图像采集通用控制系统的设计与实现

张超，古乐野，徐晓，乔忠慧

(中国科学院成都计算机应用研究所，四川成都610041）

摘要：本文介绍了一种基于ARM的实时图像采集通用控制系统的设计与实现。在设计中主要采用了LPC2132微控制器芯片和四相步进电机正弦波驱动器STK672—080芯片。文中主要介绍了该控制系统的工作原理、系统组成、硬件设计以及软件设计中的关键问题。

关键词：ARM；图像采集；人机交互；步进电机

中图分类号：TP368.1文献标志码：B

Design and Implementation of Universal Control System in

Image Collection

ZHANG Chao, GU Le-ye, XU Xiao, QIAO Zhong-hui

(Chengdu Institute of Computer Application, Chinese Academy of Sciences, Chengdu, Sichuan

610041, China)

Abstract：This paper introduced the design and implementation of real-time image collection’s control system based on ARM. LPC2132 microcontroller and the sine wave stepping motor driver were adopted in the system. This paper also described the construct of the system, design of hardware, several critical techniques in the development of software of the control system.

Key words: ARM; image collection; human-computer interaction; stepping motor

0 引言

OCR（Optical Character Recognition）阅读机是以实时图像采集和图像处理为核心技术的, 主要由送纸机构、扫描主体和接纸机构三部分组成。送纸机构主要功能是搓动纸张，并将纸张传送到扫描主体中；扫描主体的主要功能是采集图像，并将纸张传送到接纸机构中；接纸机构主要功能是装载已经扫描过的纸张。在OCR阅读机中，控制系统的性能直接决定图像采集的速度。本文介绍了一种基于ARM的图像采集通用控制系统的设计方案，这种方案比较稳定、可靠，还大大提高了图像采集的速度。

1 系统结构设计和工作原理

图1 OCR阅读机的控制系统部分组成框图

本控制系统主要有ARM主控模块、电源模块、信号检测模块、电机驱动模块和显示驱动及按键模块五个部分；ARM控制模块是主控模块；电源模块提供系统中各芯片所需的电

压；电机驱动模块主要负责控制步进电机；显示驱动及按键模块用来输出与用户进行交互的提示信息，并识别用户的按键信息。图1是OCR阅读机的控制系统部分的结构组成。

在OCR阅读机的控制系统中有两个步进电机：送纸电机和走纸电机。送纸电机用于在送纸机构处搓动纸张，把纸张传送到扫描通道中；走纸电机用于把扫描通道中的纸张传送到接纸机构中。以ARM为核心的控制系统是OCR阅读机的控制系统部分，主要功能是利用信号采集模块采集的纸张有无信号以及用户提供的按键信息对步进电机进行准确控制，同时在显示驱动模块输出已经扫描的纸张数目以及扫描故障等信息，以方便与用户进行交互。

2 主要芯片介绍

在图像采集控制系统中用到的芯片主要有ARM微控制器芯片、步进电机驱动器。ARM 芯片选用的是Philips公司的LPC2132微控制器芯片；嵌入式运动控制技术广泛采用ARM 微控制器芯片，它包含了多个学科，它覆盖了嵌入式技术、计算机技术、智能控制技术、检测技术和运动控制技术等诸多方面【1】。步进电机驱动器选用的是SANYO公司的四相步进电机正弦波驱动器STK672—080。

2.1 LPC2132CPU简介

LPC2132CPU是Philips公司推出的基于ARM7TDMI-S核的精简指令系统的32位高速处理器，具有高集成度和高性价比，很适合于嵌入式系统设计【2】。它的工作电压为 3.3V，大大降低了功耗，内核ARM7TDMI-S的工作电压仅为 2.5V。较小的封装和极低的功耗使LPC2132CPU可以理想地用于小型系统中，如访问控制、POS机、通信网关、协议转换器、嵌入式软modem、声音辨别和低端成像、以及工业控制和医疗系统中【3】。LPC2132CPU本身的特点很好的满足了本系统的需要。

2.2 STK672-080简介

STK672-080是SANYO公司生产的一种步进电动机驱动器厚膜混合集成电路，它的输出级使用功率MOSFET组成，同时包含一个内部的微步距控制器和一个单极性的恒流PWM系统【4】。STK672-080内部提供的4相步进电动机分配控制器可获得准正弦波驱动电流，从而使用户应用更简单方便。它有五种激励（通电）方式，可提供微步距控制以使步进电动机的基本步距角的最大细分为1/16。STK672-080步进电机控制器的速度由时钟信号控制。通过它可使用户方便地实现高转、低振动水平、低噪音、快速响应和高效驱动的电动机控制系统。 STK672-080的典型应用包括传真机发送与接收步进电机驱动、复印机送纸、光学系统步进电机驱动、激光打印机鼓驱动、打印机台架步进电机驱动、X—Y绘图仪笔驱动、工业机械手以及其他步进电机的应用方面【4】。

3 硬件设计

3.1 电源模块

本控制系统采用单一电源供电，外接220V转19V的电源适配器，以ARM为核心的控制模块和显示驱动及按键模块需3.3V供电，步进电机需19V供电，同时OCR阅读机的图像采集部分需要5V供电，因而电源模块内部先采用LM2596S—ADJ开关电压调节器输出5V，然后再采用KIA117固定输出3.3V的LDO稳压器输出3.3V，这样就可以得到整个系统都需要的电压。用户在设计时可以参阅相关公司发布的芯片文档。

3.2 显示驱动及按键模块

显示驱动及按键模块的主要功能是提供一个人机交互界面，方便与用户进行交互；同时，用户还可以通过按键选择相应的控制功能。在本系统中，显示驱动模块采用的是3个8段共阳极数码管，通过驱动3个共阳极数码管向用户显示扫描纸张的计数信息、系统菜单信息和

扫描故障等信息，同时向用户提供两个按键。在实际系统中，如果用户想显示字符，可以自己进行数码管的驱动设置。

3.3 信号采集模块

在OCR阅读机中，图像采集控制系统的信号采用模块主要采用红外对管采集信号，在送纸机构处有一对红外对管用于检测纸张的有无，在扫描主体中有两对红外对管用于检测扫描主体通道中的纸张有无。在信号采集模块中要做AD转换，在LPC2132芯片中有1个10位8路AD转换器。根据信号采集模块采集的信号，系统用逻辑状态1表示有纸，用逻辑状态0表示无纸。因而，我们可以确定整个系统有四种逻辑状态：如下表所示：

送纸机构扫描通道含义

送纸机构有纸，扫描主体无纸

1 0

送纸机构和扫描主体都有纸

1 1

送纸机构没有纸，扫描主体有纸

0 1

送纸机构和扫描主体都没有纸

0 0

表1 OCR阅读机的逻辑状态

3.4 步进电机驱动模块

图2 电机驱动部分原理图

步进电机驱动模块主要是用来驱动步进电机，步进电机也叫步进器，它是利用电磁学原理将电能转化成机械能，将电脉冲信号转化成角位移或者线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加上一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。在本控制系统中采用的是两个步距角为0.9度的混合式步进电机，型号为江苏常州合泰电机有限公司生产的57BYG206-06。

步进电机在使用的时候都要配备特定的驱动电路，用户可以自己设计步进电机的驱动电路，也可以选用其他公司已经设计成型的步进电机驱动器。在本系统中采用四相步进电机正弦波驱动器STK672-080，STK672-080步进电机控制器的速度由时钟信号控制。在本系统中有送纸电机（主电机）和走纸电机（从电机）两个步进电机，为了提高系统的稳定性，系统采用了两个STK672-080驱动器，分别用于控制这两个步进电机，这样有利于提高系统的稳定性和可靠性。步进电机驱动部分的原理图如图2所示。

3.5基于ARM的主控模块

基于ARM的主控模块是本控制系统的核心部分，控制系统的所有功能都是通过该模块来完成的。ARM主控模块与其他辅助模块一起完成整个控制系统的功能，系统中用到了ARM的ISP功能，这样可以方便实现系统的软件升级。

4 软件设计

软件设计是本控制系统的另一个重要部分。在ARM控制系统中实现的主要有4个控制功能：通用扫描功能、纸张计数功能、纸张计数设定功能和纸张厚度自校功能。通用扫描功能是在启动机器后开始扫描，直到送纸机构中的所有纸张扫描完毕或者在扫描过程中出现重张或者纸张过长等故障时会提示故障信息时停止；纸张计数功能是预先设定一个要扫描的纸张数，在启动机器后开始扫描，在扫描计数达到预先设定的纸张计数值后暂停；纸张计数设定功能是用来根据实际需要设定纸张计数值，最大值为999。这个功能是与纸张计数功能配合使用的，在纸张计数设定完成后，会转到纸张计数功能；纸张厚度自校功能的目的是自行检测纸张厚度，以使系统更加安全可靠地运行，方便用户使用。

在实现以上4个功能的时候，有几个关键部分如下：

4.1 中断处理程序

在控制程序中，用到了一个定时器1（Timer1）的中断处理程序，在中断处理程序中完成了按键识别和上位机下发命令的识别、重张的检测、纸张过长检测、纸张的扫描计数和扫描纸张厚度的实时检测等重要功能。这些功能的实时性要求很高，因而放在定时器的中断处理程序中实现。

4.2 显示驱动及按键识别

在ARM控制程序中设计了两个函数用于LED的驱动显示，分别为displayLED()和displayFun()。displayLED()用于驱动三个数码管分别各自显示控制系统中要用到的全部字符；displayFun()中用来实现系统中功能菜单、扫描故障信息和数据的显示。

显示驱动及按键模块还提供了一个与用户进行交互的两个按键。在识别按键的时候要做按键的去抖动处理，本系统中按键的去抖动是通过软件实现的。所采用的软件去抖动方法是在检测出按键闭合后执行一个延时程序（大约10—20ms），待前沿抖动消失后再检测按键的状态，如果按键仍保持闭合状态则确认为真正有按键按下；当检测到按键释放时，也要执行一个延时程序，避开按键的后沿抖动。

4.3 人机交互界面的实现

目前，微控制器已经广泛应用到各个领域中，为了使机器的操作更简单，必须设计一个友好的人机交互界面[5]。为了方便用户的使用，在控制系统中设计了一个人机交互的界面。在控制程序中人机交互界面主要是通过功能菜单和用户按键结合的方式来实现的，根据用户按下某一个特定按键的次数来显示相应的菜单，并在菜单中实现其所对应的功能。

4.4 电机的控制

电机的控制是本控制系统中一个关键部分;在控制程序中有一个实现电机控制的函数ScanRun（）。控制程序中采集两个标准的纸张信号，送纸机构处有纸的信号ADC_Db和扫描通道中的有纸信号ADC_Da；另外还有两个实时采集的信号，送纸机构处的SampdataB 和扫描通道中的SampdataA。在控制程序中，将实时采集的信号和标准信号作比较，当实时采集信号小于或等于标准的纸张信号时，则表明有纸张；反之则确认为没有纸张。控制程序根据采集到的纸张有无信号对电机进行准确的控制。

5 结束语

本文介绍的基于ARM的实时图像采集的控制系统，具有一定的通用性，可以广泛用于大多数类似的嵌入式数据采集系统中。目前，本控制系统已成功的用于OCR阅读机中，经实验测定，OCR阅读机可以达到70张/分钟的速度，在采集纸币图像时，可以达到100张/分钟的速度，这比传统的图像采集系统速度提高了很多。

本文作者创新点：一方面大大提高了图像采集的速度，可以达到70张/分钟的速度；另一方面，具有一定的通用性，可用于大多数类似的嵌入式数据采集系统中。

项目经济效益：200万元

参考文献：

[1] 基于ARM芯片的嵌入式运动控制系统设计[J]．微计算机信息，2008，4-2,137-138

[2] LPC2131/2132/2138 User Manual, Preliminary Release, November 22, 2004

[3] 深入迁出ARM7：LPC213x/214x（上册）[M]．北京航天航空大学出版社，2006,50-51

[4] 四相步进电机正弦波驱动器STK672—080及其应用[J]．国外电子元器件，2003，9,44-46

[5] 按键与菜单在嵌入式系统中的应用设计[J].电子元件应用，2006(3)，59-62

作者简介：

张超（1982-），男，河南信阳人，硕士研究生，主要研究方向：嵌入式系统；古乐野（1960-），男，重庆人，博士生导师，主要研究方向：嵌入式系统；徐晓（1978-），男，河南洛阳人，工程师，主要研究方向：检测技术与自动化装置；乔忠慧（1983-），男，河北张家口人，硕士研究生，主要研究方向：嵌入式系统

Biography：Zhang Chao(1982-),male, Henan, master, research area: embedded system；Gu Le-ye(1960-), male, Chongqing, doctoral tutor, research area: embedded system; Xu Xiao(1978-), male, Henan, senior engineer , research area: detect technology and automatic equipment; Qiao Zhong-hui(1983-), male, Hebei, master, research area: embedded system.

图书馆：国家科学图书馆成都分馆成都文献情报中心图书馆电子期刊中有《微计算机信息杂志》

(完整版)基于CCD图像采集系统毕业设计

毕业设计（论文）基于CCD图像采集系统

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：日期：

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;曲线如下：法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。．阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根

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法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。．阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根二、第二次上机任务试用simulink方法解微分方程，并封装模块，输出为。得到各、1x i 状态变量的时间序列，以及相平面上的吸引子。 ?x?x??xx?3121? ??xx?x???322 ??xx?xx??x??32321参数入口为的值以及的初值。（其中，以及??????x28?10,?8/,,3,?i1模块输入是输出量的微分。）初值分别为提示：0.001xxx?0,?0,?312s:Simulink

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高中通用技术《控制与设计》教案高中通用技术《控制与设计》教案第一节：什么是控制 / 第二节：控制系统的基本组成与工作过程教学目标：知识目标： 1、理解控制的概念及在现在生活中的应用】 2、分析典型案例，熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程 3、熟悉闭环控制系统的基本组成，能画出一个简单的闭环控制系统的方框图

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教法：本的教学结合具体的教学内容和目标我们采用“案例情景—机理分析—总结归纳－认识提升”的模式展开。在教学中把知识点的教与学置于具体的案例情景当中，通过丰富而贴近生活的案例使学生从生活体验到理性分析的思维升华过程。同时关注学生能否用不同的语言表达、交流自己的体验和想法。通过富有吸引力的现实生活中的问题，使学生回想和体会控制系统的工作过程，激发学生的好奇心和主动学习的欲望。让学生本着“回想—分析—联想—猜想”的思维过程，对教学内容进行步步展开，使学生亲历自主探索和思维升华的过程。学法：鼓励学生自主探究和合作交流，引导学生自主观察、总结，在与他人的交流中丰富自己的思维方式，获得不同的体验和不同的发展。注意引导学生体会控制系统的工作过程和方式，特别是理解闭环控制的工作过程以及其构成的作用。教学过程 ) 引入：知识铺垫：通过系统与设计过度到第四单元：控制与设计

PCB图像采集系统研究背景意义及国内外现状

PCB 图像采集系统研究背景意义及国内外现状 1 研究背景 2 AOI 系统的研究和国内现状 3 研究意义 1 研究背景印刷电路板(Printed Circuit Board, PCB)又称为印刷线路板或印制电路板。印刷电路板是各种电子产品的主要部件，有“电子产品之母”之称，它是任何电子设备及产品均需配备的,其性能的好坏在很大程度上影响到电子产品的质量。几乎每一种电子设备都离不开PCB小到电子手表、计算器，大到航空航天、军用武器系统等，都包含各式各样，大小各异的PCB板。近年来，随着生产工艺的不断提高，PCB正在向超薄型、小元件、高密度、细间距方向快速发展。这种趋势必然给质量检测工作带来了很多挑战和困难。因此PCB故障的检测已经成为PCB制造过程中的一个核心问题，是电子产品制造厂商非常关注的问题。在生产线上，厂家为保证PCB板的质量，就得要求100%的合格率，对所有的部件、子过程和成品都是如此。在过去靠人工对其进行检测的过程中，存在以下几个不可避免的缺点： (1) 容易漏检。由于是人眼检测，眼睛容易疲劳，会造成故障不能被发现的问题。并且人工检测主观性大，判断标准不统一，使检测质量变得不稳定。 (2) 检测速度慢，检测时间长。比如对于图形复杂的印刷电路板，人工很难实现快速高效的检测，因此人工检测不能满足高速的生产效率。 (3) 随着技术的发展，设备的成本降低，人工费用增加，仍然由人工进行产品质量控制，将难于实现优质高效，而且还会增加生产成本。 (4) 在信息技术如此发达的今天人工检测有不可克服的劣势，例如：对检测结果实时地保存和远距离传输，对原始图像的保存和远距离传输等。 (5) 有些在线检测系统是接触式检测，需要与产品进行接触测量，因此，有可能会损伤产品。因此，人工检测的精确性和可靠性大打折扣，传统意义上的检测方法不再能适应现代电路板检测的要求。如果漏检的有错误的电路板进入下一道工序，随着每一项工艺步骤的增加，到最终经过贴装阶段后，仍然会被检测出来是有故障的，那时，制造厂商与其花费大量的人力和成本来检测、返修这块电路板，还不如选择丢

控制系统仿真课程设计

控制系统仿真课程设计（2010级）题目控制系统仿真课程设计学院自动化专业自动化班级学号学生姓名指导教师王永忠/刘伟峰完成日期2013年7月

控制系统仿真课程设计（一） ——锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真1.1 设计目的本课程设计的目的是通过对锅炉水位控制系统的Matlab仿真，掌握过程控制系统设计及仿真的一般方法，深入了解反馈控制、前馈-反馈控制、前馈-串级控制系统的性能及优缺点，实验分析控制系统参数与系统调节性能之间的关系，掌握过程控制系统参数整定的方法。 1.2 设计原理锅炉汽包水位控制的操作变量是给水流量，目的是使汽包水位维持在给定的范围内。汽包液位过高会影响汽水分离效果，使蒸汽带水过多，若用此蒸汽推动汽轮机，会使汽轮机的喷嘴、叶片结垢，严重时可能使汽轮机发生水冲击而损坏叶片。汽包液位过低，水循环就会被破坏，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，甚至爆炸。常见的锅炉汽水系统如图1-1所示，锅炉汽包水位受汽包中储水量及水位下汽包容积的影响，而水位下汽包容积与蒸汽负荷、蒸汽压力、炉膛热负荷等有关。影响水位变化的因素主要是锅炉蒸发量（蒸汽流量）和给水流量，锅炉汽包水位控制就是通过调节给水量，使得汽包水位在蒸汽负荷及给水流量变化的情况下能够达到稳定状态。图1-1 锅炉汽水系统图

在给水流量及蒸汽负荷发生变化时，锅炉汽包水位会发生相应的变化，其分别对应的传递函数如下所示：（1）汽包水位在给水流量作用下的动态特性汽包和给水可以看做单容无自衡对象，当给水增加时，一方面会使得汽包水位升高，另一方面由于给水温度比汽包内饱和水的温度低，又会使得汽包中气泡减少，导致水位降低，两方面的因素结合，在加上给水系统中省煤器等设备带来延迟，使得汽包水位的变化具有一定的滞后。因此，汽包水位在给水流量作用下，近似于一个积分环节和惯性环节相串联的无自衡系统，系统特性可以表示为 ()111()()(1)K H S G S W S s T s ==+ （1.1）（2）汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性在给水流量及炉膛热负荷不变的情况下，当蒸汽流量突然增加时，瞬间会导致汽包压力的降低，使得汽包内水的沸腾突然加剧，水中气泡迅速增加，将整个水位抬高；而当蒸汽流量突然减小时，汽包内压力会瞬间增加，使得水面下汽包的容积变小，出现水位先下降后上升的现象，上述现象称为“虚假水位”。虚假水位在大中型中高压锅炉中比较显著，会严重影响锅炉的安全运行。“虚假水位”现象属于反向特性，变化速度很快，变化幅值与蒸汽量扰动大小成正比，也与压力变化速度成正比，系统特性可以表示为 222()()()1f K K H s G s D s T s s ==-+ （1.2）常用的锅炉水位控制方法有：单冲量控制、双冲量控制及三冲量控制。单冲量方法仅是根据汽包水位来控制进水量，显然无法克服“虚假水位”的影响。而双冲量是将蒸汽流量作为前馈量用于汽包水位的调节，构成前馈-反馈符合控制系统，可以克服“虚假水位”影响。但双冲量控制系统要求调节阀具有好的线性特性，并且不能迅速消除给水压力等扰动的影响。为此，可将给水流量信号引入，构成三冲量调节系统，如图1-2所示。图中LC 表示水位控制器（主回路），FC 表示给水流量控制器（副回路），二者构成一个串级调节系统，在实现锅炉水位控制的同时，可以快速消除给水系统扰动影响；而蒸汽流量作为前馈量用于消除“虚假水位”的影响。

通用技术控制与设计方案_通用技术控制与设计

通用技术控制与设计方案_通用技术控制与设计【教学设计】通用技术控制与设计下面是小编整理的通用技术控制与设计，供大家参考! 复习内容：第一节：什么是控制第二节：控制系统的基本组成与工作过程教学目标：知识目标：

1、理解控制的概念及在现在生活中的应用 2、分析典型案例，熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程 3 、熟悉闭环控制系统的基本组成，能画出一个简单的闭环控制系统的方框图 4 、理解控制系统的基本组成过程与方法：理解控制系统的基本组成和简单的工作过程情感态度与价值观：充分利用技术的作用，解决生活与学习中的问题复习重点：理解控制系统的基本组成和简单的工作过程复习难点：理解控制系统的基本组成和简单的工作过程

教法：本章的教学结合具体的教学内容和目标我们采用”案例情景--机理分析--总结归纳-认识提升”的模式展开。在教学中把知识点的教与学置于具体的案例情景当中，通过丰富而贴近生活的案例使学生从生活体验到理性分析的思维升华过程。同时关注学生能否用不同的语言表达、交流自己的体验和想法。通过富有吸引力的现实生活中的问题，使学生回想和体会控制系统的工作过程，激发学生的好奇心和主动学习的欲望。让学生本着”回想--分析--联想--猜想”的思维过程，对教学内容进行步步展开，使学生亲历自主探索和思维升华的过程。学法：鼓励学生自主探究和合作交流，引导学生自主观察、总结，在与他人的交流中丰富自己的思维方式，获得不同的体验和不同的发展。注意引导学生体会控制系统的工作过程和方式，特别是理解闭环控制的工作过程以及其构成的作用。

引入：知识铺垫：通过系统与设计过度到第四单元：控制与设计第一节什么是控制 1、控制的概念： 2、控制的应用：第二节：控制系统的基本组成与工作过程 1、控制系统：【案例分析】自行车速度的控制的实现过程、电风扇风速的控制过程、自动门的控制过程、遥控电视频道更换的控制过程、航空模型的控制过程

图像采集系统设计

DSP实习报告题目：图像采集系统的设计班级：xxx 姓名：xxx 学号：xxx 指导老师：xxxx

目录一.实习题目 (3) 二.实习背景知识 (3) 三.实习内容 (5) 四.实习程序功能与结构说明 (8) 六．实习心得 (19)

一、实习题目图像采集系统的设计二、实习目的： 1、熟练掌握数字信号处理的典型设计方法与技术手段； 2、熟悉D6437视频输入，输出端的操作及编程。； 3、掌握常用电子仪器设备的使用方法； 4、熟悉锐化变换算法。三、实习背景知识 1、计算机 2、CCS3.3.软件 3、DSP仿真器 4、EL_DM6437平台 EL-DM6437EVM是低成本，高度集成的高性能视频信号处理开发平台，可以开发仿真达芬奇系列DSP应用程序，同时也可以将该产品集成到用户的具体应用系统中。方便灵活的接口为用户提供良好的开放平台。采用该系列板卡进行产品开发或系统集成可以大大减少用户的产品开发时间。板卡结构框图如图所示：

板卡硬件资源： TMS320DM6437 DSP ，可工作在400/600 MHz； 2 路视频输入，包括一个复合视频输入及一个S端子视频输入；保留了视频输入接口，可以方便与CMOS影像传感器连接； 3 路视频输出，包括2路复合视频，一路S端子输出； 128MByte 的DDR2 SDRAM存储器，256MBit的Nor Flash存储器；用户可选的NAND Flash接口；可选的256K字节的I2C E2PROM； 1个10M/100Mbps自适应以太网接口； 1 路立体声音频输入、1路麦克风输入，1路立体声音频输出； USB2.0高速接口，方便与PC连接； 1个CAN总线、1个UART接口、实时时钟（带256Byte的电池保持RAM）；4个DIP开关，4个状态指示LED；可配置的BOOT模式； 10层板制作工艺，稳定可靠；标准外部信号扩展接口； JTAG仿真器接口；单电源+5V供电；板卡软件资源：

控制系统仿真课程设计

控制系统数字仿真课程设计 1．课程设计应达到的目的 1、通过Matlab仿真熟悉课程设计的基本流程； 2、掌握控制系统的数学建模及传递函数的构造； 3、掌握控制系统性能的根轨迹分析； 4、学会分析系统的性能指标； 2．课程设计题目及要求设计要求 1、进行系统总体设计，画出原理框图。（按给出的形式，自行构造数学模型，构造成1 个零点，三个极点的三阶系统，主导极点是一对共轭复根） G（s）=10(s+2)/(s+1)(s2+2s+6) 2、构造系统传递函数，利用MATLAB绘画系统的开环和闭环零极点图；(分别得到闭环和开环的零极点图)参考课本P149页例题4-30 clear; num = [10,20]; den =[1 3 8 6]; pzmap(num,den) 3、利用MATLAB绘画根轨迹图，分析系统随着根轨迹增益变化的性能。并估算超调量=16.3%时的K值（计算得到）。参考课本P149页例题4-31 clear num=[10,20]; den=[1 3 8 6]; sys=tf(num,den); rlocus(sys) hold on jjx(sys); s=jjx(sys); [k,Wcg]=imwk(sys)

set(findobj('marker','x'),'markersize',8,'linewidth',1.5,'Color','k'); set(findobj('marker','o'),'markersize',8,'linewidth',1.5,'Color','k'); function s=jjx(sys) sys=tf(sys); num=sys.num{1}; den=sys.den{1}; p=roots(den); z=roots(num); n=length(p); m=length(z); if n>m s=(sum(p)-sum(z))/(n-m) sd=[]; if nargout<1 for i=1:n-m sd=[sd,s] end sysa=zpk([],sd,1); hold on; [r,k]=rlocus(sysa); for i=1:n-m plot(real(r(i,:)),imag(r(i,:)),'k:'); end end else disp; s=[]; end function [k,wcg]=imwk(sys) sys=tf(sys) num=sys.num{1} den=sys.den{1}; asys=allmargin(sys); wcg=asys.GMFrequency; k=asys. GainMargin;

MATLAB控制系统与仿真设计

MATLAB控制系统与仿真课程设计报告院（系）：电气与控制工程学院专业班级：测控技术与仪器1301班姓名：吴凯学号：1306070127

指导教师：杨洁昝宏洋基于MATLAB的PID恒温控制器本论文以温度控制系统为研究对象设计一个PID控制器。PID控制是迄今为止最通用的控制方法，大多数反馈回路用该方法或其较小的变形来控制。PID控制器（亦称调节器）及其改进型因此成为工业过程控制中最常见的控制器(至今在全世界过程控制中用的84%仍是纯PID调节器，若改进型包含在内则超过90%)。在PID控制器的设计中，参数整定是最为重要的,随着计算机技术的迅速发展，对PID参数的整定大多借助于一些先进的软件，例如目前得到广泛应用的MATLAB仿真系统。本设计就是借助此软件主要运用Relay-feedback法，线上综合法和系统辨识法来研究PID控制器的设计方法，设计一个温控系统的PID控制器，并通过MATLAB中的虚拟示波器观察系统完善后在阶跃信号下的输出波形。关键词：PID参数整定；PID控制器；MATLAB仿真。 Design of PID Controller based on MATLAB Abstract This paper regards temperature control system as the research object to design a pid controller. Pid control is the most common control method up until now; the great majority feedback loop is controlled by this method or its small deformation. Pid controller (claim regulator also) and its second generation so become the most common controllers in the industry process control (so far, about 84% of the controller being used is the pure pid controller, it’ll exceed 90% if the second generation included). Pid parameter setting is most important in pid controller designing, and with the rapid development of the computer technology, it mostly recurs to some advanced software, for example, mat lab simulation software widely used now. this design is to apply that soft mainly use Relay feedback law and synthetic method on the line to study pid

苏教片高中通用技术技术与设计1全套教案(最完整版)

高一通用技术技术与设计1 全册教案

第一章：走进技术世界一、技术的价值（一）教材分析“技术的”是苏教版通用技术教材必修1的第一章《走进技术世界》的第一节内容，.知识与技能 ⑴理解技术人类需求技术的。使学生感受技术采用师生互动探究式教学方法。直观图片、详实资料教学过程（第一课时）教学环节教师引领学生活动设计意图通用技术课程介绍 1.何为是通用技术课程？通用技术课程是高中学生的必修课程，是一门立足实践、注重创造、高度综合、科学与人文融合的课程 2.为何要开设通用技术课程？随着科学技术突飞猛进地发展，技术成为我们生活中的客观存在，成为引起和应对社会变化的重要因素。因此，技术素养是当代青少年的基本素养，开设通用技术课程的核心目的就是培养学生的技术素养。 3.如何学好通用技术课程？ ⑴在学习中要学会综合运用所学到的知识，善于思考，勤于动手，学中做，做中学，积极参与技术活动和亲身经历、体现设计过程。 ⑵学习中要采取主动学习、合作学习、网络学习等多种方式，促进能力的提升。 ⑶注意运用教材，明确“学习目标”，注重技术思想与技术方法

的学习，注重探究和实验。教学内容 [板书]（一）技术的含义[板书]1.技术的产生创设情境归纳总结指导学生阅读教材004页内容人类在生活中，需要着衣以遮身御寒，于是有了纺织、印染、缝制技术的产生；需要进食以补充能量，于是有了食品烹饪加工技术以及农作物栽培、家畜饲养技术的产生；需要住所以避风挡雨、抵御外来侵害，于是有了建筑技术的产生；需要出行以认识更广阔的世界，于是有了车船制造技术的产生；需要交往以保持与别人的联系，于是有了通信邮电技术的产生…… 结论：从人类磨制石器、钻木取火开始，技术就为满足人类需要而开始了它的历史旅程。阅读教材人类的需求不断推动技术的产生和发展[板书]2.技术的发展创设情境案例分析：从火到灯――人类走向文明的历程阅读教材理解技术的发展过程归纳总结讨论： 1.如果人类没有控制和利用火的技术，没有发明灯，那么世界将会是怎样的？ 2.人类对光的需求，怎样推动了照明技术的发展？总结：人类的需求不断推动技术的产生和发展。讨论并回答案例分析：

基于Labview的图像采集与处理

目前工作成果：一、USB图像获取 USB设备在正常工作以前，第一件要做的事就是枚举，所以在USB摄像头进行初始化之前，需要先枚举系统中的USB设备。（1）基于USB的Snap采集图像程序运行结果：此程序只能采集一帧图像，不能连续采集。将采集图像函数放入循环中就可连续采集。

循环中的可以计算循环一次所用的时间，运行发现用Snap采集图像时它的采集速率比较低。运行程序时移动摄像头可以清楚的看到所采集的图像有时比较模糊。（2）基于USB的Grab采集图像运行程序之后发现摄像头采集图像的速率明显提高。

二、图像处理 1、图像灰度处理（1）基本原理将彩色图像转化成为灰度图像的过程成为图像的灰度化处理。彩色图像中的每个像素的颜色有R、G、B三个分量决定，而每个分量有255中值可取，这样一个像素点可以有1600多万（255*255*255）的颜色的变化范围。而灰度图像是R、G、B三个分量相同的一种特殊的彩色图像，其一个像素点的变化范围为255种，所以在数字图像处理种一般先将各种格式的图像转变成灰度图像以使后续的图像的计算量变得少一些。灰度图像的描述与彩色图像一样仍然反映了整幅图像的整体和局部的色度和亮度等级的分布和特征。图像的灰度化处理可用两种方法来实现。第一种方法使求出每个像素点的R、G、B三个分量的平均值，然后将这个平均值赋予给这个像素的三个分量。第二种方法是根据YUV的颜色空间中，Y的分量的物理意义是点的亮度，由该值反映亮度等级，根据RGB和YUV颜色空间的变化关系可建立亮度Y与R、G、B三个颜色分量的对应：Y=0.3R+0.59G+0.11B，以这个亮度值表达图像的灰度值。（2）labview中图像灰度处理程序框图处理结果：

复杂过程控制系统设计与Simulink仿真

银河航空航天大学课程设计（论文）题目复杂过程控制系统设计与Simulink仿真班级学号学生姓名指导教师

目录 0. 前言 (1) 1. 总体方案设计 (2) 2. 三种系统结构和原理 (3) 2.1 串级控制系统 (3) 2.2 前馈控制系统 (3) 2.3 解耦控制系统 (4) 3. 建立Simulink模型 (5) 3.1 串级 (5) 3.2 前馈 (5) 3.3 解耦 (7) 4. 课设小结及进一步思想 (15) 参考文献 (15) 附录设备清单 (16)

复杂过程控制系统设计与Simulink仿真姬晓龙银河航空航天大学自动化分校摘要：本文主要针对串级、前馈、解耦三种复杂过程控制系统进行设计，以此来深化对复杂过程控制系统的理解，体会复杂过程控制系统在工业生产中对提高产品产量、质量和生产效率的重要作用。建立Simulink模型，学习在工业过程中进行系统分析和参数整定的方法，为毕业设计对模型进行仿真分析及过程参数整定做准备。关键字：串级；前馈；解耦；建模；Simulink。 0.前言单回路控制系统解决了工业过程自动化中的大量的参数定制控制问题，在大多数情况下这种简单系统能满足生产工艺的要求。但随着现代工业生产过程的发展，对产品的产量、质量，对提高生产效率、降耗节能以及环境保护提出了更高的要求，这便使工业生产过程对操作条件要求更加严格、对工艺参数要求更加苛刻，从而对控制系统的精度和功能要求更高。为此，需要在单回路的基础上，采取其它措施，组成比单回路系统“复杂”一些的控制系统，如串级控制（双闭环控制）、前馈控制大滞后系统控制（补偿控制）、比值控制（特殊的多变量控制）、分程与选择控制（非线性切换控制）、多变量解耦控制（多输入多输出解耦控制）等等。从结构上看，这些控制系统由两个以上的回路构成，相比单回路系统要多一个以上的测量变送器或调节器，以便完成复杂的或特殊的控制任务。这类控制系统就称为“复杂过程控制系统”，以区别于单回路系统这样简单的过程控制系统。计算机仿真是在计算机上建立仿真模型，模拟实际系统随时间变化的过程。通过对过程仿真的分析，得到被仿真系统的动态特性。过程控制系统计算机仿真，为流程工业控制系统的分析、设计、控制、优化和决策提供了依据。同时作为对先进控制策略的一种检验，仿真研究也是必不可少的步骤。控制系统的计算机仿真是一门涉及到控制理论、计算机数学与计算机技术的综合性学科。控制系统仿真是以控制系统的模型为基础，主要用数学模型代替实际控制系统，以计算机为工具，对控制系统进行实验和研究的一种方法。在进行计算机仿真时，十分耗费时间与精力的是编制与修改仿真程序。随着系统规模的越来越大，先进过程控制的出现，就需要行的功能强大的仿真平台Math Works公司为MATLAB提供了控制系统模型图形输入与仿真工具Simulink，这为过程控制系统设计与参数整定的计算与仿真提供了一个强有力的工具，使过程控制系统的设计与整定发生了革命性的变化。

图像采集系统的制作方法

本技术涉及一种图像采集系统，其能够适用于对不同分辨率、不同图像输出接口的相机，并且具备自检功能，实现对自身系统误差进行检测，大大提高了图像采集工作的工作效率和可靠性。该系统包括相机和上位机；还包括分别与相机和上位机相互通讯的相机通用检测设备；相机通用检测设备包括子板以及母板；子板包括第一基板、设置在第一基板上的N个相机接口、N个接口芯片、N个电平转换芯片以及第一电连接器；母板包括第二基板、设置在第二基板上的电源模块、第二电连接器、FPGA芯片、SDRAM芯片、串行UART接口以及数据传输接口；第一电连接器和第二电连接器是板间电连接器，通过这两个电连接器将第一基板和第二基板互联起来。技术要求 1.一种图像采集系统，包括相机和上位机；其改进之处在于：还包括分别与相机和上位机相互通讯的相机通用检测设备；相机通用检测设备包括子板以及母板；子板包括第一基板、设置在第一基板上的N个相机接口、N个接口芯片、N个电平转换芯片以及第一电连接器；母板包括第二基板、设置在第二基板上的电源模块、第二电连接器、FPGA芯片、SDRAM芯片、串行UART接口以及数据传输接口；第一电连接器和第二电连接器是板间电连接器，通过这两个电连接器将第一基板和第二基板互联起来；相机图像输出接口与第一基板上的接口芯片、相机接口、电平转换芯片电连接，用于对图像数据进行传输和处理；第二基板上的SDRAM芯片、串行UART接口以及数据输出接口均与FPGA芯片电连接；串行UART接口与上位机电连接用于接收上位机发送的控制指令，数据输出接口与上位机通过千兆以太网实现物理连接，通过标准的UDP协议实现相互通讯；电源模块用于给相机供电。 2.根据权利要求1所述的图像采集系统，其特征在于：所述FPGA芯片上运行的模块包括：图像接口控制模块、图像数据缓存模块、虚拟相机控制模块、以太网数据打包模块、以太网发送模块、SDRAM控制模块以及UART模块；图像接口控制模块针对不同的接口的相机产生不同的时序接口波形，控制接口芯片完成相机图像数据的正确采集；图像数据缓存模块将采集到的图像数据缓存到FPGA内部的FIFO中，并在缓存到特定FIFO深度的时候，通知以太网数据打包模块读取FIFO内部的数据，并按照协议进行打包；虚拟相机控制模块根据上位机的指令设置，产生不同分辨率的15个虚拟相机图像，且在同一时刻，只产生一种虚拟相机图像用于对相机自身进行检测；以太网数据打包模块根据上位机的指令设置，选择“图像数据缓存模块”或者“虚拟相机控制模块”的其中一个，读取其中的数据进行以太网数据打包；

自动控制系统课程设计说明书

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书（论文）课程名称：自动控制理论课程设计设计题目：直线一级倒立摆控制器设计院系：电气学院电气工程系班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：2016.6.6-2016.6.19 手机号码：哈尔滨工业大学教务处

直线一级倒立摆控制器设计摘要：采用牛顿—欧拉方法建立了直线一级倒立摆系统的数学模型。采用MATLAB 分析了系统开环时倒立摆的不稳定性，运用根轨迹法设计了控制器，增加了系统的零极点以保证系统稳定。采用固高科技所提供的控制器程序在MATLAB中进行仿真分析，将电脑与倒立摆连接进行实时控制。在MATLAB中分析了系统的动态响应与稳态指标，检验了自动控制理论的正确性和实用性。 0.引言摆是进行控制理论研究的典型实验平台，可以分为倒立摆和顺摆。许多抽象的控制理论概念如系统稳定性、可控性和系统抗干扰能力等，都可以通过倒立摆系统实验直观的表现出来，通过倒立摆系统实验来验证我们所学的控制理论和算法，非常的直观、简便，在轻松的实验中对所学课程加深了理解。由于倒立摆系统本身所具有的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合特性，许多现代控制理论的研究人员一直将它视为典型的研究对象，不断从中发掘出新的控制策略和控制方法。本次课程设计中以一阶倒立摆为被控对象，了解了用古典控制理论设计控制器(如PID控制器)的设计方法和用现代控制理论设计控制器(极点配置)的设计方法，掌握MATLAB仿真软件的使用方法及控制系统的调试方法。 1.系统建模一级倒立摆系统结构示意图和系统框图如下。其基本的工作过程是光电码盘1采集伺服小车的速度、位移信号并反馈给伺服和运动控制卡，光电码盘2采集摆杆的角度、角速度信号并反馈给运动控制卡，计算机从运动控制卡中读取实时数据，确定控制决策(小车运动方向、移动速度、加速度等)，并由运动控制卡来实现该控制决策，产生相应的控制量，使电机转动，通过皮带带动小车运动从而保持摆杆平衡。