【正文】 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 C302BCD8段譯碼器真值圖 圖像信息采集卡的功能與選擇 圖像信息采集卡的功能圖像采集卡的本質(zhì)是以幀存儲(chǔ)器為核心的系統(tǒng)，；面陣CCD的輸出信號(hào)一般是具有行、場(chǎng)同步的全同步信號(hào)，又成為視頻信號(hào)。CCD的輸出為周期時(shí)序電壓信號(hào)，在這種情況下需要對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行量化處理和A/D轉(zhuǎn)換，并對(duì)轉(zhuǎn)化后的數(shù)字信號(hào)做后續(xù)處理。電路中用到的各類(lèi)元器件如采樣/保持器、跟隨器的選擇根據(jù)具體紙張參數(shù)要求確定。由于被測(cè)物與背景在光強(qiáng)分布上的變化反映在CCD的輸出視頻信號(hào)上，對(duì)應(yīng)輸出電壓會(huì)產(chǎn)生較大變化，即圖像尺寸在邊界處會(huì)有明顯變化。表2 CCD電動(dòng)變焦鏡頭參數(shù)第三章 系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算 初始信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì) 信號(hào)二值化處理電路設(shè)計(jì)這里由于對(duì)灰度沒(méi)有具體要求，因此為了提高處理速度，降低處理成本，采用二值化處理方法。 照明方式有：臨界照明和柯拉照明，臨界照明的特點(diǎn)是會(huì)使物體表面照度不均勻，導(dǎo)致接收器上的光能量分布不均勻，影響成像質(zhì)量和測(cè)量精度，不適合在這里應(yīng)用。另外一種是通過(guò)測(cè)量物體的像來(lái)測(cè)量被檢物體的某些特征參數(shù)，這種檢測(cè)只要選擇白熾燈或者碘鎢燈作為照明光源就可以了。420=；f=f’=；x=計(jì)算得A4紙, =247。紙張的長(zhǎng)邊尺寸為420mm和297mm。在本設(shè)計(jì)中，光學(xué)系統(tǒng)的外形尺寸計(jì)算是根據(jù)理想光學(xué)系統(tǒng)的牛頓公式來(lái)計(jì)算的。像素單元尺寸（長(zhǎng)高）。1=[210]=210個(gè)像敏元。對(duì)應(yīng)在每一個(gè)像敏元長(zhǎng)度上的紙張長(zhǎng)度為=1mm。此為A3紙對(duì)于CCD陣列的要求。=[]=298個(gè)像敏元。依據(jù)國(guó)內(nèi)大型紙張企業(yè)如金東紙業(yè)生產(chǎn)A3紙的要求，最小分辨面積為8，用于采用的檢測(cè)方法的限制，最小分辨面積在CCD表面的投影至少覆蓋4個(gè)像素，所以每一個(gè)像素對(duì)應(yīng)的紙張面積最小應(yīng)為8247。 選擇面陣CCD主要看其是否能達(dá)到測(cè)量要求的CCD的分辨率。自動(dòng)控制部分是使整套設(shè)備處于自動(dòng)控制狀態(tài)，可以避免人為誤差，包括：選擇紙張檢測(cè)類(lèi)型，自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)和利用計(jì)算機(jī)分類(lèi)結(jié)論來(lái)控制自動(dòng)分流機(jī)械機(jī)構(gòu)。信息采集主要流程：紙張信息從CCD器件圖像信息采集卡計(jì)算機(jī)內(nèi)存采集圖像傳輸過(guò)程；圖像處理是對(duì)紙張圖像信息進(jìn)行處理、分析。三、機(jī)械換紙機(jī)構(gòu) 紙張分流的難點(diǎn)在于如何設(shè)定速度，要考慮CCD檢測(cè)系統(tǒng)的幀轉(zhuǎn)移速度，程序處理速度和機(jī)械換紙速度三者的綜合。從而實(shí)現(xiàn)CCD檢測(cè)系統(tǒng)的快速化、自動(dòng)化、集成化及標(biāo)準(zhǔn)化。加大推行造紙行業(yè)全面結(jié)構(gòu)調(diào)整力度，不僅涉及規(guī)模和布局的調(diào)整，也要優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)和市場(chǎng)結(jié)構(gòu)等，壓縮低檔產(chǎn)品的生產(chǎn)，生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品，從根本上解決污染。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于控制、非接觸、精度高、測(cè)量速度快、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，整套設(shè)備造價(jià)較低，且優(yōu)于目前小造紙廠(chǎng)傳統(tǒng)檢測(cè)方法，能夠有效提升小型造紙廠(chǎng)的檢測(cè)水準(zhǔn)，保證其紙張檢測(cè)質(zhì)量符合現(xiàn)在的高標(biāo)準(zhǔn)。造紙企業(yè)非常重視紙張的產(chǎn)品質(zhì)量，但我國(guó)現(xiàn)在的實(shí)際情況是：少數(shù)大中型國(guó)有或外資企業(yè)引進(jìn)或擁有了成套紙張檢測(cè)設(shè)備，并制定了相關(guān)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，效率高成本低；相對(duì)應(yīng)的是，大量的中小型造紙企業(yè)或鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)在紙張檢測(cè)方面沒(méi)有足夠的資金投入采用現(xiàn)代化自動(dòng)控制設(shè)備，仍然采用傳統(tǒng)的手工分紙，或者采用化學(xué)方法分析。任務(wù)：（1） 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)8000漢字以上）（2） 調(diào)研報(bào)告一份（不少于1000漢字）（3） 綜述報(bào)告一份（不少于2000漢字）（4）設(shè)計(jì)圖紙一套（折合O號(hào)圖紙12張、至少一張以上CAD圖）（5） 完成英文翻譯一份（譯文4000漢字以上）（6） 相關(guān)硬件制作（視具體情況確定）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度計(jì)劃：起 訖 日 期工 作 內(nèi) 容備 注第8周 ~第10周第11周~第11周第12周~第13周第14周~第15周第16周~第17周第18周~第18周調(diào)研了解市場(chǎng)信息、收集文獻(xiàn)等英文翻譯、文獻(xiàn)閱讀、初步方案的探討、初步方案的確定詳細(xì)設(shè)計(jì)（結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軟硬件制作等）詳細(xì)設(shè)計(jì)（結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軟硬件制作、調(diào)試、修改等）詳細(xì)設(shè)計(jì)（結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軟硬件制作、調(diào)試、修改等）論文撰寫(xiě)總結(jié)、論文答辯準(zhǔn)備等備 注硬件制作視具體情況目 錄摘要…………………………………………………………………………………7Abstract…………………………………………………………………………… 8引言…………………………………………………………………………………10第一章 整體構(gòu)造………………………………………………………………13第二章CCD圖像傳感器的選擇與系統(tǒng)光學(xué)部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算……………………………………………………………………………………14 選擇CCD圖像傳感器的原則…………………………………………… …14………………………14 光學(xué)系統(tǒng)成像的基本公式和計(jì)算……………………………………… 15 照明電路的設(shè)計(jì)……………………………………………………………16……………………………………………………16……………………………………………………17……………… ……………………17第三章 系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算…………………… …………………18 初始信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)……………………………………………… 18 信號(hào)二值化處理電路設(shè)計(jì)……………………………………… 18 信號(hào)量化處理………………………………………………………19 信號(hào)對(duì)外輸出電路譯碼電路的設(shè)計(jì)……………………… 19 圖像數(shù)據(jù)采集卡功能和選擇………………………………………………20 圖像數(shù)據(jù)采集卡的基礎(chǔ)功能…………………………………… 20 基于PCI總線(xiàn)圖像數(shù)據(jù)采集卡的原理………………………… 21 圖像數(shù)據(jù)采集卡的選擇………………………………………… 21 PC機(jī)的要求，選擇和接口設(shè)計(jì)………………………………………… 22 PC機(jī)的要求和選擇……………………………………………… 22 PC機(jī)與外部設(shè)備的接口設(shè)計(jì) ……………………………………23 換紙機(jī)構(gòu)中步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)要求及選擇………………………………23 步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)作………………………………………… ……… 23 步進(jìn)電機(jī)的選擇 ……………………… …………………………24 機(jī)械換紙自動(dòng)分流機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………………………………………25第四章 系統(tǒng)自動(dòng)控制部分的設(shè)計(jì) ……………………………………… 27 ……………………………………………………………27 ……………………………………………… 29 　 比較器LM339 ………………………………………………………… 30 四輸入或門(mén)74LS32 …………………………………………………… 32 ……………………………………………………… 32 ………………………………………………… 33結(jié)論 ………………………………………………………………………………36致謝 ………………………………………………………………………………37參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………38附錄A（系統(tǒng)框圖）…………………………………………………………………40附錄B（調(diào)研報(bào)告）…………………………………………………………………41附錄C（綜述） ……………………………………………………………………43附錄D（翻譯譯文）…………………………………………………………………46附錄E（英文原文）…………………………………………………………………56引言當(dāng)前在中國(guó)加工制造業(yè)能力普遍過(guò)剩的狀況下，造紙工業(yè)是為數(shù)不多的需求不斷擴(kuò)張的行業(yè)之一，大力發(fā)展現(xiàn)代造紙工業(yè)，顯然可以成為中國(guó)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，勢(shì)必對(duì)中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)產(chǎn)生有力的拉動(dòng)作用。本畢業(yè)設(shè)計(jì)將要求研發(fā)一種基于光信息特征識(shí)別技術(shù)的紙張檢測(cè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。所以現(xiàn)在急需一種能實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化檢測(cè)紙張質(zhì)量的系統(tǒng)。我們所熟悉的紙張檢測(cè)手段大多是人工質(zhì)量檢測(cè),其方法簡(jiǎn)單,但是效率低,質(zhì)量也不行,且不能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化。這種技術(shù)在意義上可以解決紙張檢測(cè)方面的難題，能夠給我們現(xiàn)代化生產(chǎn)提供很多幫助。（3）操作方便，易懂，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。在日常的辦公學(xué)習(xí)中，我們經(jīng)常接觸到的是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的A3（420mm297mm）和A4（297mm210mm）紙。本文將研究一種利用CCD技術(shù)的紙張檢測(cè)系統(tǒng)，并結(jié)合本科所學(xué)自動(dòng)控制知識(shí)，提出一種基于單片機(jī)控制的紙張檢測(cè)自動(dòng)控制設(shè)備。當(dāng)前環(huán)境、資源等的制約，對(duì)造紙行業(yè)既是嚴(yán)峻的考驗(yàn)，又是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的最好時(shí)機(jī)。主要研究?jī)?nèi)容：本設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要為紙張檢測(cè)系統(tǒng)的單片機(jī)控制部分，此外，還涉及以下相關(guān)的內(nèi)容：一、 CCD的應(yīng)用 本設(shè)計(jì)利用CCD的圖像采集功能對(duì)紙張進(jìn)行非接觸在線(xiàn)檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)紙張監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化?？蓪D像卡插在計(jì)算機(jī)的PCI插槽內(nèi)，與計(jì)算機(jī)內(nèi)存、CPU、顯卡等之間形成高速數(shù)據(jù)傳遞。圖 1 系統(tǒng)工作簡(jiǎn)圖主要技術(shù)：本系統(tǒng)研究的主要技術(shù)是：紙張圖像信號(hào)的讀?。? 檢測(cè)數(shù)據(jù)的處理；換紙機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)； 單片機(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制第一章 整體構(gòu)造CCD紙張檢測(cè)部分主要有：信息采集、圖像處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、紙張分流和單片機(jī)自動(dòng)控制部分。紙張自動(dòng)分流機(jī)械機(jī)構(gòu)主要完成將紙張按照計(jì)算機(jī)給出的判斷分類(lèi)自動(dòng)擺放。在本設(shè)計(jì)中，可以選用光注入式線(xiàn)陣CCD和面陣CCD。A3紙的面積是A4紙的兩倍，只要滿(mǎn)足A3紙的最低設(shè)計(jì)要求，A4紙定能滿(mǎn)足。那么所需的CCD器件在長(zhǎng)度方向上應(yīng)該有420247。為了保持系統(tǒng)的精度，那么CCD器件的圖像陣列大小應(yīng)為（298）(211)=[][]=418(H)296(V)。4=1。在寬度方向上應(yīng)該有：210247。在這里選用TCD5130AC幀轉(zhuǎn)移型面陣像敏CCD，它的有效像素為[754][583]。因此在確定原理方案時(shí)，要進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)的外形尺寸計(jì)算。物鏡焦距公式（牛頓公式）為：其中 垂直放大率 y’像高 x 為牛頓公式描述的物距 y 物高 x’為牛頓公式描述的像距f 物方焦距 f’像方焦距被測(cè)對(duì)象為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)A3（420mm297mm）和A4（297mm210mm）紙。計(jì)算得A3紙, =247。 照明電路的設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)一般有兩種：一種是通過(guò)測(cè)量備件物體的空間頻譜分布來(lái)確定被檢測(cè)物體的某些特征參數(shù)，這種選擇激光照明，因?yàn)樗軡M(mǎn)足單色性好，相干性好，光束準(zhǔn)直精度高等要求。 照明系統(tǒng)包括光源和聚光鏡，前面已經(jīng)對(duì)光源和凸透鏡鏡頭作出了選擇，照明的作用是為了使目標(biāo)物得到更充分的照明，使得像平面有足夠的照明。在這里本次設(shè)計(jì)中選擇電動(dòng)變焦鏡頭，CS接口，具體參數(shù)見(jiàn)表2。光學(xué)系統(tǒng)把被測(cè)對(duì)象成像在CCD的像敏面上。隨后跟隨器輸出信號(hào)通過(guò)電位器送到電壓比較器，提供閾值。 原理圖 信號(hào)量化處理CCD器件作為光電傳感器，在進(jìn)行光譜探測(cè)、光學(xué)圖像測(cè)量和光強(qiáng)分布測(cè)量時(shí)，需要測(cè)出CCD每個(gè)像敏單元的光照強(qiáng)度值，在這里即光強(qiáng)分布的I(x,y)值。 量化過(guò)程 譯碼電路的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)譯碼電路可以使現(xiàn)場(chǎng)人員能夠?qū)嵤┍O(jiān)控CCD數(shù)據(jù)的傳輸情況，由于信號(hào)量化處理后的數(shù)據(jù)為八位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，故這里的譯碼電路采用C302型BCD8段譯碼器，把輸入的八位二進(jìn)制數(shù)據(jù)分為高四位和低四位，通過(guò)譯碼由2個(gè)8位字段LED顯示器