色标检测技术的研究

色标检测技术的研究

色标传感器的选用随着国内食品、药品和食品软包的快速发展，颜色传感器的需求与日本相比急剧增加。然而,在很多包装、印刷机械的自控系统中,尤其是精度、响应速度、可靠性要求较高的场合,传统的传感器已不能满足需求,而国内市场又缺乏相对高端的色标传感器,这些行业只能耗费巨资采购进口产品。因此,研制精度高、可靠性好、防护等级优良、调节灵活、价格适中的具有国内自主产权的智能型色标传感器具有重要意义。1材料的光度特性光度学或对比度(Contrast)测量法,就是采用光度学方法探测色标和背景的反射光强差,然后加以区分。在光度学中,材料的光度特性是指材料对入射到其表面的光的反射、吸收、透射、漫射或受光照后激发出其他波长的光等的特性。材料的光度特性跟入射光的波长、入射方向、入射功率、偏振态有关,跟材料的材质、厚度、表面状态(干湿、粗糙程度)、颜色有关,跟测量的位置、方向有关,还跟环境温度等因素有关。色标检测的原理可以概括为:发出强度一致的同一色光(或白光)到被测物面并接收其漫反射,根据该漫反射光强与事先设定的参考量是否一致来分辨不同的物面。2智能型色标传感器系统智能型色标传感器的硬件包括3个部分:(1)电源。包括外部10～30V(DC)输入电源到传感器所需工作电压的转换、输出驱动与保护等。(2)模拟信号调制与解调。包括光源调制、光电转换、前置放大、带通滤波、相关器、电平平移等。(3)单片机系统。包括调制与解调参考方波产生、按键与指示灯、输出控制、AD与DA转换、二值化、通信等电路。图1给出了智能型色标传感器系统框图。这里,为了提高检测的速度,色标的二值化由单片机内部的模拟比较器来实现,其中比较器负相端为色标阈值,与D/A的输出端相连。这样,就不必用单片机的A/D对输入信号进行实时采样和判断,大大提高了检测的速度,同时也节省了CPU的运算开销,让CPU有更多的时间来处理其他诸如按键、消隐、通信控制等事件。3a提取参数动态软件部分分为以下几个部分:(1)初始化。包括:I/O端口初始化;定时器0和1初始化,并设置好相位差,用以产生频率一致、相位稳定的两路方波信号;实时时钟初始化;看门狗、串口、模拟比较器的初始化;上电方式检测;变量的初始化;ADC/DAC初始化;运行参数的装载。(2)按键检测及指示灯控制。包括4个按键、4种击键方式(单击、双击、长按、连击)、3种示教方式(静态,动态,远程)、1个设置模式的检测及相应指示灯的控制。(3)比较判断与输出控制。在比较判断中,判断输入模拟量和阈值的大小关系,并根据设定的亮动/暗动、OFF延时、消隐情况来控制输出驱动管的导通、截止状态。(4)非易失性参数存取。利用IAP对Flash进行数据的保存、读取、校验等。(5)漂移检测、补偿。通过软件的方式来检测输入模拟信号的漂移量,对阈值进行补偿。(6)串口通信。主要是调试命令解释与执行。3.1ctheneshold-价阈值控制程序用于对静态2点示教和动态示教时采样得到的色标值、背景值进行判断,看对比度是否大于最小检测条件(CONTRAST-MIN),若满足最低检测条件,则计算色标值与背景值的中点为阈值。子程序代码如下:bitTeach(void)//示教子程序,示教成功返回1,否则返回0{ucharcTemp;bitbIsOK;//示教if(cBackground-Value>cColorMark-Value)//白底上的色标{cContrast-Value=cBackground-Value-cColorMark-Value;cTemp=cColorMark-Value+(cContrast-Value/2);}else//黑底上的色标{cContrast-Value=cColorMark-Value-cBackground-Value;cTemp=cBackground-Value+(cContrast-Value/2);}if(cContrast-Value>=CONTRAST-MIN)//表示可以分辨,则改变cThreshold-Value{cThreshold-Value=cTemp;bIsOK=1;//示教结果标记为1}else//不可分辨,则不改变cThreshold-Value{bIsOK=0;//示教结果标记为0}returnbIsOK;}3.2义fps.LPC900系列单片机提供了对Flash内存进行“应用中编程(IAP)”的方法(IAP-Lite),本文利用该功能将非易失数据保存在Flash中,从而无需外部数据存储器(EEPROM)。以单字节IAP为例给出程序代码(FLASH-WriteByte函数)如下,多字节连续编程类似。/*定义FLASH控制命令字*/#defineLOAD0x00/*加载数据*/#definePROG0x48/*编程*/#defineERS-PROG0x68/*擦除编程*/bitFLASH-WriteByte(uint8code*addr,uint8dat){bitbEA;bitbIsOK;FMCON=LOAD;//设置加载数据命令FMADRH=((unsignedchar)(((unsignedint)(addr))≫8));//设置写入地址FMADRL=((unsignedchar)(addr));FMDATA=dat;//转载待写入数据到缓冲寄存器bEA=EA;//暂存EA值EA=0;//关总中断.注意:如果在IAP过程中有中断产生,IAP操作将终止FMCON=ERS-PROG;//擦除编程EA=bEA;//恢复EA值bIsOK=((FMCON&0x0F)==0x00);returnbIsOK;}4光干扰的消除干扰源、干扰耦合通路以及敏感设备是构成电磁干扰必备的3个要素。抑制干扰源、阻断耦合以及提高敏感设备的抗扰阈值是解决电磁兼容问题的根本措施。干扰耦合的机制包括传导耦合和辐射,对于本文而言,其中的辐射还包括了背景光的干扰。为了提高色标传感器的抗干扰能力,考虑以下几个方面:(1)器件选型上,选择噪声容限高的器件,在封装形式上尽可能选用抗干扰能力强、体积小的贴片封装。(2)在集成芯片的电源和地两端增加旁路电容和去耦电容。(3)线路板的合理布局和布线,包括良好的接地。(4)软件上,通过看门狗防止程序“跑飞”,对数据进行范围测试,数据校验,数字滤波等。(5)光干扰的抑制。主要有2类方法:①光学方法,如,设计光学透镜系统使接收器只对特定范围内的光线敏感,用滤光镜滤除杂光,采用偏振光等;②电路方法,如,采用调制光源并在电路上采用相干检测,通过电路滤波滤除干扰光引起的电信号等。5色标传感技术本文所设计的色标传感器达到了32级灰度检测、4.5μs的重复精度、10kHz的开关频率,