色標(biāo)檢測(cè)技術(shù)的研究

色標(biāo)檢測(cè)技術(shù)的研究

色標(biāo)傳感器的選用隨著國(guó)內(nèi)食品、藥品和食品軟包的快速發(fā)展，顏色傳感器的需求與日本相比急劇增加。然而,在很多包裝、印刷機(jī)械的自控系統(tǒng)中,尤其是精度、響應(yīng)速度、可靠性要求較高的場(chǎng)合,傳統(tǒng)的傳感器已不能滿足需求,而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)又缺乏相對(duì)高端的色標(biāo)傳感器,這些行業(yè)只能耗費(fèi)巨資采購(gòu)進(jìn)口產(chǎn)品。因此,研制精度高、可靠性好、防護(hù)等級(jí)優(yōu)良、調(diào)節(jié)靈活、價(jià)格適中的具有國(guó)內(nèi)自主產(chǎn)權(quán)的智能型色標(biāo)傳感器具有重要意義。1材料的光度特性光度學(xué)或?qū)Ρ榷?Contrast)測(cè)量法,就是采用光度學(xué)方法探測(cè)色標(biāo)和背景的反射光強(qiáng)差,然后加以區(qū)分。在光度學(xué)中,材料的光度特性是指材料對(duì)入射到其表面的光的反射、吸收、透射、漫射或受光照后激發(fā)出其他波長(zhǎng)的光等的特性。材料的光度特性跟入射光的波長(zhǎng)、入射方向、入射功率、偏振態(tài)有關(guān),跟材料的材質(zhì)、厚度、表面狀態(tài)(干濕、粗糙程度)、顏色有關(guān),跟測(cè)量的位置、方向有關(guān),還跟環(huán)境溫度等因素有關(guān)。色標(biāo)檢測(cè)的原理可以概括為:發(fā)出強(qiáng)度一致的同一色光(或白光)到被測(cè)物面并接收其漫反射,根據(jù)該漫反射光強(qiáng)與事先設(shè)定的參考量是否一致來(lái)分辨不同的物面。2智能型色標(biāo)傳感器系統(tǒng)智能型色標(biāo)傳感器的硬件包括3個(gè)部分:(1)電源。包括外部10～30V(DC)輸入電源到傳感器所需工作電壓的轉(zhuǎn)換、輸出驅(qū)動(dòng)與保護(hù)等。(2)模擬信號(hào)調(diào)制與解調(diào)。包括光源調(diào)制、光電轉(zhuǎn)換、前置放大、帶通濾波、相關(guān)器、電平平移等。(3)單片機(jī)系統(tǒng)。包括調(diào)制與解調(diào)參考方波產(chǎn)生、按鍵與指示燈、輸出控制、AD與DA轉(zhuǎn)換、二值化、通信等電路。圖1給出了智能型色標(biāo)傳感器系統(tǒng)框圖。這里,為了提高檢測(cè)的速度,色標(biāo)的二值化由單片機(jī)內(nèi)部的模擬比較器來(lái)實(shí)現(xiàn),其中比較器負(fù)相端為色標(biāo)閾值,與D/A的輸出端相連。這樣,就不必用單片機(jī)的A/D對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣和判斷,大大提高了檢測(cè)的速度,同時(shí)也節(jié)省了CPU的運(yùn)算開(kāi)銷,讓CPU有更多的時(shí)間來(lái)處理其他諸如按鍵、消隱、通信控制等事件。3a提取參數(shù)動(dòng)態(tài)軟件部分分為以下幾個(gè)部分:(1)初始化。包括:I/O端口初始化;定時(shí)器0和1初始化,并設(shè)置好相位差,用以產(chǎn)生頻率一致、相位穩(wěn)定的兩路方波信號(hào);實(shí)時(shí)時(shí)鐘初始化;看門(mén)狗、串口、模擬比較器的初始化;上電方式檢測(cè);變量的初始化;ADC/DAC初始化;運(yùn)行參數(shù)的裝載。(2)按鍵檢測(cè)及指示燈控制。包括4個(gè)按鍵、4種擊鍵方式(單擊、雙擊、長(zhǎng)按、連擊)、3種示教方式(靜態(tài),動(dòng)態(tài),遠(yuǎn)程)、1個(gè)設(shè)置模式的檢測(cè)及相應(yīng)指示燈的控制。(3)比較判斷與輸出控制。在比較判斷中,判斷輸入模擬量和閾值的大小關(guān)系,并根據(jù)設(shè)定的亮動(dòng)/暗動(dòng)、OFF延時(shí)、消隱情況來(lái)控制輸出驅(qū)動(dòng)管的導(dǎo)通、截止?fàn)顟B(tài)。(4)非易失性參數(shù)存取。利用IAP對(duì)Flash進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存、讀取、校驗(yàn)等。(5)漂移檢測(cè)、補(bǔ)償。通過(guò)軟件的方式來(lái)檢測(cè)輸入模擬信號(hào)的漂移量,對(duì)閾值進(jìn)行補(bǔ)償。(6)串口通信。主要是調(diào)試命令解釋與執(zhí)行。3.1ctheneshold-價(jià)閾值控制程序用于對(duì)靜態(tài)2點(diǎn)示教和動(dòng)態(tài)示教時(shí)采樣得到的色標(biāo)值、背景值進(jìn)行判斷,看對(duì)比度是否大于最小檢測(cè)條件(CONTRAST-MIN),若滿足最低檢測(cè)條件,則計(jì)算色標(biāo)值與背景值的中點(diǎn)為閾值。子程序代碼如下:bitTeach(void)//示教子程序,示教成功返回1,否則返回0{ucharcTemp;bitbIsOK;//示教if(cBackground-Value>cColorMark-Value)//白底上的色標(biāo){cContrast-Value=cBackground-Value-cColorMark-Value;cTemp=cColorMark-Value+(cContrast-Value/2);}else//黑底上的色標(biāo){cContrast-Value=cColorMark-Value-cBackground-Value;cTemp=cBackground-Value+(cContrast-Value/2);}if(cContrast-Value>=CONTRAST-MIN)//表示可以分辨,則改變cThreshold-Value{cThreshold-Value=cTemp;bIsOK=1;//示教結(jié)果標(biāo)記為1}else//不可分辨,則不改變cThreshold-Value{bIsOK=0;//示教結(jié)果標(biāo)記為0}returnbIsOK;}3.2義fps.LPC900系列單片機(jī)提供了對(duì)Flash內(nèi)存進(jìn)行“應(yīng)用中編程(IAP)”的方法(IAP-Lite),本文利用該功能將非易失數(shù)據(jù)保存在Flash中,從而無(wú)需外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(EEPROM)。以單字節(jié)IAP為例給出程序代碼(FLASH-WriteByte函數(shù))如下,多字節(jié)連續(xù)編程類似。/*定義FLASH控制命令字*/#defineLOAD0x00/*加載數(shù)據(jù)*/#definePROG0x48/*編程*/#defineERS-PROG0x68/*擦除編程*/bitFLASH-WriteByte(uint8code*addr,uint8dat){bitbEA;bitbIsOK;FMCON=LOAD;//設(shè)置加載數(shù)據(jù)命令FMADRH=((unsignedchar)(((unsignedint)(addr))?8));//設(shè)置寫(xiě)入地址FMADRL=((unsignedchar)(addr));FMDATA=dat;//轉(zhuǎn)載待寫(xiě)入數(shù)據(jù)到緩沖寄存器bEA=EA;//暫存EA值EA=0;//關(guān)總中斷.注意:如果在IAP過(guò)程中有中斷產(chǎn)生,IAP操作將終止FMCON=ERS-PROG;//擦除編程EA=bEA;//恢復(fù)EA值bIsOK=((FMCON&0x0F)==0x00);returnbIsOK;}4光干擾的消除干擾源、干擾耦合通路以及敏感設(shè)備是構(gòu)成電磁干擾必備的3個(gè)要素。抑制干擾源、阻斷耦合以及提高敏感設(shè)備的抗擾閾值是解決電磁兼容問(wèn)題的根本措施。干擾耦合的機(jī)制包括傳導(dǎo)耦合和輻射,對(duì)于本文而言,其中的輻射還包括了背景光的干擾。為了提高色標(biāo)傳感器的抗干擾能力,考慮以下幾個(gè)方面:(1)器件選型上,選擇噪聲容限高的器件,在封裝形式上盡可能選用抗干擾能力強(qiáng)、體積小的貼片封裝。(2)在集成芯片的電源和地兩端增加旁路電容和去耦電容。(3)線路板的合理布局和布線,包括良好的接地。(4)軟件上,通過(guò)看門(mén)狗防止程序“跑飛”,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行范圍測(cè)試,數(shù)據(jù)校驗(yàn),數(shù)字濾波等。(5)光干擾的抑制。主要有2類方法:①光學(xué)方法,如,設(shè)計(jì)光學(xué)透鏡系統(tǒng)使接收器只對(duì)特定范圍內(nèi)的光線敏感,用濾光鏡濾除雜光,采用偏振光等;②電路方法,如,采用調(diào)制光源并在電路上采用相干檢測(cè),通過(guò)電路濾波濾除干擾光引起的電信號(hào)等。5色標(biāo)傳感技術(shù)本文所設(shè)計(jì)的色標(biāo)傳感器達(dá)到了32級(jí)灰度檢測(cè)、4.5μs的重復(fù)精度、10kHz的開(kāi)關(guān)頻率,