的意义可以从实际意义和使用前景两个方面说明: A.从工厂生产应用的角度来看，棉花中除杂是纺织品生产的初级阶段，棉花的质量直接关系到纺织品的质量，生产者对其十分重视。但现有的人工检测生产率低下，工人劳动强度大，工作环境恶劣，而购买国外检测设备价格又十分昂贵，所以自主开发该类检测设备具有经济和社会的双重意义。 B.从应用前景来看，计算机图像处理技术在工业检测方面的应用越来越多，已经逐渐成为一个趋势，市场巨大，应用前景非常广阔。高新设备和高新技术的使用有利于我们紧跟世界高科技的发展步伐。通过本课题，希望能够为其在其它更多领域中的使用和发展提供一点有益的启示。本课题的难点在于我国现有的异纤分离设备基本满足了棉花异纤分拣的需求，但在一些功能应用与检测的完善度上需要进一步开发，特别是大部分机器不便拆卸，造成棉道清洗时费工、费力、难以清洗，维护麻烦。而且杂质和废料长期得不到清洗会影响分离器分捡的准确性和效率。针对这一情况，研究出全自动棉道清洗器，便携废棉清空等装置，使得设备操作简单、维护方便。1.3棉花异纤分离系统的研究现状异性纤维对棉织品的重要影响得到了设备制造商的充分认识，德国等多个国家已经生产出用不同方法实现异性纤维检测的装置。以下介绍几种方案：采用把电子照相机装在水平放置的矩形管道的两边，对进入矩形管道的棉花流进行高速扫描。根据物体颜色、尺寸、几何形状、透明度和反射的异物，来判别异物是否存在。金属探测器和电子照相机检测出的异物，通过异物派出机构的板阀排入废料车中。如德国的特吕茨勒公司的SECUROMATSC。在机器中有一水平的原料输送矩形管道。原料从矩形管道的一侧进入检测区时，装于矩形管道两面的4组16个高频灯管发出的散射光照亮原料。同样装于矩形管两面的4 个极高速（每秒扫描1450线）、高分辨率（每行扫描2592个像素）的CCD线扫描照相机将经过的原料图像接受下来。由于灯管和照相机分别置于矩形管两面，所以原料两面的图像可被同时接收下来。计算机对记录下的图像进行分析，分辨出与原棉在颜色上和尺寸上不同的杂质。当含杂质的原料被气流输送到排杂区时，根据杂质所处的位置，相对应的喷嘴喷射出高压空气，将杂质吹入排杂箱中。如瑞士Loepfe公司的Cotton Sorter。采用图像传感器阵列检测、高速气阀阵列排除方式。原料自设备的上部进入有荧光灯照明的扁管中，从下部输出到下一台。在扁管两面的全部宽度上，各排列着一排图像传感器阵列。当原料经过图像传感器阵列时，计算机记录下经过原料的图像并进行分析，确定原料中杂质的位置。在杂质经过高速气阀阵列时被吹落排出。如意大利Loptex公司的Sorter。利用装于专用输送装置两侧的美国高速线扫描摄像机检测通过的棉花，将图像信号传至装有DSP的处理器中，经过特殊的算法处理，高性能清除装置用高压喷嘴将棉花中的异性纤维清除。该系统采用可见光图像识别与紫外线检测相结合的方法，可自动识别和清除有尼龙、塑料、麻线、皮草、碎布片以及无色透明或与棉花颜色接近的杂物。其最小分辨率小于1毫米，异性纤维的清除率在80%以上。如上海中纺宝达科技有限公司的ZYG-048棉花异性纤维自动检测清除系统。棉花经特殊风管，根据Free Flow原理均匀散布于1米的工作宽度上，其图像被前后两个速度超过每秒500万像素的彩色线性扫描摄像机精确的记录下来，与计算机中定义好的色彩范围进行对比、分析判断，然后利用六组独立运作的高压喷嘴将异性纤维排除至收集箱中。设备根据异性纤维的色相、饱和度和强度三大光学要素进行判断。异性纤维的在线捡出装置，从基本原理上来看，分为几大类型，一大类采用的是光学检测，即采用CCD高速彩色摄像机，对棉纤维进行扫描，扫描信号送计算机系统处理，发现异常时发出指令，驱动执行机构排除。这类产品如瑞士Jossi公司、德国特吕茨勒公司、台湾明正公司、国内大连贵友公司、北京经纬新技术公司等的异纤检出机，都基本上采用了此种探测方式。另一类是采用传感器来检测的，当光源照射在原料上，因不同的性质材料所反射的亮度不同，传感器就会判断那些是异性纤维而发出指令排除，国内恒久电器的公司、印度普瑞美公司等，都属于这种形式检测，这种形式还可以棉条或纱线的通道上检测。如乌斯特公司生产的UQC性电子清纱器，广泛应用新型的自动络筒机上，采用先进的电容传感器技术和微电子技术，通过中央处理器处理检测信号，在处理各种纱疵的同时，还具有异纤清除功能，据介绍异纤清除率高于85%以上。在成纱后进行最后一道把关。这种方式需要安装在每一台络筒机上，需要较高的投资。还有一类采用光电摄像，即采用光电二极管方阵光学扫描，经过特定的软件处理确定为异纤或异类杂质后，发出指令通过排除机构排除。因为异性纤维是指与原棉性质相异的化学纤维、丝、毛等，但从实际情况看，一些著名品牌的异纤在线检测清除装置，尤其是采用CCD高速摄像头作为主要检测头的，只能去除带色的纤维（包括棉及化纤），但对白色、透明的异性化纤根本检测不出来也无法去除5。1.4课题主要研究内容本课题的主要内容是研究现已成品的异纤分离器并针对现在有异纤分离装置中出现的一些问题进行研究和改善。在现有的异纤分离系统中，一些棉花流在检测过程中铺开面过大，造成CCD高速摄像头的摄像范围无法完全覆盖全部的棉花流，导致在检测过程中出现盲区，使一部分的棉花中的异色纤维无法完全被捡出，还得进行再次的人工分捡或二次分捡，浪费时间和精力。对这种状况，设计双面棉花分流机，即在机器内棉花流的两面加上一弧形装置，使两侧的不容易被摄像头摄像范围覆盖的棉流向中间靠拢，让棉流完全置于CCD高速摄像头的摄像范围中。以到更好的拣出效果。另一点就是在有的异纤分离器运行过程中，不可避免的会出现一些细小的纤维和杂质在被捡的过程中残留在棉道甚至残留在摄像头上，积累过多会造成棉流的流动不顺畅和影响CCD高速摄像头在检测过程中出现不应有的误差，从而造成整个捡出效果。针对这一情况，研发出全自动的棉道清洗和摄像头镜面的清洗装置，主要就是在棉道旁和摄像头旁边添加喷气装置，用喷出的高强度的气流达到清除棉道残留物质和保持摄像头镜面清洁的效果。在整个装置中，我们更创新的加入了一键式的操作方式，加强其自动化的运行过程，在按下开机按钮后，喷气装置自动喷气清洗棉道和其他地方一些残留物，然后开始这个异纤分离装置的运行。使整个装置更加的方便，快捷。2棉花异纤自动在线检出方法描述2.1方法描述棉花杂质自动在线检出方法是:由输送装置将片状棉花传送到CCD视场中，在照明下对感知的杂物信号进行数据处理，然后控制器控制喷嘴将杂物清除至药划勿收集箱，清洁的棉花被输送到后道工序7。其具体步骤如下:1) 棉花输入:将带有杂物的5-8厘米厚、60100厘米宽的扁平状棉花由输送装置以12m/s的速度传送到CCD视场中;2) 照明:由荧光灯管组成的照明系统透过安装在棉花通道上的透明玻璃对棉花被检测部位进行照明;3) 可见光检测:由CCD及光学镜头组成可见光检测装置，配合传送带定速传送棉花获取杂质二维图像信息;4) 信号数据处理:对采集到的光信号进行处理，确定闭值，超出阂值的定为杂物;5) 压力喷嘴除杂:由16个压力喷嘴组成4厘米间隔的线列，由控伟目器根据杂物的空间位置控制相对应的压力喷嘴将杂物喷除;6) 杂物输出:喷出的杂物被收集到杂物箱;7) 清洁棉花输出:清洁的棉花由管道输送到下道工序。2.2系统组成机器视觉（光学系统）主要用计算机来模拟人的视觉功能从客观事物的图像中提取信息，进行处理并加以理解，最终用于实际检测、测量和控制，即用摄像机和计算机等机器代替人眼从客观事物的图像中提取信息、进行处理并加以理解，最终用于对目标进行实际跟踪、识别、检测和控制等， 随着计算机、图像处理与识别、传感等技术的发展，机器视觉技术在工程应用中日益广泛和成熟。 该课题所服务的视觉技术的异性纤维检测系统的系统框图如图2-1所示。图2-1 异性纤维检测系统框图Fig.2-1 The system structure of foreign fiber detecting视觉光学系统主要包括照明光源、CCD摄像机两大核心部件。2.3系统硬件概述当前异纤分拣装置的按检测原理主要分3类：光电检测、超声波检测和CCD检测，本课题的使用CCD检测。在棉花通道的两侧放置两个CCD对高速运动的棉花进行视频采集，数字视频信号通过Camera Link协议标准传输到视频采集卡中，视频信号在采集卡内经过中继后，通过PCI总线传输给CPU,CPU执行编译好的在线分拣程序，识别棉花中是否含有杂质，经过计算准确的延迟时间后通知IO驱动卡执行相关电磁阀的动作，高压气体流过电磁阀，将含有杂质的棉花喷射到废棉通道8。系统整体设计方案如图2-2所示。图2-2 系统整体设计方案Fig.2-2 System design图2-3是本课题设计的设备在工厂中运行。图2-3 设备在工厂中的运行Fig.2-3 Device is running3 免维护方案的硬件设计 研究现有的异纤分离装置，在棉花异色纤维杂质的分离过程中，会出现一些如棉道有杂质残留，废棉不能完全清空等一些问题，这样就需要人工去进行清理，但整个机器难以拆卸，不便清理，即使清理也费时费力，同时也降低了这个异纤分离的效率，所以针对这些问题，添加一系列如双面棉花分流装置，自动棉道清洗器等硬件装置，做到整个异纤分离器的全自动和免维护功能。3.1双面棉花分流装置设计在现有的异纤分离系统中，一些棉花流在检测过程中铺开面过大，造成CCD高速摄像头的摄像范围无法完全覆盖全部的棉花流，导致在检测过程中出现盲区，使一部分的棉花中的异色纤维无法完全被捡出，影响了整个系统的检出率，还得进行再次的人工分捡或二次分捡，浪费时间和精力。针对这种状况，设计了双面棉花分流机，即在机器内棉花流的两面各加上一弧形装置，让棉流流入棉道后顺着导流装置流下去，缩小棉流的铺开面积，使两侧的不容易被摄像头摄像范围覆盖的棉流向中间靠拢，让棉流完全置于CCD高速摄像头的摄像范围中，以达到更好的拣出效果。棉花导流示意图如下：3-1双面棉花导流装置Fig.3-1 Double-sided cotton guiding device3.2自动棉道清洗器设计异纤分离器在运行过程中，不可避免的会出现一些细小的纤维和杂质在被捡的过程中残留在棉道中，积累过多会造成棉流的流动不顺畅，从而造成整个捡出效果。针对这一情况，研发出全自动的棉道清洗装置。就如我国一纺机企业，在以前的时候因为棉道残留的杂质问题影响了整个异纤捡出系统的捡出率，而在添加了自动棉道清洗器以后捡出率提高了百分之三十。3.2.1 自动棉道清洗器的原理这个全自动的棉道清洗器，主要就是在棉道旁边添加喷气装置，即压力喷嘴，用喷出的高强度的气流达到清除棉道残留物质的目的。当异纤分离器开始运行时，气囊里的气体通过添加的用于棉道清洗的喷嘴喷出，清除残留在棉道上的一些杂质或者丝状的，块状的残留棉花，然后侧方的喷嘴喷出的气流把这些被清理的废棉喷到废棉存放装置中。3.2.2 自动棉道清洗器的硬件添加首先要在机器内部合适位置添加喷嘴，并把喷嘴与这个喷气系统的气囊连接起来，通过电磁阀控制喷嘴的喷气，在添加过程中，先是加了两个喷气嘴，但通过实验发现，两个喷气嘴喷出的气流不稳定，无法做到准确的把杂质和废棉喷入废棉箱里，于是再经过思考和大量的实验，在棉道的四个角各添加一个喷气嘴，即在棉道里添加四个喷气装置，当异纤分离器开机以后，自动启动喷气装置，四个角喷出的气流比较稳定，可以把棉道里残留的杂质和遗留的废棉清除干净并集中在一起，然后再把这些杂志和废棉喷入废棉箱中，做到真正的棉道自动清洗。自动棉道清洗装置示意图如下：3-2自动棉道清洗装置Fig.3-2 Automatic word cotton cleaning device3.3自动摄像头清洗设计未经分拣的棉花都会带有一定的杂质和一些异色的纤维，异纤分离器在运行过程中，不可避免的会把这些细小的纤维和杂质在遗留在机器之中，而这些纤维和杂质可能会残留在CCD高速摄像头上，覆盖摄像头镜面，影响摄像头的检测效果。针对这一情况设计出了自动摄像头清洗装置。自动摄像头清洗器的设计原理与自动棉道清洗器的设计原理是差不多的，都是通过添加特殊的气囊和喷气装置来清除覆盖和残留在摄像头上的杂志及异色纤维。3.4 特殊喷嘴设计及废棉处理喷气系统是这个设计中最重要的一环，挑拣出的含有杂质、异色纤维的废棉需要喷到废棉处理箱里，同时全自动的棉道清洗装置和摄像头清洗装置的核心都是喷气系统。喷气系统的工作过程是:上位计算机如检测到杂质，经过软件延时以后，通过并口通知下位单片机杂质的位置，硬件电路驱动电磁阀，电磁阀得电后，储气罐中的压缩空气通过电磁阀从喷嘴喷出，气体正好喷射到快速下落的杂质上，使其改变方向后落入杂物存储罐内。（如下图所示） 整个过程要求延时时间准确、喷嘴的方向正确、气体的压力适中，如果任何一个环节有问题，都会对喷气效果有影响。3-3 喷嘴的设计和废棉处理示意图Fig.3-3 The nozzle of the design and the cotton waste treatment schemes杂物存储罐即废棉存放处，这个装置便于取放，整个异纤分离过程中所被喷出的废棉都被存放在这，达到一量时取出，把里面的杂质，废棉清空，再放回机器内。4 喷气系统设计4.1 喷气系统的组成喷气系统是棉花自动在线检出系统的子系统，它是由硬件电路、执行系统、和杂物存储罐组成的。其简图如图4-1所示。图4-1喷气系统示意图Fig.4-1 The jet system schemes喷气系统的工作过程是:上位计算机如检测到杂质，经过软件延时以后，通过并口通知下位单片机杂质的位置，硬件电路驱动电磁阀，电磁阀得电后，储气罐中的压缩空气通过电磁阀从喷嘴喷出，气体正好喷射到快速下落的杂质上，使其改变方向后落入杂物存储罐内。 整个过程要求延时时间准确、喷嘴的方向正确、气体的压力适中，如果任何一个环节有问题，都会对喷气效果有影响。4.1.1硬件电路的组成 这部分硬件电路的作用是接受上位机发出的指令，经过准确地延时后，再把指令发送给电磁阀。 上位机通过并口控制单片机控制电路，电路模块图如图4-2所示。其过程是:在设定延时时间和队列长度阶段，上位机从I/O卡通过并口线，发送延时时闻(B口)和队列长度(A口)到单片机的P1口和P0口上，然后计算机从I/O卡的C0口发送INT0;指令到单片机的P3.2引脚上后，单片机开始从P1和P0口取数并把它存入到单片机内存中;在正常检测阶段，上位机从I/O卡发送各电磁阀的状态指令(1或0)到单片机的P1口和P0口上，然后计算机从I/O卡C1，口发送INT1,指令到单片机的P3.3引脚上后，单片机开始从P1口和P0口取数并把它存入到单片机内存中，然后打开内部时间中断T0，开始延时。由于单片机输出只有一个8位的端口P2，在延时结束后，单片机分别发送片选信号(P3.0和P3.1)给两个8位的LS373锁存器)，进行锁存。然后单片机准备接收下一组数据，同时锁存器把数据发送给八个LS123(双稳态触发器)产生脉冲方波，用以控制十六个电磁阀。电路中电位器的作用是调节LS123产生脉冲的宽度，也就是调节对磁阀喷气的时间长短。图4-2 单片机控制电路模板Fig.4-2 Single-chip microcomputer control circuit templateI/O端口与单片机以及控制电路模块内元器件各管脚连接对应关系，如表4-1所示。表4-1管脚对应关系表Tap.4-1 Tube feet corresponding relation between tableI/OMCS51MCS51LS373LS123电位器电磁阀1392118-19C0-10-12A3702382217-16C0-2-4A3613372314-15A-10-12A2824362413-12A-2-4A273535258-9AA-10-12A354634267-6AA-2-4A345733274-50-10-12A266832283-20-2-4A337912118-19E-10-12A4181022217-16E-2-4A4091132314-15C-10-12A3210124248-9C-2-4A3111135257-6A0-10-12A3912146264-5A0-2-4A3813157273-2B0-10-12A301416828B0-2-4A29151712地1813+24V21152216231725,26地4.1.2执行系统执行系统的作用是把带有杂质的棉花从通道内准确地吹进杂物存储罐内。它是由喷嘴、电磁阀以及压缩空气系统组成的。喷嘴是与水平方向成5度角放置的，这样做的目的是让下落的棉花有一个向上的加速度，能够更准确地落入杂物存储罐内。电磁阀选用的是美国MAC, 24V两位三通高频电磁阀，它能够很快地响应单片机的指令。压缩空气系统由洁净气源、储气罐、减压阀、气管等组成。4.2喷气延时时间与队列长度的设定4.2.1 51系列单片机简介 1) 51系列单片机简介我们试验用的单片机是Philip公司的89C51单片机，Philip公司的51系列单片机和MCS-51几乎完全一样，只在某些功能上比Intel公司的更强一些，我们就用MCS-51代替89C51阐述一下51系列单片机的特性。 MCS-51系列单片机是Intel公司1980年推出的8位高档机，和MCS-48系列相比，MCS-51无论在CPU功能还是存储容量以及特殊功能部件性能上都要高出一筹。典型产品为8051，其内部资源分配和性能如下:8位CPU，寻址能力达2*64K;4K的ROM,128字节RAM;四个8位I/0接口电路;一个串行全双工异步接口;五个中断源和两个中断优先级。 2)MCS-51单片机内部结构 A存储器结构 a.片内ROM存储器 8031内部没有ROM存储器，只有8051才有4KBROM存储器，地址范围为 OOOOH-OFFFH。无论8031还是8051，都可以外接外部ROM，但片内和片外之和不能超过64KB。8051有64KBROM的寻址区，其中OOOOH-OFFFH的4KB地址区可以为片内ROM和片外ROM公用，IOOOH-FFFFH的64KB的地址区为片外ROM所专用。在OOOOH-OFFFH的4KB地址区，片内ROM可以占用，片外ROM也可以占用，但不能为两者同时占用。 b.片内RAM存储器 RAM存储器主要用来存放数据，故它又称为数据存储器。MCS-51的RAM存储器有片内和片外之分:片内RAM共128个，地址范围为OOH-7FH;片外RAM共有64KB，地址范围为OOOOH-FFFF。因此，MCS-51RAM的实际存储容量是超过64KB的。 B.并行I/O端口 8051有四个并行I/O端口，分别命名为P0、P1、P2和P3，在这四个并行I/O端口中，每个端口都有双向I/O功能。每个I/O端口内部都有一个八位数据输出锁存器和一个8位数据输入缓冲器，四个数据输入锁存器和端口号P0、P1、P2和P3同名，皆为特殊功能寄存器SFR中的一个。因此，CPU数据从并行I/O端口输出时可以得到锁存,数据输入时可以得到缓冲。C.定时器了计数器8051内部有两个16位可编程序的定时器/计数器，命名为T0和T1, T0有两个八位寄存器TH0和TL0拼装而成，其中TH0为高八位和TL0为低八位。和T0类同，T1,也有TH1和TL1拼装而成，其中TH1为高八位和TL1为低八位。TH0、TL0, TH1和TL1均为SFR特殊功能寄存器中的一个，用户可以通过指令对它们存取数据。因此，T0和T1得最大计数模值为216-1既需要65535个脉冲才能把创门从全 “0”，变为全 “1”。 D.中断系统 8051共可处理五个中断源发出的中断请求，可以对五个中断请求信号进行排队和控制，并响应其中优先权最高的中断请求。8051的五个中断源有内部和外部之分:外部中断源有两个，通常指外部设备;内部中断有三个，两个定时器计数器中断源和一个串行口中断源。 4.2.2系统延时时间计算 上位机程序每采集一祯就对数据进行一次处理，判断其中是否存在杂质，以及杂质的位置。采集卡采集速率为3000线/秒，一祯图像由16线组成，那么采集一线图像所用时间为1/3000秒，采集一祯图像所用时间为1/3000*165.3ms;棉花运动速度为12米/秒，一祯图像所扫描的距离为12*5.364mm。一般情况下，电器元件都有延迟动作的现象，在本例中，有延迟现象的器件主要为光藕和电磁阀，大致延迟时间分别为8ms和l0ms，在这期间棉花的行程分别为96mm和120mm。CCD视场到喷嘴距离为280mm。图4-3为系统的延时时间示意图。图4-3 延时时间示意图Fig.4-3 Delay time schemes由图4-3中所示，设带有杂质的长度为80mm的棉花(实际情况中棉花的大小大致如此)进入CCD视场，由以上计算可知棉花运动280mm用时23ms，棉花下落大约5ms后发喷气指令，软件延时(延时时间送到单片机进行延时)lms后发送指令，经过光藕和电磁阀延时18ms后，电磁阀动作压缩空气正好喷在棉花的中部。所以我们所能控制的延时时间只能在lms以内。 4.2.3单片机延时时间设定 单片机的延时由其内部定时器计数器设定。MCS-51内部带有二进制16位的定时器/计数器，8031/8051有两个这样的定时器/计数器。MCS-51内部定时器/计数器可以分为定时模式和计数模式两种。在这两种模式下，又可单独设定为方式0、方式1、方式2、和方式3工作。本例应用定时器计数器中的定时功能。 在定时模式下，计数器由单片机主频脉冲经12分频后计数.因此，定时器定时时间T的计算公式为: T=(M-TC)T计数 (4.1)该式也可以写成: TC=M-T/T计数 (4.2)式中M为模值，和定时器的工作方式有关; T计数是单片机时钟周期TCLK(CLK的倒数)的12倍，TC为定时器的定时初值。 在式 (4.1)中，若设TC=0，则定时器定时时间为最大。由于M的值和定时器工作方式有关，因此不同工作方式下定时器的最大定时时间也不一样。例如:若设单片机主频脉冲频率CLK为12MHz，则最大定时时间为:方式0时 Tmax=213*1s=8.192ms方式1时 Tmax=216*1s=65.536ms方式2和3时 Tmax=28*1s=0.256ms显而易见，要想达到lms的延时时间，就只能选择方式0或者方式1。本例选择定时器工作在方式0。4.2.4单片机队列长度设定 队列设置的初始目的是:在第n次喷气指令延时时间内，有第n+l次喷气指令到来，为了不使第n次的值被冲掉，就需要设置一个队列，来存储数据。但在研究过程中，发现上位机程序两次喷气指令之间的时间间隔为5.3ms，这个时间要远远大于延时时间，也就是说不存在当前正在延时的喷气指令被冲掉的可能性。所以在实际中，就把队列长度设为1。4.3喷气试验效果统计 我们从纺织厂检出的杂质中挑出具有代表性的、具有不同面积、不同类型的3种杂质，来进行喷气试验。它们分别是0.5*0.5平方厘米的蓝色棉布，2*2平方厘米的白色塑料布，以及5*5平方厘米的的深色棉花。进行试验的思路是:先对大块杂质作喷气试验，找出大致合适的喷气压力，然后通过对气压和延时时间进行微调、以及对喷嘴数量进行调整 (当杂质通过时，一次开启电磁阀的数量)，以期望找到一个最佳的方案，也就是喷气准确率最高的方案。我们经过大量试验，确定了这几种杂质的喷气方案。表4-2表4-5分别是在不同试验条件下，不同杂质分别进行100次喷气试验的喷出次数。表4-2延时时间=1ms,喷嘴数量=1杂质类型 气缸压力（kgf）蓝布塑料布棉花68257071029658163349表4-3延时时间=1ms，喷嘴数量=2杂质类型 气缸压力（kgf）蓝布塑料布棉花610288871431728123754表4-4 延时时间=1/64ms,喷嘴数量=2杂质类型 气缸压力（kgf）蓝布塑料布棉花689445787407893342表4-5 延时时间=1/16ms,喷嘴数量=2杂质类型 气缸压力（kgf）蓝布塑料布棉花651815674986598457841从以上表中我们可以清楚的看出：1）棉布和塑料布这种质密型材料的喷气准确性对气体压力不敏感，而棉花由于质地疏松，气体压力增大，喷出率降低，这是由于压力高的气体把棉花喷成了碎末;2)两个电磁阀同时动作的准确率明显高于一个的，但是同时动作的电磁阀数目也不能过多了，因为每个电磁阀控制4厘米的范围，如果电磁阀数目增加势必导致把更多的洁净棉花也喷进杂物箱内;3)各种不同大小的杂质的延时时间各不相同。 我们所确定喷气方案为:喷嘴的数量以两个为益:气体压力由于在检测过程中不能动态的改变，我们就取气体压力为6kgf；在上位机程序里根据杂质不同的大小设置区间，每个区间有不同的延时时间。 4.4 小结 在本章中我们首先给出了喷气系统的组成情况，它是由硬件电路、执行系统、和杂物存储罐组成的。其次分析了各部分的功能及组成。再次计算了单片机程序中两个重要的参数延时时间和队列长度。最后通过实验确定了具体的喷气方案，并检验了喷气效果。从试验数据中我们可以看出对单一杂质喷气准确率达到了80%以上.同时我们也看到了不同尺寸的杂质喷气的延时时间不同，这就要求在以后的研究中，在上位程序内增加能够计算杂质大小的模块，并且经过大量的实验给出各个尺寸范围内喷气的延时时间。5 程序的编制和软件的应用本课题的很大一部分工作量体现在在线检出系统的软件设计、编制和功能实现上。尤其是和硬件相关的编程由于只有较少的经验和示例可以借鉴，经过了一个长时间的反复摸索和调试的过程。5.1软件开发工具简介本次课题系统开发和算法研究的工具主要使用了Microsoft公司Visual C+6.0用它来作为开发工具是考虑到图像处理计算量大，而留给图像处理的时间有限，而C+语言是现今公认的最快的语言之一，在稳定性、高效性、运行时间等方面有着巨大的优势。但缺点是开发周期较长。Visual C+6.0是非常强大的C+语言开发平台之一。它简化了windows应用程序的编写，具有很好的Microsoft Foundation Class(MFC)支持，是基于对象的编程语言，非常适合系统较底层功能得实现，尤其和硬件相关的程序中Visual C+6.0编制是非常适合的。5.2 综述图5-1系统外观图Fig.5-1 System appearance figure硬件系统(如图5-1所示)搭建完毕调试以后，图像处理程序的编制就成为工作的重点。本系统的相机、采集卡都支持Visual C+6.0语言环境。由于图像卡和相机都为进口件，说明书皆为英文，在如何对它们进行混合编程上做了大量的工作。基本思路是，相机被触发后消息经过数据采集卡被传送到主控制机，相应处理程序马上启动运行，对传来的触发信号进行判断，根据判断结果进行选择操作，并将处理结果经过并口程序传至处理系统。程序总体结构如图5-2所示。开始启动摄像机开始采集是否自学习？自学习检测丝状杂质检测块状杂质检测是否有杂质喷气图5-2程序总体结构图Fig.5-2 Program overall structure5.3系统软件说明应用程序经过了许多次的改动，它主要有摄像机监测、自学习、检测、喷气统计、和事件记录几个功能。程序主界面如图5-3所示。图5-3 程序主界面Fig.5-3 Main Interface of program应用软件的主界面是由控制菜单、实时视频窗口和硬件运行状态3个部分组成。所有的操作都利用控制菜单中相应的按钮完成，其中设备启动/停止控制在线分拣的运行与停止，单击相机校正按钮将弹出光路校正对话框。单击系统自检按钮，计算机将对所有连接在自己身上的硬件设备进行检测，看设备连接是否完好。通过调用相关API函数就可以完成自检工作。自检信息将显示在硬件运行状态组合框中。主要有摄像头的连接，采集卡的连接以及驱动卡的连接等。单击参数设定，将弹出参数设定对话框。实时视频窗口显示两个摄像头的实时采集的数据，通过这个窗口可以观测CCD捕获区域的现场情况，比如是否存在棉花挂花，镜头定位是否存在严重偏移，CCD空间校正是否合理等。硬件运行状态可以实时向用户传达系统信息，包括系统自检，白平衡调整，电磁阀开启超时和超限的统计等信息。5.4其他功能应用软件除了最重要的几部分以外，还有一些功能性的设计。 1一键式操作我们根据客户要求设备操作简便的要求，将设备做成开机自启动。实现机理是设置Windows注册表开机启动项，通过RegSetValueEx函数进行开机启动注册。软件启动后，程序自动运行在线异纤分拣程序。客户每次启动设备时，只需要按一下机箱上的启动按钮就可以实现一键式操作，简化了设备的操作复杂度。2 系统开机自检不只是在软件主界面提供了手动系统自检功能。为了提高设备运行的可靠性，我们在软件分拣开始之前都对连接在计算机上的所有硬件做一次自动检测。这样如果发现存在硬件异常，将停止分拣的执行，并且在主界面的硬件运行状态组合框中显示出来，提示用户。3 设备温度测量由于纺纱厂车间温度较高，夏天温度高达40度以上。而设备的密封性又很好，造成设备内部温度非常高，有可能会影响到CPU的正常工作。所以我们为了配合通风效果的检测，在硬件运行状态中增加了CPU和CCD的温度检测功能，通过调用Windows的API函数和CCD的关于温度读取的二进制指令分别实现。4 设备运行记录显示包括设备运行次数，每个电磁阀的动作频率，电磁阀开启超时的次数和超量的次数，当前自适应阈值的数值等实时运行记录。我们将