摘要:根據125 MN擠壓機擠壓中心監測系統中多路USB接口攝像機進行圖像採集的特點,結合USB接口攝像機在 工業 現場遠程圖像採集存在的不足,以Visual C++6·0為軟體開發平台,設計了一種基於微處理器的串行通信方式的攝像機控制系統,實現擠壓機監測攝像機的遠距離有序接入上位機。現場設備實際運行表明該系統達到了中心監測系統的設計要求。
關鍵詞:串行通信; USB;單片機;數字攝像機; VC++
Abstract:According to the features of using multi-channel USB interface camera to collect image for 125 MN extruderextrusion center monitoring system, with the shortcomings of USB interface camera in the industrial scene remotEimage collection, taking Visual C++ 6·0 as software development platform, a microprocessor based serial communi-cations methods camera control system was designed for realizing the extrusion machine monitoring cameras remotelyand orderly access to upper PC. The equipment actual running at the scene shows that the camera control system hasmet the design requirements of central monitoring system.
Keywords:serial communication; USB; MCU; digital camera; VC++
1 引言125 MN擠壓機是我國 目前 在運行的最大噸位雙動擠壓機(水壓機)[1],設備運行近40代寫論文年,為我國國防工業及重型機械製造業發揮了巨大的作用。擠壓機自投產以來,一直高強度滿負荷運轉,機體磨損嚴重,造成擠壓機擠壓中心不對中。以往在調整擠壓中心的過程中,是通過人工反覆測量, 計算 擠壓機各部位的偏差,然後通過調整墊片來完成擠壓機調整對中,或者通過觀察試擠壓產品的質量,憑經驗進行調整[2]。這些 方法 工作量大、檢測精度低、缺乏 科學 性,且不能實現在線測量,難以滿足 現代 化生產的需要。為提高檢測效率和檢測精度,提升該設備的自動化水平,設計了擠壓中心在線監測系統。圖1為125 MN擠壓機三維模型。並根據設計要求,設計125 MN擠壓機在線監測系統圖像採集系統。在圖像採集方面存在以下難點。(1)監測距離遠:擠壓機機體總長達39 m,故圖1 125 MN擠壓機三維模型1.前梁 2.擠壓容室 3.活動橫樑 4.固定橫樑5.穿孔動梁 6.穿孔橫樑 7.後梁Fig·1 Three-dimensional model of 125 MN extruder監測系統的監測距離應≥39 m。若採用普通USB接口的攝像機則難以達到距離要求。(2)監測目標多:包括擠壓容室、活動橫樑、固定橫樑、穿孔動梁和穿孔橫樑共計6個部件。因此需要12路圖像採集單元才能達到系統檢測要求。上述難點中,最大的技術難題在於需要對位移進行遠距離、多目標監測。目前利用雷射位移非接觸測量常用的傳感器有CCD和PSD[3],但由於兩者光敏面太小,且距離較遠時雷射光斑較大並有明顯的衍射環出現,故直接用CCD和PSD作為光敏探測器並不適合。通常上位機都帶有兩個以上的USB接口,所以在監測系統中,採用USB接口攝像機採集圖像,利用數字圖像處理技術,實時計算雷射光斑在監測窗口中的位置,並利用相應算法,獲得擠壓機擠壓中心位置。根據擠壓機的檢測要求,實現在線選擇性測量某一橫樑的擠壓中心,如何有效選擇性控制多達12路攝像機成為首要解決的 問題 。串行通信作為一種成熟的技術在計算機通信及工業現場控制在線監測中具有廣泛的 應用 。系統以Visual C++6·0作為軟體開發平台,針對USB設備的接口特點,在上位機只有兩個USB接口的情況下,搭建一個基於RS232串行通信的擠壓機擠壓中心在線檢測系統攝像機控制系統,對各橫樑上的兩路攝像機的分時接入上位機,其餘橫樑上的10路攝像機此時利用設計的控制系統使處於掛起狀態,即處在無效狀態,實現對擠壓機各橫樑擠壓中心的分時測量。
2 控制系統總體方案設計2·1 功能技術指標上位機為微型計算機(PC機),下位機為微處理器控制系統。實現功能如下:(1)實現USB接口的攝像機採集到的數位訊號的遠距離傳輸;(2)將6組12路攝像機以USB總線的形式接入攝像機控制電路,微處理器控制系統能夠控制相應的攝像機控制電路,按預定要求將指定橫樑上的攝像機接入上位機;(3)微處理器控制系統能夠實現與上位機的通信。根據上述的功能技術要求,該系統由以下幾個模塊組成:微處理器系統控制模塊、USB接口選擇控制模塊及串口通信模塊。主要系統結構框圖如圖2所示。圖2 攝像機控制器系統結構框圖Fig·2 System structure diagram2·2 攝像機採集信號的遠距離傳輸系統設計USB2·0規範的USB設備的有效傳輸距離<5 m,要實現信號的遠距離傳輸,一般是遠用光纖。根據125 MN擠壓機設備本體上的攝像機的檢測位置距離擠壓機控制室上位機的距離>35 m,因此必須加裝USB延長器才能滿足實際應用要求。經過實驗,採用國內某公司產的USB2·0規範的延長器能夠滿足現場圖像的採集要求。USB延長器的接收器和發射器之間通過Cat6光纖網線一一對應連接。完全實現在距離為35m的情況下的圖像的流暢採集。2·3 攝像機微控制電路系統設計 分析 普通的USB接口線定義為:電源、地線和兩根數據線。要將12路攝像機同時接入控制電路,而有選擇的分時選擇接入所需要測量的橫樑上的兩路攝像機。因此,可以將USB接口的兩根數據線作為數據總線,各橫樑上的總的12路攝像機的兩根數據線都分別掛到上位機的兩個USB接口的數據線上, 12路攝像機的地線是公用的。微處理器控制電路只需要按上位機指令選擇性地控制某路攝像機組的USB接口的電源線的同時通斷,即可實現該組攝像機在擠壓機擠壓中心監測系統中的同時接入與斷開．
關鍵詞:串行通信; USB;單片機;數字攝像機; VC++
Abstract:According to the features of using multi-channel USB interface camera to collect image for 125 MN extruderextrusion center monitoring system, with the shortcomings of USB interface camera in the industrial scene remotEimage collection, taking Visual C++ 6·0 as software development platform, a microprocessor based serial communi-cations methods camera control system was designed for realizing the extrusion machine monitoring cameras remotelyand orderly access to upper PC. The equipment actual running at the scene shows that the camera control system hasmet the design requirements of central monitoring system.
Keywords:serial communication; USB; MCU; digital camera; VC++
1 引言125 MN擠壓機是我國 目前 在運行的最大噸位雙動擠壓機(水壓機)[1],設備運行近40代寫論文年,為我國國防工業及重型機械製造業發揮了巨大的作用。擠壓機自投產以來,一直高強度滿負荷運轉,機體磨損嚴重,造成擠壓機擠壓中心不對中。以往在調整擠壓中心的過程中,是通過人工反覆測量, 計算 擠壓機各部位的偏差,然後通過調整墊片來完成擠壓機調整對中,或者通過觀察試擠壓產品的質量,憑經驗進行調整[2]。這些 方法 工作量大、檢測精度低、缺乏 科學 性,且不能實現在線測量,難以滿足 現代 化生產的需要。為提高檢測效率和檢測精度,提升該設備的自動化水平,設計了擠壓中心在線監測系統。圖1為125 MN擠壓機三維模型。並根據設計要求,設計125 MN擠壓機在線監測系統圖像採集系統。在圖像採集方面存在以下難點。(1)監測距離遠:擠壓機機體總長達39 m,故圖1 125 MN擠壓機三維模型1.前梁 2.擠壓容室 3.活動橫樑 4.固定橫樑5.穿孔動梁 6.穿孔橫樑 7.後梁Fig·1 Three-dimensional model of 125 MN extruder監測系統的監測距離應≥39 m。若採用普通USB接口的攝像機則難以達到距離要求。(2)監測目標多:包括擠壓容室、活動橫樑、固定橫樑、穿孔動梁和穿孔橫樑共計6個部件。因此需要12路圖像採集單元才能達到系統檢測要求。上述難點中,最大的技術難題在於需要對位移進行遠距離、多目標監測。目前利用雷射位移非接觸測量常用的傳感器有CCD和PSD[3],但由於兩者光敏面太小,且距離較遠時雷射光斑較大並有明顯的衍射環出現,故直接用CCD和PSD作為光敏探測器並不適合。通常上位機都帶有兩個以上的USB接口,所以在監測系統中,採用USB接口攝像機採集圖像,利用數字圖像處理技術,實時計算雷射光斑在監測窗口中的位置,並利用相應算法,獲得擠壓機擠壓中心位置。根據擠壓機的檢測要求,實現在線選擇性測量某一橫樑的擠壓中心,如何有效選擇性控制多達12路攝像機成為首要解決的 問題 。串行通信作為一種成熟的技術在計算機通信及工業現場控制在線監測中具有廣泛的 應用 。系統以Visual C++6·0作為軟體開發平台,針對USB設備的接口特點,在上位機只有兩個USB接口的情況下,搭建一個基於RS232串行通信的擠壓機擠壓中心在線檢測系統攝像機控制系統,對各橫樑上的兩路攝像機的分時接入上位機,其餘橫樑上的10路攝像機此時利用設計的控制系統使處於掛起狀態,即處在無效狀態,實現對擠壓機各橫樑擠壓中心的分時測量。
2 控制系統總體方案設計2·1 功能技術指標上位機為微型計算機(PC機),下位機為微處理器控制系統。實現功能如下:(1)實現USB接口的攝像機採集到的數位訊號的遠距離傳輸;(2)將6組12路攝像機以USB總線的形式接入攝像機控制電路,微處理器控制系統能夠控制相應的攝像機控制電路,按預定要求將指定橫樑上的攝像機接入上位機;(3)微處理器控制系統能夠實現與上位機的通信。根據上述的功能技術要求,該系統由以下幾個模塊組成:微處理器系統控制模塊、USB接口選擇控制模塊及串口通信模塊。主要系統結構框圖如圖2所示。圖2 攝像機控制器系統結構框圖Fig·2 System structure diagram2·2 攝像機採集信號的遠距離傳輸系統設計USB2·0規範的USB設備的有效傳輸距離<5 m,要實現信號的遠距離傳輸,一般是遠用光纖。根據125 MN擠壓機設備本體上的攝像機的檢測位置距離擠壓機控制室上位機的距離>35 m,因此必須加裝USB延長器才能滿足實際應用要求。經過實驗,採用國內某公司產的USB2·0規範的延長器能夠滿足現場圖像的採集要求。USB延長器的接收器和發射器之間通過Cat6光纖網線一一對應連接。完全實現在距離為35m的情況下的圖像的流暢採集。2·3 攝像機微控制電路系統設計 分析 普通的USB接口線定義為:電源、地線和兩根數據線。要將12路攝像機同時接入控制電路,而有選擇的分時選擇接入所需要測量的橫樑上的兩路攝像機。因此,可以將USB接口的兩根數據線作為數據總線,各橫樑上的總的12路攝像機的兩根數據線都分別掛到上位機的兩個USB接口的數據線上, 12路攝像機的地線是公用的。微處理器控制電路只需要按上位機指令選擇性地控制某路攝像機組的USB接口的電源線的同時通斷,即可實現該組攝像機在擠壓機擠壓中心監測系統中的同時接入與斷開．
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