圖像識(shí)別-課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、 電子儀器課程設(shè)計(jì) 課題名稱(chēng)： 鋼坯識(shí)別觸發(fā)智能控制 學(xué)生學(xué)號(hào)： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 10電信 01 班 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 洪 漢 玉 學(xué)生成績(jī): 鋼坯識(shí)別觸發(fā)智能控制摘要：結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際需要，研究和解決鋼坯流程控制具有重要實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值。為解決生產(chǎn)線(xiàn)上鋼坯光電檢測(cè)與識(shí)別問(wèn)題，我們采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)解決方案，利用現(xiàn)代光電傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)鋼坯的到位檢測(cè)和鋼坯圖像的觸發(fā)采集；采用先進(jìn)的圖像處理和分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線(xiàn)運(yùn)動(dòng)鋼坯的自動(dòng)定位和識(shí)別；采用電路抗干擾技術(shù)，實(shí)現(xiàn)軋機(jī)生產(chǎn)線(xiàn)的全自動(dòng)控制和全天候工作。我們研制的鋼坯識(shí)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(cè)、鋼坯號(hào)的自動(dòng)識(shí)別、系統(tǒng)的穩(wěn)定性及抗

2、干擾電路。針對(duì)實(shí)驗(yàn)中所出現(xiàn)的振動(dòng)、虛警、噪聲等干擾問(wèn)題做了深入的理論分析。大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鋼坯到位光電觸發(fā)控制正確率為100%，鋼坯號(hào)識(shí)別正確率達(dá)95%以上，實(shí)驗(yàn)效果令人滿(mǎn)意。關(guān)鍵字：鋼坯到位檢測(cè)，光電觸發(fā)，鋼坯識(shí)別，抗干擾技術(shù)。一、概述 我國(guó)大型鋼鐵企業(yè)以及大型軋鋼廠的鋼坯號(hào)的識(shí)別主要靠人工來(lái)完成，在生產(chǎn)線(xiàn)上還未見(jiàn)鋼坯號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，嚴(yán)重影響鋼坯生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化、智能化水平。因此，結(jié)合武鋼軋鋼生產(chǎn)線(xiàn)鋼坯號(hào)檢測(cè)及自動(dòng)識(shí)別的需求，我們主要主要研光電控制系統(tǒng)。在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化的目標(biāo)，智能化生產(chǎn)也就成了大多企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。我們的鋼坯識(shí)

3、別光電控制系統(tǒng)，解決了武鋼重軌生產(chǎn)線(xiàn)以前鋼坯號(hào)的人工記錄所帶來(lái)的勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗時(shí)耗力、生產(chǎn)效率低、資源浪費(fèi)等困難，提高我國(guó)鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化和智能化水平。鋼坯識(shí)別光電控制系統(tǒng)性能的一個(gè)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(zhǔn)確地獲取到鋼坯端面字符信息的控制信號(hào)。我們知道，很多傳感器都可以很好地獲取到各種檢測(cè)信號(hào)，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(jì)思想，被控對(duì)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(shí)別光電控制系統(tǒng)組成如下： 圖1-0： 鋼坯識(shí)別光電控制系統(tǒng)組成二、鋼坯到位信息的光電檢測(cè)鋼坯到位檢測(cè)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(shuō)明 光電傳感器是指把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。E3Z-T61A 2M為歐姆龍生產(chǎn)的通用對(duì)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(hù)、輸出保護(hù)電路等特點(diǎn)，工作穩(wěn)定可靠。表1 E3Z-T61A性能參數(shù)檢測(cè)方式形狀連接方式檢測(cè)距離型號(hào)對(duì)射型導(dǎo)線(xiàn)引出型10mNPN輸出最小檢測(cè)物體光源消耗電流響應(yīng)時(shí)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(dòng)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(duì)

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(shí)間圖：圖2-3 E3Z-T61A工作時(shí)間圖E3Z-T61A常態(tài)（入光）時(shí)，動(dòng)作指示燈亮，負(fù)載動(dòng)作，輸出為高電平；遮光時(shí)，動(dòng)作指示燈滅，負(fù)載復(fù)位，輸出為低電平。2.2 控制器設(shè)計(jì)我們所設(shè)計(jì)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(hào)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(shuō)明LM7805是一個(gè)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(hào)，則輸出端2則輸出5V的穩(wěn)定直流電壓信號(hào)，公共端引腳為3。用它來(lái)設(shè)計(jì)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(dòng)而造成的虛警問(wèn)題，很好的解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境所造成的嚴(yán)重干擾問(wèn)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(jì)圖2-7 橋式整流濾波電路2.3 工業(yè)攝像頭工作特性說(shuō)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(dòng)快門(mén)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(hù)可通過(guò)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(hào)視為無(wú)效)T1：觸發(fā)到閃光信號(hào)的延遲T2：閃光燈信號(hào)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(lái)調(diào)節(jié)最佳曝光位置)T5：內(nèi)部觸發(fā)信號(hào)，固定為160us脈沖N：?jiǎn)未斡脩?hù)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(jī)工作時(shí)間圖 2.3.2 接口定義：管腳定義方向說(shuō)明1RET-電源地2+12V輸入+12V輸入500mA3閃光燈輸出TTL信號(hào)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(shí)別光電控制系統(tǒng)接線(xiàn)電

8、路圖圖2-10 控制器基本電路圖由于生產(chǎn)線(xiàn)選用單片機(jī)來(lái)作為抖動(dòng)去除，操作簡(jiǎn)單，效果明顯，性?xún)r(jià)比高三、系統(tǒng)的穩(wěn)定性及抗干擾問(wèn)題由于鋼坯是運(yùn)動(dòng)的，所以我們利用光電觸發(fā)方式來(lái)拍攝鋼坯圖像，環(huán)境復(fù)雜及重型機(jī)械振動(dòng)，在識(shí)別過(guò)程中會(huì)隨時(shí)出現(xiàn)一些假觸發(fā)現(xiàn)象如圖3-1所示，導(dǎo)致光電控制器發(fā)出錯(cuò)誤指令，嚴(yán)重干擾識(shí)別系統(tǒng)的工作。所以，必須要解決干擾問(wèn)題，這種問(wèn)題如果不解決好，會(huì)對(duì)鋼坯號(hào)識(shí)別過(guò)程帶來(lái)麻煩，所以我們?cè)O(shè)計(jì)電路要具有穩(wěn)定性，能消除虛警；同時(shí)，電路對(duì)電壓的穩(wěn)定性要求比高。 圖3-1 光電開(kāi)關(guān)觸發(fā)時(shí)間圖考慮到，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)可能存在上述不穩(wěn)定的情況，所以我們?cè)O(shè)計(jì)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(shí)間變化的脈動(dòng)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(huì)隨交流電網(wǎng)電壓的波動(dòng)或負(fù)載的變動(dòng)而變化。為了解決這樣的波動(dòng)問(wèn)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(shí)際輸出波形圖從圖上可以看出，當(dāng)脈沖的寬

10、度不夠時(shí)（即為雜波，或者抖動(dòng)），輸出波形保持不變，但是當(dāng)脈沖寬度超過(guò)一定寬度（此時(shí)設(shè)置為5S），輸出信號(hào)會(huì)自動(dòng)輸出觸發(fā)信號(hào)（下降沿）；由于仿真的采樣頻率過(guò)低，導(dǎo)致仿真效果不算特別理想，但是程序能夠滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)中的要求。程序代碼設(shè)計(jì)（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(chǎng)）系統(tǒng)整個(gè)流程為：在鋼坯運(yùn)動(dòng)軌道兩邊的恰當(dāng)位置安裝紅光對(duì)射型光電傳感器，給光電開(kāi)關(guān)供電，光電開(kāi)關(guān)持續(xù)輸出常態(tài)高電平。當(dāng)鋼坯在軌道上運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)時(shí)，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(hào)，光電傳感器輸出一個(gè)下降沿觸發(fā)信號(hào)。CCD相機(jī)接收到觸發(fā)信號(hào)，攝取鋼坯端面圖像。最后識(shí)別鋼坯號(hào)。針對(duì)實(shí)驗(yàn)中所出現(xiàn)的振動(dòng)

12、、虛警、噪聲等干擾問(wèn)題做了深入分析，我們對(duì)光電控制器進(jìn)行多次改進(jìn)，并且多次到武鋼重軌生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。大量的鋼坯光電觸發(fā)識(shí)別實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鋼坯到位光電觸發(fā)控制準(zhǔn)確率為100%，鋼坯號(hào)識(shí)別正確率達(dá)95%以上，實(shí)驗(yàn)效果滿(mǎn)意。四、體會(huì) 對(duì)現(xiàn)實(shí)事物的設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過(guò)這次設(shè)計(jì)使我明白了自己原來(lái)知識(shí)還比較欠缺。這個(gè)設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多東西，涉及到方方面面的知識(shí)，在這整個(gè)過(guò)程中我們查閱了大量的資料，得到了老師和同學(xué)的幫助，我在此對(duì)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(lái)，一步一個(gè)腳印的去完成才行。這學(xué)期我們學(xué)習(xí)了數(shù)字圖像處理這門(mén)課程，在這個(gè)課程設(shè)計(jì)中應(yīng)用到了很多其中的知識(shí)。理論只有應(yīng)用到實(shí)際中才能學(xué)著更有意義。學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。此外，還得出一個(gè)結(jié)論：知識(shí)必須通過(guò)應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會(huì)了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)