導(dǎo)語(yǔ)：小議擠壓機(jī)擠壓中心監(jiān)測(cè)系統(tǒng)攝像機(jī)控制器設(shè)計(jì)探究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:根據(jù)125MN擠壓機(jī)擠壓中心監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中多路USB接口攝像機(jī)進(jìn)行圖像采集的特點(diǎn),結(jié)合USB接口攝像機(jī)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程圖像采集存在的不足,以VisualC++6·0為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái),設(shè)計(jì)了一種基于微處理器的串行通信方式的攝像機(jī)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)擠壓機(jī)監(jiān)測(cè)攝像機(jī)的遠(yuǎn)距離有序接入上位機(jī)。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行表明該系統(tǒng)達(dá)到了中心監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞:串行通信;USB;單片機(jī);數(shù)字?jǐn)z像機(jī);VC++

Abstract:Accordingtothefeaturesofusingmulti-channelUSBinterfacecameratocollectimagefor125MNextruderextrusioncentermonitoringsystem,withtheshortcomingsofUSBinterfacecameraintheindustrialsceneremoteimagecollection,takingVisualC++6·0assoftwaredevelopmentplatform,amicroprocessorbasedserialcommuni-cationsmethodscameracontrolsystemwasdesignedforrealizingtheextrusionmachinemonitoringcamerasremotelyandorderlyaccesstoupperPC.Theequipmentactualrunningatthesceneshowsthatthecameracontrolsystemhasmetthedesignrequirementsofcentralmonitoringsystem.

Keywords:serialcommunication;USB;MCU;digitalcamera;VC++

1引言125MN擠壓機(jī)是我國(guó)目前在運(yùn)行的最大噸位雙動(dòng)擠壓機(jī)(水壓機(jī))[1],設(shè)備運(yùn)行近40論文年,為我國(guó)國(guó)防工業(yè)及重型機(jī)械制造業(yè)發(fā)揮了巨大的作用。擠壓機(jī)自投產(chǎn)以來(lái),一直高強(qiáng)度滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),機(jī)體磨損嚴(yán)重,造成擠壓機(jī)擠壓中心不對(duì)中。以往在調(diào)整擠壓中心的過(guò)程中,是通過(guò)人工反復(fù)測(cè)量,計(jì)算擠壓機(jī)各部位的偏差,然后通過(guò)調(diào)整墊片來(lái)完成擠壓機(jī)調(diào)整對(duì)中,或者通過(guò)觀察試擠壓產(chǎn)品的質(zhì)量,憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整[2]。這些方法工作量大、檢測(cè)精度低、缺乏科學(xué)性,且不能實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量,難以滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。為提高檢測(cè)效率和檢測(cè)精度,提升該設(shè)備的自動(dòng)化水平,設(shè)計(jì)了擠壓中心在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。圖1為125MN擠壓機(jī)三維模型。并根據(jù)設(shè)計(jì)要求,設(shè)計(jì)125MN擠壓機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖像采集系統(tǒng)。在圖像采集方面存在以下難點(diǎn)。(1)監(jiān)測(cè)距離遠(yuǎn):擠壓機(jī)機(jī)體總長(zhǎng)達(dá)39m,故圖1125MN擠壓機(jī)三維模型1.前梁2.擠壓容室3.活動(dòng)橫梁4.固定橫梁5.穿孔動(dòng)梁6.穿孔橫梁7.后梁Fig·1Three-dimensionalmodelof125MNextruder監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)距離應(yīng)≥39m。若采用普通USB接口的攝像機(jī)則難以達(dá)到距離要求。(2)監(jiān)測(cè)目標(biāo)多:包括擠壓容室、活動(dòng)橫梁、固定橫梁、穿孔動(dòng)梁和穿孔橫梁共計(jì)6個(gè)部件。因此需要12路圖像采集單元才能達(dá)到系統(tǒng)檢測(cè)要求。上述難點(diǎn)中,最大的技術(shù)難題在于需要對(duì)位移進(jìn)行遠(yuǎn)距離、多目標(biāo)監(jiān)測(cè)。目前利用激光位移非接觸測(cè)量常用的傳感器有CCD和PSD[3],但由于兩者光敏面太小,且距離較遠(yuǎn)時(shí)激光光斑較大并有明顯的衍射環(huán)出現(xiàn),故直接用CCD和PSD作為光敏探測(cè)器并不適合。通常上位機(jī)都帶有兩個(gè)以上的USB接口,所以在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中,采用USB接口攝像機(jī)采集圖像,利用數(shù)字圖像處理技術(shù),實(shí)時(shí)計(jì)算激光光斑在監(jiān)測(cè)窗口中的位置,并利用相應(yīng)算法,獲得擠壓機(jī)擠壓中心位置。根據(jù)擠壓機(jī)的檢測(cè)要求,實(shí)現(xiàn)在線選擇性測(cè)量某一橫梁的擠壓中心,如何有效選擇性控制多達(dá)12路攝像機(jī)成為首要解決的問(wèn)題。串行通信作為一種成熟的技術(shù)在計(jì)算機(jī)通信及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制在線監(jiān)測(cè)中具有廣泛的應(yīng)用。系統(tǒng)以VisualC++6·0作為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái),針對(duì)USB設(shè)備的接口特點(diǎn),在上位機(jī)只有兩個(gè)USB接口的情況下,搭建一個(gè)基于RS232串行通信的擠壓機(jī)擠壓中心在線檢測(cè)系統(tǒng)攝像機(jī)控制系統(tǒng),對(duì)各橫梁上的兩路攝像機(jī)的分時(shí)接入上位機(jī),其余橫梁上的10路攝像機(jī)此時(shí)利用設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)使處于掛起狀態(tài),即處在無(wú)效狀態(tài),實(shí)現(xiàn)對(duì)擠壓機(jī)各橫梁擠壓中心的分時(shí)測(cè)量。

2控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2·1功能技術(shù)指標(biāo)上位機(jī)為微型計(jì)算機(jī)(PC機(jī)),下位機(jī)為微處理器控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)功能如下:(1)實(shí)現(xiàn)USB接口的攝像機(jī)采集到的數(shù)字信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸;(2)將6組12路攝像機(jī)以USB總線的形式接入攝像機(jī)控制電路,微處理器控制系統(tǒng)能夠控制相應(yīng)的攝像機(jī)控制電路,按預(yù)定要求將指定橫梁上的攝像機(jī)接入上位機(jī);(3)微處理器控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)與上位機(jī)的通信。根據(jù)上述的功能技術(shù)要求,該系統(tǒng)由以下幾個(gè)模塊組成:微處理器系統(tǒng)控制模塊、USB接口選擇控制模塊及串口通信模塊。主要系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。圖2攝像機(jī)控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Fig·2Systemstructurediagram2·2攝像機(jī)采集信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)USB2·0規(guī)范的USB設(shè)備的有效傳輸距離<5m,要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸,一般是遠(yuǎn)用光纖。根據(jù)125MN擠壓機(jī)設(shè)備本體上的攝像機(jī)的檢測(cè)位置距離擠壓機(jī)控制室上位機(jī)的距離>35m,因此必須加裝USB延長(zhǎng)器才能滿足實(shí)際應(yīng)用要求。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn),采用國(guó)內(nèi)某公司產(chǎn)的USB2·0規(guī)范的延長(zhǎng)器能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)圖像的采集要求。USB延長(zhǎng)器的接收器和發(fā)射器之間通過(guò)Cat6光纖網(wǎng)線一一對(duì)應(yīng)連接。完全實(shí)現(xiàn)在距離為35m的情況下的圖像的流暢采集。2·3攝像機(jī)微控制電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析普通的USB接口線定義為:電源、地線和兩根數(shù)據(jù)線。要將12路攝像機(jī)同時(shí)接入控制電路,而有選擇的分時(shí)選擇接入所需要測(cè)量的橫梁上的兩路攝像機(jī)。因此,可以將USB接口的兩根數(shù)據(jù)線作為數(shù)據(jù)總線,各橫梁上的總的12路攝像機(jī)的兩根數(shù)據(jù)線都分別掛到上位機(jī)的兩個(gè)USB接口的數(shù)據(jù)線上,12路攝像機(jī)的地線是公用的。微處理器控制電路只需要按上位機(jī)指令選擇性地控制某路攝像機(jī)組的USB接口的電源線的同時(shí)通斷,即可實(shí)現(xiàn)該組攝像機(jī)在擠壓機(jī)擠壓中心監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的同時(shí)接入與斷開(kāi)．

3攝像機(jī)控制器系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3·1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)攝像機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要是下位機(jī)(微處理器控制部分),分為單片機(jī)系統(tǒng)模塊(以廉價(jià)的AT89S52為核心[4])、繼電器控制驅(qū)動(dòng)電路模塊、串口通信電路模塊和USB延長(zhǎng)器模塊。USB延長(zhǎng)器模塊國(guó)內(nèi)有廠家專(zhuān)門(mén)生產(chǎn),系統(tǒng)設(shè)計(jì)中無(wú)需再設(shè)計(jì)。3·2功能模塊的硬件實(shí)現(xiàn)3·2·1繼電器控制驅(qū)動(dòng)電路模塊微處理器輸出的控制電平信號(hào)經(jīng)反向器放大后,采用ULN2803達(dá)林頓管驅(qū)動(dòng)12路5V小功率繼電器[3],控制攝像機(jī)USB接口的電源線端的通斷。擠壓機(jī)擠壓中心檢測(cè)系統(tǒng)要求被測(cè)橫梁上的兩路攝像機(jī)同時(shí)接入上位機(jī),因此,只需要6個(gè)微處理器的控制信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)控制6個(gè)攝像機(jī)組的12路攝像機(jī)。為防止繼電器工作時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)沖擊USB接口造成上位機(jī)死機(jī),在繼電器線圈的兩端反接一小功率二極管來(lái)消除。實(shí)現(xiàn)硬件電路如圖3所示。3·2·2串口通信電路模塊異步串口通信的AT89S52與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)串口通信比較方便。采用MAX232實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換,其連線采用最簡(jiǎn)單的零調(diào)制三線經(jīng)濟(jì)型[5]。具體電路如圖

5攝像機(jī)控制器系統(tǒng)調(diào)試擠壓機(jī)上位機(jī)兼安裝有整個(gè)擠壓機(jī)的wincc監(jiān)控控制軟件,因此上位機(jī)的穩(wěn)定性尤為重要。為保證攝像機(jī)控制器系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與安全性,在多次試驗(yàn)后,在攝像機(jī)控制器系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了抗干擾隔離措施,主要是:(1)加強(qiáng)下位機(jī)中攝像機(jī)USB接口電路與上位機(jī)USB接口的隔離,防止電壓浪涌造成上位機(jī)死機(jī),數(shù)據(jù)線連接均采用電感隔離;(2)電路中所涉及到的芯片的Vcc和GND之間均接有一個(gè)0·1μF去耦電容,并采用磁珠隔離;(3)單片機(jī)的電源與達(dá)林頓管的電源采用電感隔離,實(shí)行分開(kāi)供電。

6結(jié)論通過(guò)以上抗干擾措施處理,按照中心監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要求實(shí)際制造攝像機(jī)控制器系統(tǒng)樣機(jī),經(jīng)國(guó)內(nèi)某公司的125MN臥式擠壓機(jī)的擠壓中心監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝試用,系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行4個(gè)月,實(shí)現(xiàn)了12路,6組攝像機(jī)的有序接入上位機(jī)。滿足了125MN臥式擠壓機(jī)擠壓中心監(jiān)測(cè)系統(tǒng)預(yù)期設(shè)計(jì)要求。在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中,存在的不足是當(dāng)選擇某橫梁攝像機(jī)后,需要等待2~3s,攝像機(jī)才能正常工作。分析原因是在頻繁切換攝像機(jī)的過(guò)程中,上位機(jī)需要2~3s的識(shí)別響應(yīng)攝像機(jī)時(shí)間。這造成在中心監(jiān)測(cè)系統(tǒng)啟動(dòng)階段的圖像采集有延遲,對(duì)于要求實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)擠壓機(jī)的擠壓中心是不利的。但在攝像機(jī)啟動(dòng)后并不影響擠壓中心的測(cè)量,這個(gè)問(wèn)題可在以后設(shè)備技術(shù)升級(jí)中換用高速攝像機(jī)予以彌補(bǔ)。

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