不管实际情况如何,色标传感器采集周期期都应设为100ms对吗？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2018-11-06 03:35 标签： 色标传感器采集周期

【摘要】：目的 研究色标传感器嘚动态响应特性方法 采用相位法测试色标传感器的动态响应特性;以嵌入式工业触摸屏为控制核心,与色标传感器、富士伺服电机、伺服驱動器和编码器组成测试装置,间接测试动态响应时间;用MATLAB软件处理实验数据,分析其动态特性。结果 在动态响应时间内,根据基于触摸屏的相位法,測得动态响应时间为2 ms,其系统为一阶系统结论 该测试方法简单可靠,可以测出各种传感器的动态响应时间,并可以判断其系统特性。


支持CAJ、PDF文件格式仅支持PDF格式


中国重要报纸全文数据库
本报记者 郭见洌;[N];计算机世界;2002年
中国硕士学位论文全文数据库

传统的气体监测系统是以电线和電缆作为基础传输介质组成的数据采集系统目前常用的解决方案是在监控现场，将传感器布置在需要监测的关键位置将各个传感器采集到的信号通过独立电缆传送到中央采集站，由中央采集站将所有连接的信号集中处理发送到上位机进行实时数据采集。如果需要监测嘚区域很大需要很多传感器，相应的监测点分散这种传统的有线方式就会存在线路布设复杂，接线繁琐安装造价高，后期的电缆维護成木高等问题由于有线气体监测系统木身的局限性，许多特殊环境下的网络覆盖和网络支持仍然是个难题比如在某些工业现场，一些工业环境禁止或限制使用电缆而在其他一些工业环境要求完全把电缆屏蔽起来以高度防止来自大多数工业设施中的机器或其它无线电控制设备的干扰，更有一些高速旋转的设备根木无法通过电缆来传输数据信息这种传统的串行集中式监测系统很大程度上影响系统的处悝速度和系统的可靠性和灵活性。

鉴于上述情况气体监测系统设计趋向于无线监测方式，用分布式的无线技术来代替传统的集中式有线技术实现传感器和数据采集系统之间的直接通讯。无线传感器网络的出现和发展为这一问题提供了一个新的解决途径本文在比较了几種通信协议后选择了低成本、低功耗和低速率的ZigBee协议，设计了一种基于ZigBee的无线气体监测系统

1.1 系统的组成与结构

整个监测系统由监测主机囷ZigBee无线传感器网络组成，如图1所示这是。个层次型网络结构最底部为传感器终端节点（即无线气体检测变送器），向上依次是路由器协调器和监控主机。监控主机上运行有数据管理软件为用户提供气体监控网络中的数据访问界面，并能够通过协调器访问终端节点的測量数据并将数据保存，为用户提供数据查询、分析或报表生成服务ZigBee网络负责数据的采集，它由协调器、路由器、终端节点和报警器組成终端节点将监测到的数据传给路由器；路由器将终端设备上传的信息整合处理，再将数据发送给协调器；协调器将采集的数据上传給监控主机或者将监控主机的命令在网络中发送出去；报警器负责接收路由器发送的数据如果数据超限则发送报警信号。整个网络中数據的传输具有就近原则如果协调器距离比路由器近，终端节点会直接传输数据到协调器

无线气体监测系统具有以下几方面的特点：

（1）采用ZigBee技术作为无线通讯方式

目前常用的无线通信技术有Wi—Fi、超宽带通信UWB、蓝牙、红外数据通信IrDA、ZigBee等，综合比较了以上几种无线通信方式zigBee技术具有省电、通信可靠、成本低廉、网络容量大、白组织能力强等优点 ，因此ZigBee技术能够很好的应用于无线气体监控系统

系统的终端節点—— 无线气体检测变送器数量多，由电池供电往往放置存无人值守的地方，不便更换节点的电池因此实现节点的低功耗，既是捉高节点性能的重要指标也是延长整个系统生命周期的重要下段。该系统的无线气体监测变送器采用一次性2号锂电池供电存正常工作条件下的使用寿命不小于2 0000小时。

2 无线气体检测变送器的设计

2.1 无线气体检测变送器的硬件设计

无线气体检测变送器是整个系统的前端采集设各也是系统最核心的组件 ，该变送器由中央处理单元、测量电路、A／D转换、数字显示、RF无线通信等单元电路组成敏感元件产生的信号绎線性放大后，经A／D转换器转换直接送往单片机进行数据处理，来完成变送器的显示、通信等功能其原理框图如图2所示。

图2 无线气体榆測变送器的原理框图

中央处理器采用MICROCHI P公司的带有LCD驱动器、采用纳瓦技术的64引脚8位CMOS闪存单片机PIC16F946此单片机可以通过软件选择时钟来拧制功耗管理模式，即存运行时开启C PU和外设空闲时开启外设但关闭CPU，休眠时则关闭CPU和外设；A／D转换单元采用的是TI公司的12位AD采样速度在200kSPS的ADS7866，在此A／D转换单了亡中ADS7866的～ 作电压存1.3 V达到了节省功耗的目的。

运算放大器采用LTc1495工作电流仅为1.5 uA，±2.5V稳压芯片也采用低功耗芯片在满足性能需偠的基础上，最大限度的降低功耗其前置放大电路如图3所示。

图3 无线气体检测变送器时置放火电路图

无线通信模块采用Atmel公司推出的世界仩首款l曲向中国无线市场、工作在780MHz频段并符合IEEE802.15.4标准的无线收发芯片AT86RF212我围无线个域网标准经无线电委员会批准，开放了78 0MH z频段在此频段下，空间损耗较2.4Ghz频段小能够获得更好的传输性能。

2.2 无线气体检测变送器软件设计

变送器软件设计的各个模块组成如图4所示

主程序处理模塊用来调用其它模块完成需要实现的功能；采样处理及补偿模块负责采集并处理模数转换后的数据并做相应的线性补偿；按键查询处理模塊负责按键动作管理；显尔模块用来实现液晶显示；参数管理模块负责参数的保存和处理；白检模块负责完成初始化；无线通信模块负责檢测数据的发送。

图4 无线气体检测变送器软件设计模块

无线气体检测变送器的主要功能是通过气体传感器对被测对象进行数据采集通过無线发送模块发送至路由器（或协调器）。在正常工作状念下每1 5秒发送一次数据，报警状态下每8秒钟发送 次数据其程序流程图如图5所礻。

图5 无线气体柃测变送器程序流程图

3.1 无线协调器的硬件设计

无线协调器主要负责建立WSN嘲络通过无线通信模块接收所有无线怖测节点发送的测量数据，并将所述测量数据传送到PC机其结构相对简单，主要由电源模块、EMI处理模块、微摔制器模块、串口通信模块和兀线通信组荿其组成框图如图6所示。

图6 无线协调器的组成框图

3.2 无线协调器的软件设计

无线协调器是无线气体监摔网络的发起建立者协调器上电后，初始化完成建立网络，当收到其它节点加入网络的请求时给节点分配网络地址，接收路由器或距离近的终端节点传输的数据并将數据转发给上位机。其程序流稃图如图7所示

图7 无线协凋器程序流程图

基于ZigBee的无线气体监测系统具有低成本、低功耗、动态路由、自动组網、协议免费、应用简单等优点，解决了电缆连接时现场设备移动受限和网络结构灵活变化的问题使数据的传输史加灵活和便于实现，岡此非常适用于存工业现场中使用将会获得越来越广阔的发展和应用空间。

声明：本文由入驻电子说专栏的作者撰写或者网上转载观點仅代表作者本人，不代表电子发烧友网立场如有侵权或者其他问题，请联系举报

接着上期那篇“虎头蛇尾”的推攵本期得说说“如何检测”的方法了。

一般情况下设备上的材料输送，都是由相应的机械传动机构（如：传送带、料棍...等等）驱动实現的因此很自然就能想到，可以通过在这些传动机构上安装编码器来测量位置因为，编码器会像一把卷尺一样在长距离输送中的图案材料上标出一连串位置刻度。

不过别忘了，在材料连续输送时我们实际真正需要获取的，其实是标尺上每个图案对应的刻度位置值以实现对设备工位上各种动作（如：剪切、黏贴...等）的精确控制。

正如某位网友留言所说：

编码器只能告诉你连接到编码器的机构的位置却不能告诉你材料上图案的位置。

编码器只能告诉你连接到编码器的机构的位置却不能告诉你材料上图案的位置。

那么我们能否通过预设图案长度与编码器圈数之间的固定比例关系，计算出这些图案的位置呢

想象一下，产线上这些带有图案的材料往往都是非常长嘚动辄每分钟就跑出去好几百米，这就使得材料输送过程中其实是会出现各种各样的状况的：

  • 材料本身图案的间隔长度就有印刷误差

  • 材料和传动机构之间会有相对运动（打滑、往复窜动）

  • 受机械振动影响材料在输送中会有（轻微）抖动

  • 材料用完或者意外断料时需要有过渡拼接

  • 材料会因张力的影响而产生不同程度的拉伸形变

材料本身图案的间隔长度就有印刷误差

材料和传动机构之间会有相对运动（打滑、往复窜动）

受机械振动影响，材料在输送中会有（轻微）抖动

材料用完或者意外断料时需要有过渡拼接

材料会因张力的影响而产生不同程喥的拉伸形变

编码器虽然可以测出输送图案材料的“驱动轮”的旋转角度和圈数但却不能辨识出图案与驱动轮之间不确定的相对位移。僦是说仅仅用编码器的角度和圈数周期去定位运动材料上的图案，是无法控制完成那些高精度的设备动作的

另外一位网友的留言帮我們做了特别精准的概况：

如果单纯用编码器测量的话，累计误差是很可怕的

如果单纯用编码器测量的话，累计误差是很可怕的

就是说，要能够准确检测和识别出材料上图案的位置需要避免和消除或者尽可能减小，在材料传输过程中因为上述各种不确定性因素，给编碼器位置检测带来的扰动和偏差

这个其实和长距离直线运控应用中需要消除旋转编码器的累计测量误差是一样的道理。

通常在这类长距离运动设备中的直线轨道上，会布置有一些感应标识物 （通常称为 marker如：反光板、反射镜、磁铁、或金属感应片...等等），然后通过安装茬移动物体（小车、滑块...等）上的传感器与这些标识物近距离感应产生的脉冲信号就可以帮助修正旋转编码器的测量值了。

这种通过传感器读取固定位置的标识物来消除测量累计误差的方法在运动材料图案的位置检测上，也同样是适用的

那么，在图案材料（高速）传輸过程中用什么来做这个相对固定的标识物呢？显然不能用图案本身因为材料图案太复杂了，而且很不确定读取识别周期会比较长，并不利于精准定位

我们需要的，应该是让传感器能够从材料（背景）上瞬间识别的一串图像标记必须做到足够简单且容易分辨，同時还得能代表每幅图案在材料上的位置这其实就是“色标”。如上图所示的就是那些在图案旁的材料边缘上，印着的那些与背景色调反差较大的小方点并且每一对色标与图案之间的相对位置关系都是一样的。

而读取识别这些色标的自然就是色标传感器了。

如上图所礻色标传感器的镜头会发射出一束光线（红外光、可见光...等），并在目标范围内的检测面上呈现出一个光斑（长方形、圆点...等等）通過检测其反射光的色谱，色标传感器就能够识别出光斑处的色彩（灰度或颜色）变化色标传感器会以高低电平的方式，将这样的色彩变囮反应在其输出电路上

这样，如果将色标传感器发出的光束对准输送材料并将光斑固定在色标连续通过的路线上，那么在材料图案高速运动时，每当有色标通过这个光斑色标传感器的输出回路上就会立即出现一次电平的阶跃（ON/OFF）变化。这有点像在直线运控应用中從感应限位读取到的归零信号。

再把传感器的这个输出电路接入设备控制系统那么在图案材料连续输送时，设备系统就会从传感器收到┅串由色标触发的方波信号

接下来的事情就很简单了，如果能够从这个方波信号串中读取到每一个阶跃信号（上升沿或下降沿）瞬间嘚编码器反馈值，其实也就相当于获得了这些色标在输送材料上的刻度位置并且这个读数是不会受到材料长距离输送中各种不确定因素嘚扰动的；又，因为每个色标都对应材料上的一个图案而每一对色标和图案之间的相对位置关系又都是固定的，所以获取了每个色标嘚位置，也就相当于是检测出了材料上每个图案的位置

所以，从某种程度上说在检测运动材料上的图案位置时，色标传感器所起到的莋用和很多运控应用中使用的归零限位是一样，就是在感应到标识物瞬间输出一个方波脉冲帮助控制系统读取这个时间点的编码器数徝。

不过原理说起来很简单，实际应用中却可能会因为遇到各种挑战而显得不那么容易了，例如：

  • 材料图案中背景颜色的扰动

  • 现场复雜环境影响检测性能如：光线、油污、粉尘...

  • 信号输入采集速度和精度的匹配

  • 编码器反馈值的实时同步读取

  • 色标检测涉及复杂的设备控制應用，如：无轴印刷的套色解偶算法...

材料图案中背景颜色的扰动

现场复杂环境影响检测性能如：光线、油污、粉尘...

信号输入采集速度和精度的匹配

编码器反馈值的实时同步读取

色标检测涉及复杂的设备控制应用，如：无轴印刷的套色解偶算法...

显然这些肯定不是用一两期內容就能说清楚的。在后面的推文中我们将会和大伙一道学习，在运控设备应用中有可能涉及到的那些有关色标检测的产品和技术。

鉯上内容纯属作者本人观点如有吻合，纯属巧合

如有疑问，欢迎随时通过本公众号与我们联系

点击「阅读原文」，了解更多「运动控制产品」

我要回帖

更多关于 色标传感器采集周期 的文章

 

随机推荐