图像识别-课程设计报告

电子仪器课程设计

课题名称：钢坯识别触发智能控制学生学号：

专业班级：10电信01 班

学生姓名：

指导教师：洪汉玉

学生成绩:

钢坯识别触发智能控制

摘要：结合生产实际需要，研究和解决钢坯流程控制具有重要实际意义和应用价值。为解决生产线上钢坯光电检测与识别问题，我们采用点对点解决方案，利用现代光电传感技术，实现运动钢坯的到位检测和钢坯图像的触发采集；采用先进的图像处理和分析技术，实现生产线运动钢坯的自动定位和识别；采用电路抗干扰技术，实现轧机生产线的全自动控制和全天候工作。我们研制的钢坯识别光电控制系统主要由三大块组成：钢坯到位信息的光电检测、钢坯号的自动识别、系统的稳定性及抗干扰电路。针对实验中所出现的振动、虚警、噪声等干扰问题做了深入的理论分析。大量的实验结果表明，钢坯到位光电触发控制正确率为100%，钢坯号识别正确率达95%以上，实验效果令人满意。

关键字：钢坯到位检测，光电触发，钢坯识别，抗干扰技术。

一、概述

我国大型钢铁企业以及大型轧钢厂的钢坯号的识别主要靠人工来完成，在生产线上还未见钢坯号自动识别系统，严重影响钢坯生产线的自动化、智能化水平。因此，结合武钢轧钢生产线钢坯号检测及自动识别的需求，我们主要主要研光电控制系统。

在市场竞争日益激烈的今天，如何提高企业生产效率，降低生产成本，实现经济效益最大化的目标，智能化生产也就成了大多企业关注的焦点。我们的钢坯识别光电控制系统，解决了武钢重轨生产线以前钢坯号的人工记录所带来的劳动强度大、耗时耗力、生产效率低、资源浪费等困难，提高我国钢铁企业生产线的自动化和智能化水平。钢坯识别光电控制系统性能的一个重要影响因素，就是在复杂、恶劣的工业生产环境，能够很准确地获取到钢坯端面字符信息的控制信号。我们知道，很多传感器都可以很好地获取到各种检测信号，但考虑到获取钢坯端面字符信息的稳定性、可靠性，我们用光电控制系统设计思想，被控对象为CCD工业摄像头，变送传感装置为光电传感器，控制器为去噪、降压、稳压电路。钢坯识别光电控制系统组成如下：

图1-0：钢坯识别光电控制系统组成

二、钢坯到位信息的光电检测

钢坯到位检测部分主要由光电传感器、控制器等部分组成。 2.1 光电传感器特性说明

光电传感器是指把光信号转换成电信号的装置。E3Z-T61A 2M 为欧姆龙生产的通用对射式NPN 型光电传感器。其主要性能参数如表1。并有电源逆接保护、输出保护电路等特点，工作稳定可靠。

（1）输出电路：

图2-1 受光器电路图

（2）接插件端子配置：

注意:②接头为空（3）对射型投光器：

图2-2 投光器电路图

（4）接插件端子配置：

注意：②④接头为空

（5）工作时间图：

图2-3 E3Z-T61A工作时间图

E3Z-T61A常态（入光）时，动作指示灯亮，负载动作，输出为高电平；遮光时，动作指示灯灭，负载复位，输出为低电平。

2.2 控制器设计

我们所设计的控制器主要是为了使电路工作稳定、可靠(消除虚警)、信号匹配。主要由LM7805、继电器、电容电阻等元器件组成。

2.2.1 LM7805工作特性说明

LM7805是一个集降压、稳压于一体的三端集成电路。如图1-4所示，输入端1输入7～35V的有效直流电压信号，则输出端2则输出5V的稳定直流电压信号，公共端引脚为3。用它来设计控制器，可有效解决因噪声干扰或其它环境干扰因素引起的电压波动而造成的虚警问题，很好的解决工业现场复杂环境所造成的严重干扰问题。其典型连接如图1-5。

图2-4 LM7805

图2-5 LM7805典型连接

图2-6 典型稳压电源电路2.2.2 滤波电路设计

图2-7 桥式整流滤波电路

2.3 工业摄像头工作特性说明

工业摄像头有三种工作模式，分别是连续采集、异步复位采集和自动快门采集。

2.3.1 异步采集模式：

MVC900DAM-GE30提供触发和闪光灯控制接口，用户可通过软件设置下面参数

T0：右下角脉冲宽度(小于T0的触发输入信号视为无效)

T1：触发到闪光信号的延迟

T2：闪光灯信号宽度(T2≥T4+T5)

T3：多次触发间隔

T4：闪光灯到图像采集延迟(用来调节最佳曝光位置)

T5：内部触发信号，固定为160us脉冲

N：单次用户触发采集数量

下图是N=2是各参数的定义

图2-8 照相机工作时间图

2.3.2 接口定义：

表2 MVC900DAM-GE30电源控制接口定义2.3.3 电源控制插头

图2-9 MVC900DAM-GE30电源控制插头

2.3.4 钢坯识别光电控制系统接线电路图

图2-10 控制器基本电路图

由于生产线选用单片机来作为抖动去除，操作简单，效果明显，性价比高

三、系统的稳定性及抗干扰问题

由于钢坯是运动的，所以我们利用光电触发方式来拍摄钢坯图像，环境复杂及重型机械振动，在识别过程中会随时出现一些假触发现象如图3-1所示，导致光电控制器发出错误指令，严重干扰识别系统的工作。所以，必须要解决干扰问题，这种问题如果不解决好，会对钢坯号识别过程带来麻烦，所以我们设计电路要具有稳定性，能消除虚警；同时，电路对电压的稳定性要求比高。

图3-1 光电开关触发时间图

考虑到，工业现场可能存在上述不稳定的情况，所以我们设计的控制器主要由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成。如下图3-2所示。

图3-2 控制器电路原理图

经电源变压器降压后，电网供给的交流电压u1(220V,50Hz)，得到符合电路需要的交流电压，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较

平直的直流电压。但这样的直流输出电压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。

为了解决这样的波动问题，我们采用了如下图所示电路，它采用输出电压稳定的三端集成稳压器(7805)，输出电压为5V，该电路所用器件较少，成本低且组装方便、可靠性高。

图3-3 控制器仿真电路图

图3-4 控制器模拟仿真结果图

图3-5 控制器电路实际输出波形图

从图上可以看出，当脉冲的宽度不够时（即为杂波，或者抖动），输出波形保持不变，但是当脉冲宽度超过一定宽度（此时设置为5S），

输出信号会自动输出触发信号（下降沿）；

由于仿真的采样频率过低，导致仿真效果不算特别理想，但是程序能够满足实际生产中的要求。

程序代码设计（采用的是汇编程序代码）

org 0000h

ajmp main

org 000bh

ajmp timer

org 0100h

main:mov tmod,#01h

mov th0 ,#3ch

mov tl0 ,#0b0h

setb ea

setb et0

loop:jnb p1.0,loop1

clr tr0

mov r0,#00h

mov th0,#3ch

mov tl0,#0b0h

setb p1.1

jmp loop

loop1:setb tr0

jmp loop

timer:mov th0,#3ch

mov tl0,#0b0h

inc r0

cjne r0,#10,loop4

loop3:clr p1.1

loop4:reti

end

钢坯到位光电触发控制（生产现场）

系统整个流程为：在钢坯运动轨道两边的恰当位置安装红光对射型光电传感器，给光电开关供电，光电开关持续输出常态高电平。当钢坯在轨道上运动经过时，发射极发出的光被钢坯挡住，接收极接收不到红光信号，光电传感器输出一个下降沿触发信号。CCD相机接收到触发信号，摄取钢坯端面图像。最后识别钢坯号。

针对实验中所出现的振动、虚警、噪声等干扰问题做了深入分析，我们对光电控制器进行多次改进，并且多次到武钢重轨生产线进行现场验证。大量的钢坯光电触发识别实验结果表明，钢坯到位光电触发

控制准确率为100%，钢坯号识别正确率达95%以上，实验效果满意。

四、体会

对现实事物的设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。这个设计让我学到了很多东西，涉及到方方面面的知识，在这整个过程中我们查阅了大量的资料，得到了老师和同学的帮助，我在此对他们表示谢意。在这期间遇到了很多困难，我知道做什么都不容易，只能塌下心来，一步一个脚印的去完成才行。这学期我们学习了数字图像处理这门课程，在这个课程设计中应用到了很多其中的知识。理论只有应用到实际中才能学着更有意义。学习是一个长期积累的过程，在后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，以及团队协作的能力，树立了信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。同样此次设计也大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的并非对所以车牌都合适，但是在设计过程中所学到的学习方法是我最大收获和财富，相信定会使我受益终身。