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基于工业总线控制的在线聚合物杂质测量仪的硬件设计 基于工业总线控制的在线聚合物杂质测量仪的硬件设计

摘要：聚合物材料的洁净度是衡量聚合物产品质量的重要指标之一，怎样提高聚合物产品洁净度，是众多聚合物生产企业和以聚合物为生产材料的企业所面临的最重要的问题。为了解决这一难题，本文针对工业总线控制的在线聚合物杂质测量系统及其相关技术进行研究。本文应用光学成像原理，采用实时测量技术与数字图像处理技术，完成了对聚合物杂质测量系统的设计。

本文叙述了聚合物杂质测量系统的整体结构设计方法，对其中的驱动电路、检测电路、通信电路作了详尽的分析与设计。 关键词CCD；信号处理；单片机；工业总线

中图分类号：P204 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

Abstract: The cleanliness of the polymer material is one of the important indicators to measure the quality of polymer products, how to improve the cleanliness of the polymer product is the most important issues facing many polymer manufacturers and polymer materials for the production of enterprises. To solve this problem, polymer impurities measurement systems for industrial bus control and related technologies. In this paper, optical imaging, real-time measurement technology and digital image processing technology, complete the design of polymer impurities in the measurement system.This paper describes the overall structure of the polymer impurity measurement system design methodology, the drive circuit, the detection circuit, communication circuit, made a detailed analysis and design. Key words CCD; signal processing; microcontroller; industrial bus

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千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行 绪论 概述

聚合物是由一种或几种结构单元通过共价键连接起来的分子量很高的化合物，按其性质和用途可分为橡胶、化学纤维和塑料等几大类。聚合物产品具备许多优越性能，被广泛的应用于人们的日常生活，并成为工、农业生产和科学技术领域中不可缺少的重要材料。如何提高产品质量，与国际接轨，走向国际市场，已是摆在企业面前的重要课题。

现代化的生产线要求产品的检测必须具有速度快、精度高、在线自动检测的特点。这样不但可以减轻工人劳动强度、降低工作复杂度，还可以降低生产与检测过程中的人为因素，使检测结果更加客观化。同时更可用于统计分析缺陷，找出其产生原因，以便优化结构设计与制作工艺，从而提高生产效率，增加生产效益。在这种情况下迫切需要高精度的自动检测系统，实现聚合物产品的快速动态全场在线测量。

系统整体硬件设计 系统整体框图

本系统中，由单片机控制系统整个测量电路，以实现各参数的采集和计算。整个系统硬件框图如图3-1所示。下面分别就本控制器所采用的硬件和硬件电路设计进行介绍（其中电源模块部分本系统采用成品电源，并不在本设计之内）。

图3-1 杂质测量仪硬件系统结构框图 主要器件的选择 微处理器的选择

本系统中选择了宏晶公司的STC89C54RD+型单片机。STC89C54RD+型单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰、高速、低功耗的单片

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机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。 CCD器件选取

在本系统中，聚合物薄膜的移动速度是20mm/s,要求CCD的行分辨率达到20µm，则CCD的行扫描频率至少不低于1kHz，为实现较为精确的缺陷识别，系统要求每行采集1024个像元，即CCD信号采集速率至少要达到2MHz。

综合以上考虑，本系统选用日本东芝公司生产的线阵CCD（TCD132D）。 A/D转换器的选取

在本系统中由于需要对背景光强、阈值电压、调焦电压等多路信号进行实时监测，并要求抗干扰以及成本适中，所以在本系统中选择了TI公司生产的多通道数模转换器TLC2543。TLC2543是TI公司的12位串行模数转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。由于是串行输入结构，能够节省51系列单片机I/O资源；且价格适中，分辨率较高，在仪器仪表中有较为广泛的应用。 D/ A转换器的选取

系统中由于需要对电机进行精确的控制，本系统中采用变频器来控制三相交流电机，只需要给变频器0~10V直流电压即可实现控制电机调速，这就要求产生直流电压的D/A转换器有很高的转换精度和转换速率，并且占用单片机I/O口少。综合系统要求，在本系统中选用了TI公司生产的数模转换芯片TLC5615。TLC5615性能价格比高，目前在国内市场很方便购买。 CCD驱动及其信号处理

CCD作为光电图像传感器在许多领域里得到广泛的应用。被检测对象的光信息通过光学成像系统成像于CCD的光敏面上，CCD的像敏单元将其上的光强度转换成电荷量，存于器件的相应位置。CCD在一定频率的时钟脉冲驱动下，将所存信号以一定的方式输出，便在CCD的输出端获得被测图像的视频信号。 TCD132D详细介绍及驱动电路设计

电荷耦合器件简称CCD，它具有光电转换、信号存储和信号传输