自动检测论文范文

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2系统设计

2．1硬件部分

本设计的主机所要实现汇总从机发来的信息和预先设定的霉变阈值相比较，判断每个从机位置的机采棉情况。如果出现异常，主机控制警报系统工作，显示屏可以利用键盘控制其翻页功能，实时显示出每个从机位置的机采棉情况。从机主要负责将采集来的温湿度信息，经处理后，送入主机。鉴于以上因素，主、从机都选用单片机STC89C516RD+。该款单片机具有加密性强、低功耗、速度快和精度高等特点，其核内有64kB的flash，1280B的RAM，16kB的ROM，可以满足控制的需要。每个从机位置的温湿度信息检测，采用探头检测，在每个探头的不同位置，均匀分布4个温度传感器和4个湿度传感器，分别构成该从机的温度传感器组和湿度传感器组。湿度传感器选用HM1500，模拟量输出，在5V供电条件下，输出0～4V范围的电压对应相对湿度值0～100%;因为是线性输出，所以可以直接和单片机相连，为了检测信号的稳定性，可以将湿度传感器的输出量经过同相跟随器将信号稳定后送入单片机。温度传感器选用AD590为模拟信号输出需要驱动电路驱动后才能使温度信号经A/D转换送入单片机;可测量范围－55～150℃，供电范围宽，4～30V;图2为温度传感器AD590的驱动电路图。显示模块要求实时显示各个从机控制的检测探头位置的温湿度以及每个探头所在位置的坐标值，通过键盘的上下键控制显示屏的翻页和刷新。所以，采用液晶显示器LCD1602两行显示，就可以达到系统设计要求。键盘模块是向主机输入预设的参考值以及控制显示屏的翻页与刷新，基于以上功能采用4×4的行列式键盘。

2．2软件部分

首先，根据设计目标，细化软件每一部分的功能，统筹设计各部分功能之间的逻辑关系。垛储机采棉温湿度检测系统的软件设计采用keiluvision2编程环境，编程实现主从机的功能。keilC51是一个比较主流的单片机研发设计的开发工具，主从机的程序编写采用模块化编程。其调试程序、完成各部分编程后，将程序的．hex工程文件烧录至Proteus软件下的仿真电路图，仿真效果达到最佳时，记录电路设计的优化参数;根据此优化参数，设计垛储机采棉温湿度自动检测系统的实物硬件。垛储机采棉温湿度自动检测系统的主机程序流程图，如图3所示。

3试验结果分析

系统的软硬件调试完成后，在南口农场进行测试试验。系统测试了垛储机采棉的温湿度值。表1为垛储机采棉温湿度检测系统测试的温湿度数据。从表1中可以看出，本文设计的检测系统检测出的机采棉温湿度值和人工测量的实际值近似相符。试验结果表明:该系统能够精确、实时地检测垛储机采棉的温湿度，达到了垛储机采棉储存情况的安全控制。

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软件的生命周期主要由软件定义、软件开发和软件维护三部分组成。对于软件的各个不同阶段，尽可能地将软件的开发设计工作划分为具体的任务，并且使任务之间的关联性降低，尽可能地相互独立，从而可以有效地降低软件开发的复杂性，利于软件开发工作的组织管理，简化其工作流程。

1．2软件定义时期

对软件进行定义的主要目的是明确软件开发工作的总目标和该软件工程的可行性，分析软件系统需要实现的具体功能及采取何种手段实现该功能，并对整个系统所需要的成本和资源进行初步的估算，设计出工程的进度表。该阶段的工作主要由系统分析员完成，其主要工作有：

（1）问题描述和可行性分析。

进行此阶段分析时，主要由软件系统的需求方和软件开发方相互协商，明确软件系统的目标及可行性。问题描述主要是明确需要解决什么问题，对问题进行准确的定位，将问题的困难程度、性质、规模及目标等内容以书面的形式进行描述，并上报给上级主管部门。对软件需求方的使用者进行走访，对问题的理解进行扼要的描述，并将写好的报告反馈给用户，查看问题的描述是否准确，统一双方的意见，直至达到最终的协议。对于可行性的分析，当前对于该定义并没有给出明确的定义，其主要目的是描述该系统是否值得去做，是否有合适的技术能够解决此问题。在该阶段的可行性相对比较简短，只是从总体上进行分析，并不涉及具体的问题。

（2）分析需求。

明确软件系统可行之后，就需要对软件的功能进行详细的分析，即：为了达到使用者的要求，软件系统必须能够做什么和具备哪些具体的功能。另外，用户当进行软件操作时，必须有个清晰的认识，利用该软件系统要达到哪个具体的目标。开发人员和使用者必须进行详细的、准确的沟通，利用数据模型、数据字典、数据流图及算法设计出整个软件系统的逻辑模型。在该阶段，必须让用户参加，并给出具体的意见。

1．3软件开发时期

对于软件的开发，主要由计划、设计、编码和测试四部分组成，计划和设计是系统设计，编码和测试是系统实现。软件的开发由计划开始，完善的计划可以为软件的开发节省大量的时间和精力；设计是在计划的基础上，进一步的完善，给出问题的每一个步骤，是对整个系统功能的完整描述；系统设计完成后，开始进行编码操作，即对问题的具体实现，在编码中，要符合编写规范的要求，保证程序的易读易维护；没有一个软件是一次编写成功的，需要反复的测试才行，当前的测试从小到大，分别是单元测试、集成测试和验收测试，每次测试都要进行详细的记录，为以后软件的维护打好基础。

1．4软件维护时期

如果说前面的步骤是软件的实现过程，那么软件的维护时期就是软件的使用过程，软件的维护时期最长，由于软件随着使用环境的不断变化，软件的功能逐渐不能满足用户的需求和无法正常使用，为了延长软件的使用寿命，必须对软件进行维护处理。对于软件的维护活动主要分为4类，分别是：改正性维护、完善性维护、适应性维护和预防性维护。根据维护的情况不同，每个维护都要有详细的报告，通过报告来进行制定维护计划、修改软件设计、代码修改和测试等一系列的过程。

2测试自动化

开发人员设计好程序之后，无法直接投入使用，需要对代码进行测试，而软件测试是一个非常烦琐的过程。据统计，软件工程人员无法及时交付软件的主要原因是在规定的时间内没有对软件进行完整的测试和修订。21世纪，时间就是金钱，时间就是企业的生命，软件投入市场越早，就越有可能提前掌握先机，从而获得更高的利润。传统的软件测试方法无疑已经无法适应当前IT行业的发展，自动化测试软件可以使测试流水化，使得在较短的时间内充分对软件进行测试，现在，越来越多的软件企业选择测试自动化。

2．1测试自动化的定义

当前，对于测试自动化的定义比较多，但总结起来为：能够通过自动化的测试工具，针对软件测试，在预设条件下运行系统或应用程序，评估运行结果，预先条件应包括正常条件和异常条件。从而达到减轻手工测试的劳动量，节省测试时间的目的。测试自动化在很多情况下都具有非常大的使用价值，例如在进行脚本测试时，可以产生许多重复调用的代码，在进行压力测试时，可重用很多次该脚本。如果利用手工测试方式进行压力测试，那么可能要花费相当长的时间，而且有时有些软件的缺陷还不能及时地发现，测试自动化保证了软件的稳定性和准确性。

2．2测试自动化的生命周期

进行自动化测试的工具也是一种软件，有其自身的生命周期，主要分为需求分析、计划、设计、实现、集成、维护和终结等过程。对于需求分析阶段，主要是对测试的用例进行详细的分析，明确测试用例的可行性，考察用例是否可以重复利用，对测试有何价值；在计划阶段，设计测试的进度和生成相关的文档；设计主要是描述自动化测试的模块，而描述是对这些模块的实现；对写好的软件模块进行集成，生成相应的具有特定功能的测试包；最后对软件的测试自动化工具进行维护，随着时间的推移，结束自动化测试生命周期。

3测试自动化软件的实现

3．1需求分析阶段

在该阶段，测试工程师和手机终端使用者要一起参加需求分析的讨论，分析测试的环境和过程，测试不同的环境下手机的使用情况。在进行手机通信测试的需求分析里，假定使用300个测试用例，分析其自动化测试的流程，形成书面的需求规格说明文档，并进行专门的评审，对测试用例进行审查。

3．2计划阶段

主要完成计划进度表的建立。例如整个手机终端测试需要五周时间完成，计划和设计需要半周，开发和执行需要三周，测试需要一周半。在规划测试计划时，在对每一次进行操作进行相关文档的说明，其中文档的完成工作也需要在计划时间以内，建立和维护一个测试环境文档是非常重要的。

3．3设计阶段

对于手机通信系统来说，软件的升级不会带着新的错误，即功能是不变的，由于测试的脚本具有共用性，模块化的设计是非常有必要的。在设计的过程中，要注重命名规则，以免发生混淆，使得模块发生混乱。

3．4实现和集成阶段

实现主要是在设计的基础上，进行编码，最终完成软件，每次代码更改运行要记录初始状态和运行后状态，及时进行备份。对软件进行集成分块测试，将生成的测试包提交给组装集成测试人员，对其进行评审和验证，详细记录其结果。

3．5维护和终结阶段

软件自动化测试生成后，要根据使用环境和用户的不同进行维护处理，并不断对其进行改进，这个过程可以通过问题跟踪工具来完成。随着新技术的来临，软件会越来越不适应企业的要求，就要对其进行终结，重新研发新的测试软件。

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电子产品的核心部分——印刷电路板(PCB)，是集成各种电子元器件的信息载体，在各个领域得到了广泛的应用，是电子产品中不可缺少的部分。PCB的质量成了电子产品能否长期、正常、可靠的工作的决定因素[1]。随着科技的发展，PCB产品的高密度、高复杂度、高性能发展趋势不断挑战PCB板的质量检测问题。传统PCB缺陷检测方式因接触受限、高成本、低效率等因素，己经逐渐不能满足现代检测需要，因此研究实现一种PCB缺陷的自动检测系统具有很大的学术意义和经济价值[2]。国内外研究的PCB缺陷检测技术中，AOI（Automatic Optic Inspection自动光学检测）技术越来越受到重视，其中基于图像处理的检测方法也成为自动光学检测的主流。本文通过图像处理技术研究了一种大视场、高精度、快速实时的PCB缺陷自动检测系统，设计了硬件结构和软件算法流程。通过改进的电机驱动方式配合一键式自动检测软件的设计，大大提高了系统的检测速度，对结果分析模块的缺陷识别算法的改进提高了检测结果的准确性。

1.系统结构

PCB缺陷自动检测系统主要由运动控制模块、图像采集模块、图像处理模块、结果分析模块组成。系统工作过程如下：上位机控制步进电机运动，步进电机带动二维平台运动，将CCD摄像机传输到待检测PCB上方，对PCB进行大场景图像采集，采集的图像经过图像采集卡送到上位机，上位机软件对采集的图像进行拼接、图像预处理，对处理的图像进行准确定位并校准，通过图像分割、图像形态学处理等，最后进行模板匹配、图像识别，得出缺陷检测结果。系统设计包括硬件设计和软件设计，系统软硬件相互协调工作构成一个整体。

2.系统硬件设计

PCB缺陷自动检测系统的硬件设计主要包括二维运动平台、电机运动控制板、电机驱动板、CCD摄像机、图像采集卡、PC等，其结构如图1所示。

2.1 CCD摄像机和图像采集卡

CCD摄像机的主要特性参数包括摄像机制式、光敏面尺寸、像素尺寸、分辨率、电子快门速度、同步系统的方式、最小照度、灵敏度、信噪比等。其中摄像机制式和是否在线检测决定了图像采集卡的采样频率，光敏面尺寸、像素尺寸、分辨率以及成像透镜系统的放大率的平衡选择取决于测量范围和测量精度[3]。考虑到以上各个因素以及系统要求，在实验中采用的是广州视安公司的枪式摄像机，该摄像机的特点是数字面阵CCD逐行扫描，提供AV复合视频接口和标准镜头接口，提供VC的SDK软件开发包，方便设计软件处理模块。

图像采集卡，又称视频捕捉卡，是视频卡的一种类型。图像采集卡完成的主要功能是把摄像机的连续模拟视频信号转换成为离散的数字量。其基本原理：从摄像机输出的各种制式的视频输出信号，经过输入选择模块处理后，形成能被图像采集卡识别的视频信号。模拟视频信号经过转换后，存储在卡上的帧缓存存储器内，由计算机CPU通过计算机总线控制具体的图像传递，最终存储在计算机的内存或硬盘，用于图像处理[4]。本设计采用的图像采集卡型号是：NV7004-N，将CCD摄像机模拟信号转化为数字信号传输到上位机实时显示，并能完成图像的抓拍功能。

2.2 电机运动控制器及精密二维运动平台

PCB缺陷自动检测系统的运动控制器为自行设计的MCU控制板，核心芯片为ATMEL公司生产的单片机AT89S52，控制板通过RS-232串行通信接口与上位机进行通信。通过操作人机交互界面对控制板发送命令，控制板输出控制信号以及各种频率的方波信号到步进电机驱动板，以控制步进电机的转速、方向以及移动距离。

二维运动平台由两个日本SUS Corp公司生产的精密运动导轨搭建，运动导轨为滚珠丝杆型，非常精密，误差很小。步进电机与运动导轨相连，从而带动导轨的运动。步进电机为日本TAMAGAWA公司生产的两相四线制混合式步进电机，该型号步进电机运行稳定、噪声小。

2.3 电机驱动

步进电机的驱动实际上就是通过控制步进电机的各相励磁绕组的电流，使步进电机的内部磁场合成方向发生变化，从而使步进电机转动起来。各相励磁绕组的电流产生的合成磁场矢量的幅值决定了步进电机旋转转矩的大小，相邻两合成磁场矢量之间的夹角大小决定了步距角的大小[5]。

在拍数一定的情况下，齿数越多，步距角就越小，但由于受制作工艺的限制齿数不能做得很多，因此步进电机的步距角就不可能很小。改变步进电机的拍数也可以改变步距角，拍数是指完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数。当步进电机的相数确定时，拍数也就确定。通过增加步进电机的齿数和相数来减小步距角，步距角减小的度数非常有限，很难满足生产的要求。

细分数越多，电流变化越小，从而大大减少了电机的振荡和噪音。采用阶梯状正弦波对电流进行细分时，阶梯越多(即细分数越多)，波形就越接近正弦波，通入的阶梯电流就越小，步距角也就越小[6]。从而大大减少了步进电机运行时的丢步率，降低了步进电机运行时的噪音和颤动，也使步进电机运行更加稳定，更易于控制。

3.系统软件设计

3.1 系统算法流程

手动检测可以根据需要在采集图像时直接通过控制步进电机运动将CCD摄像头运动到待测PCB板的主要部位，在进行图像处理时也可以根据图像质量来选择与之相适应的图像处理算法来实现，使系统具有交互性。自动检测初始化设置参数后，可以一键实现缺陷检测得出检测结果，减少了操作复杂度，也大大提高了检测的速度，使系统具有自动化、操作简单、速度快等优点。本文结合二者于一体，使PCB缺陷自动检测系统更加优秀，更加实用。

3.2 缺陷检测

当前印刷电路板缺陷检测方法主要分为参考比较法、非参考比较法和混合法三大类，参考比较法将被测图像和参考图像进行特征对特征的比较；非参考比较法不需要任何的参考图像，只是根据先前设计的规则标准来判断出是否有缺陷，如果不符合标准便认为此有缺陷；混合法是参考比较法和非参考比较法综合应用。本文主要使用参考比较法，通过检测PCB图像与标准图像进行对比分析，判断该PCB板是否有缺陷[7]。

3.3 缺陷识别

3.4 结果分析

4.结论

本文基于计算机视觉和图像处理设计了一个印刷电路板(PCB)缺陷自动检测系统，并对其功能进行了验证，实验结果表明该系统界面友好，操作简单，检测方法简单，检测过程迅速，检测结果准确。该系统为PCB缺陷的检测提供了一个很好的解决方案，具有重要的应用价值。

参考文献

[1]孙晓婷.PCB视觉检测系统的研究[D].长沙:中南大学硕士论文,2008.

[2]2012-2016年中国PCB连接器市场预测及投资建议报告[R].中商情报网.

[3]俞玮.AOI技术在PCB缺陷检测中的应用研究[D].成都:电子科技大学硕士论文,2007.

[4]崔怀峰.PCB表面缺陷自动光学检测技术的研究[D].江门:五邑大学硕士论文,2010.

[5]李玲娟,刘景林,王灿.两相混合式步进电机恒转矩细分驱动技术研究[J].微电机,2007,40(3):48-50.

[6]黄露.基于FPGA的步进电机控制系统设计与实现[D].重庆:重庆大学硕士论文,2011.

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中图分类号： TN70?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）08?0117?03

Study on home wireless anti?theft alarm system based on Android

CHEN Jing， WANG Zhi?hua

（School of Science， Beijing Forestry University， Beijing 100083， China）

Abstract： The household anti?theft alarm system based on Android platform and combined with the microcontroller not only can achieve low?cost detection， display and alarm， but also can transmit the system data to the users’ intelligent mobile phone in wireless transmission mode through the serial port WIFI equipment， and realize remote wireless control. The ultrasonic ranging module， vibration detection module and infrared emission circuit are used in the system to realize automatic detection function. The buzzer and LED are adopted to achieve sound and light alarm function. The AVR single chip microcomputer with built?in reduced instruction set is taken as data processing center. The system status data is sent to the module LAK?RMO4 through the asynchronous serial transceiver USART. The TCP/IP protocol stack is built in the module to realize data transmission and conversion among the user serial port， Ethernet and WIFI interface. Through programming of Android mobile phone application program， the user can achieve data transmission between AVR SCM and intelligent mobile phone in intelligent mobile phone， and realize setting and control of the whole system.

Keywords： anti?theft alarm； AVR MCU； Android platform； LCD12864

随着人们安全防范意识的逐步增强，作为智能家居系统的一个重要组成部分，家庭监控和防盗报警系统实现了自动监测报警，以使家庭财产免受损失的功能，其性能的好坏直接关系到整个智能家居系统的好坏。与境外安防产品的成熟程度相比，中国安防产品市场的产业结构上呈现出产业区域分布不均衡、垄断程度低、市场占有率低等特点。现在，急需能够低成本检测、显示和报警，并且能够通过智能手机等设备接收实时信息，并实现远程无线控制、具有一定市场竞争力的产品出现[1]。本文设计的家用防盗报警系统，通过各个传感器系统的自动检测，单片机收集传感器信号进行报警数据的处理，并通过串口?WiFi将数据发送到用户的手机上，同时用户也能发送控制命令给单片机，从而实现对整个系统的控制。本设计是单片机和Android平台的结合，不仅实现低成本检测、显示和报警，而且能够实现远程无线控制。

1 系统整体结构及软件流程设计

本设计整体分为4个部分：自动检测、声光报警、液晶显示和终端控制，其中AVR单片机是数据处理的中心，控制传感器模块及电路，采集和处理检测到的各种信号，进行计算和判断，从而决定是否启动声光报警系统，并将得到的数据信息显示在LCD12864上，供用户查看；单片机的串口与串口转WiFi模块的串口通过2×3串口线相连，单片机将系统状态信息通过串口发送数据，串口转WiFi模块自动将数据通过WiFi发射到空间，Android手机通过本设计中编写的客户端就可以实现系统控制[2]，系统整体结构框图如图1所示。

图1 系统整体结构框图

单片机部分的程序主要完成自动检测、声光报警和液晶显示功能，其串口接收采用中断方式，只有单片机串口接收到数据时，才会将接收标志receverflag置1，这时才会运行串口数据发送子程序。本设计中，使用了三处中断进行数据处理，另外两处分别是超声波测距子程序和振动检测子程序，超声波测距时，单片机I/O口发送超过10 μs的高电平，然后计时器计时同时主程序循环等待PD2检测到上升沿电平；振动检测时，PD3检测到上升沿电平时进入振动检测子程序，该子程序包含报警设置及显示判断。在液晶显示部分，有3个显示页面，分别有Page_1，Page_2，Page_3作为显示标志，在每个子程序和主程序中，当要显示数据时，首先判断要显示的页面标志是否为1[3?4]。单片机部分程序流程如图2所示。

下面具体叙述报警系统各项功能的实现过程。

2 系统功能的实现

2.1 自动检测功能

2.1.1 超声波测距模块

HC?SR04超声波测距模块可以实现2～400 cm距离的测量，精度可达0.3 cm。模块主要包括超声波发射器、接收器和控制电路。模块的工作原理：

（1） 采用I/O触发测距，给至少10 μs的高电平信号；

（2） 模块自动发送8个40 kHz的方波，自动检测是否有信号返回；

（3） 有信号返回，通过I/O输出一高电平；

（4） 单片机计时的时间就是超声波从发射到返回的时间，距离=340×[t2]。

2.1.2 震动检测模块

震动检测模块用来检测系统的震动，本设计中用来检测窗户的震动。传感器采用的是SW?18020P，SW?18020P任何角度均可触发工作，适用于小电流电路触发。本模块不震动时，震动开关呈断开状态，输出端输出高电平，绿色指示灯不亮；震动时，震动开关瞬间导通，输出端输出低电平，绿色指示灯亮；输出端与单片机直接相连，通过单片 机来检测高低电平，由此来检测环境是否有震动，起到报警作用。

图2 单片机部分程序流程图

2.1.3 红外对射电路

在本设计中，红外发射电路和红外接收电路分别被安装在用户的门和门框上。在门正常关闭的情况下，红外接收管与红外接收管正对；当门打开时，红外接收管接收不到发射管发射出的红外线，此时，单片机检测到的电压数值发生变化。依据门打开的程度，电压变化不同，用户可以自行设定报警电压阈值[5]。

2.2 声光报警功能

2.2.1 蜂鸣器

在本设计中，采用的是有源蜂鸣器，只需要接上额定的电源就可以连续发声。但是在实际设计中，通常采用三极管驱动放大来保障通过蜂鸣器的电流大小，从而保障声音的质量。虽然直接利用高低电平输出能够实现报警功能，但若采用AVR T2的CTC输出功能，能够对频率进行编程，使蜂鸣器发声富有变化，更能够引起主人的注意。在这种模式下，蜂鸣器还可用于进行简单音乐的播放。

2.2.2 发光二极管

在本设计中每路检测都有一路LED相连，显示检测到的状态信息，同时任何一路都会触发蜂鸣器报警。

2.3 液晶显示

AVR单片机在运行过程中，通过传感器模块和电路，自动检测用户住宅的状态信息，并将传感器模块和电路测得的状态数据，通过I/O数据口传输到单片机内部。单片机一方面将这些数据与预先设定的阈值比较，从而判断是否启动声光报警；另一方面，将这些数据显示在液晶显示屏上，供用户实时查看当前的状态信息[6]。系统状态显示页面显示的内容是：门、窗关闭或打开，距离数值。当红外发射管与红外接收管之间有物体遮挡时，可以模拟门打开的状态，此时，门状态由“关闭”变为“打开”，如图3、图4所示。

图3 系统状态显示页面

图4 门由“关闭”变为“打开”

对于窗户和距离是同样的道理，本系统会实时监测用户住宅状态，并同步显示在液晶屏幕上。由于单液晶屏幕显示内容有限，作为交互性的智能设计，要求设计满足用户能够自行设置参数的功能，因此设计了多个液晶显示页面，作为演示，只显示2个页面，分别是状态显示页面和参数设置页面。系统初始界面是状态显示页面，显示当前系统状态。设计2个机械按键供用户切换页面和设计参数，用户可以通过按键切换到其他页面。在参数设置页面，用户通过参数设置按键可以设置灵敏度。灵敏度共分4种：10 cm，20 cm，30 cm，40 cm，代表距离是10 cm，20 cm，30 cm，40 cm时启动声光报警。参数设置页面如图5所示。

2.4 终端控制

终端控制功能的实现是通过编写一个Android客户端，该客户端可以进行Socket通信，即可以通过给定的IP和端口利用Android手机的WiFi功能连接服务器，进行数据的传输和系统的控制。在本设计中，单片机与Android手机之间进行数据传送时传送的是命令代码，该命令代码是一个16进制数，该数据由8位二进制数组成的单片机和Android手机通过对该数据的8位进行解析，从而得到系统的状态信息 [7] 。客户端使用方法：用户在Android手机上安装该客户端后，打开手机的WiFi功能，在IP，PORT输入框输入IP地址和端口，点击连接按钮，连接成功后，该按钮会显示“断开”；中间区域显示系统状态，当状态发生变化时，其显示会发生变化；下面区域为命令代码输入区域，用户可以根据需要输入相应的代码。

图5 参数设置页面

客户端功能实现：客户端程序初始化：为各个显示控件添加属性，并为按钮添加响应事件；接按钮响应事件：单击按钮时，与指定的IP、端口建立Socket连接；输入流线程：接收输入流，并根据输入流数据对显示区进行设置；命令代码确定按钮：将输入的命令代码通过已经建立的Socket通信通道已数据流的形式发送出去。

3 结 论

本文设计的家用无线防盗报警系统是基于单片机和Android平台，实现了以下几个功能：

（1） 自动检测功能，超声波测距模块检测陌生人与用户住宅的实际距离，振动检测模块检测窗户的振动，该模块与单片机的I/O口直接连接，实时检测模块电平变化，红外对射电路检测房门的开关，房门正常关闭情况下红外接收电路接收红外发射管发射的红外线，与单片机相连的I/O口检测到一定的模拟电压，通过A/D转换将电压数值存储在AVR单片机内部，当房门打开时红外接收电路接收不到红外线，该电压值发生变化，单片机通过与存储的电压数值比较，判断处理。

（2） 声光报警功能，该功能主要有蜂鸣器和LED组成，该部分电路与单片机对应的I/O口连接，当单片机输出相应的电平时，三级管导通，电路就会工作，实现报警功能。

（3） 液晶显示，通过LCD12864将系统的状态信息显示出来供用户查看，同时按键与单片机I/O口连接，通过对按键的判断处理实现系统灵敏度的设置。

（4） 终端控制功能，该部分功能由HLK?RM04模块和Android智能手机实现，HLK?RM04模块的串口与单片机的串口连接，单片机将状态数据通过串口发送出去，HLK?RM04模块自动将串口接收的信息通过WiFi发送到空间，Android手机通过WiFi功能连接到该模块，通过本设计编写的客户端就能实现信息的接收和显示，同时发送对应的命令代码给单片机，单片机接收到命令代码解析后实现系统设置。

根据设计思想制作实物，经验证功能实现良好。本系统利用单片机和Android平台的结合，不仅实现低成本检测、显示和报警，而且通过串口?WiFi设备还能将系统数据无线传输到用户的智能手机上，真正实现了交互式的智能控制。   本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 论 文 网专业写作教育教学论文和毕业论文以及服务，欢迎光临DyLW.neT

参考文献

[1] 朱丹.基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统[J].绍兴文理学院学报，2010，30（10）：69?72.

[2] 桑顺，牛晓聪，赵媛媛，等.AVR单片机与51单片机的比较[J].企业技术开发，2011，30（8）：96?97.

[3] 牛睿，刘飞.基于AVR单片机的过采样原理的实现方法[J].自动化与仪器仪表，2008（3）：72?74.

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水是人们生产生活中最重要的物质之一，如何节约水资源，保障给水系统可靠、稳定，追求给水排水系统运行成本降至最低？是给水排水事业工作者们最关心的话题。

随着科学技术的发展，给水排水工程设备的落后得到了突显，业内的资源浪费是惊人的。如何解决给水排水工程设备落后的局面，推动给水排水行业节能降耗，建设资源节约型社会是本篇的主要话题。

给水排水设备怎样才能用高科技武装呢？首先，应对众多的给水排水系统进行全面剖析和研究，找出共性问题和个性问题。笔者对给水排水系统剖析研究已有十年以上，笔者认为：给水排水工程设备落后的主要方面是系统控制部分的落后。现将以上话题笔者观点叙述如下，望大家讨论，去伪存真，去粗存精。

一、节约水资源：

无论是从自然井、自行打井、江河、湖泊、自来水存水池、自来水管道抽水进高位水箱或水塔，都有水满需要及时停机的控制。人工控制是最原始也是最古老的方式之一，他的可靠性并不高；A-B浮球开关控制，是一种利用轻重球浮力机械拉力开关，控制电压高，开关寿命短，它的可靠性也不高；液位控制器有模拟电路和数字电路，模拟电路因使用条件要求高，实际应用可靠性不高，数字电路检测信号是低压、直流，电位信号，安全、可靠、使用寿命长；数字全自动水位控制器是专为给水排水工程设计的，它吸取众家之长，采用最新数字技术，在安全可靠性又上了一个台阶。只有可靠性上来了，才从源头上节约水资源。

二、保障给水系统运行稳定、可靠，是给水工作的重中之重。

1、保障给水系统水泵电机的正常运行：

给水系统运行有手动、半自动、自动、全自动四种方式之分，手动和半自动方式他只有启动系统运行和停止系统运行，对其它运行条件没有任何检测措施和控制方式。自动控制方式大部分控制器也不具备其他条件的自检功能和自控功能，前三种方式对给水系统的保障是没有技术措施。全自动控制器是对整个给水系统进行全面自检自控：一是对水泵电机电源进行实时检测，如三相电源的缺相、错相、电源频繁跳动，电源失压等均自动检测，自动控制停机保护。二是对水泵水源进行实时检测，如自行打井水源枯水期缺水，自来水源停水而采用潜水泵或管道泵的系统等均自动检测，自动控制停机。三是对水泵、电机的运行状态进行实时检测，如水泵不上水（清水泵进水部分密封失效），水泵长期运行后效率严重降低，水泵叶轮被异物卡堵，电机过载等均自动检测，自动控制停机保护。以减少非正常情况下的损坏。

2、抢抽水措施，由于自然井、自行打井、江河、湖泊在每年枯水期的水位都会降低，一次性抽水量都会减少。采用手动、半自动、自动的控制器都无法满足系统供水的要求，全自动水位控制器可定制自动抢抽水功能，只要有可抽水量，系统就会自动抢抽取水量来保障系统的给水需要。

三、追求给水排水系统运行成本降至最低

给水系统能可靠保障人们的正常生产生活用水要求，从源头上节约水资源这还不能适应现代节能降耗建设资源节约型社会的需要。要追求给水排水系统运行成本降至最低方案才是当今社会的需要。

目前市场上大多数使用的自动液位、水位控制器，是没有考虑系统节能降耗，追求系统运行成本降至最低的设计思路。大部分是以实现系统自动控制为设计目标。变频恒压给水系统，在控制方式上是先进的，它最大的优点是系统不需要高位水箱或水塔，但在节能降耗方面，新建投资方面，贮能保障方面以及运行可靠性方面（受采集信号的电接点压力表可靠性限制）均不及传统的高位水箱或水塔系统。笔者认为：传统的高位水箱或水塔给水系统配上先进的全自动控制系统是最先进最完美的系统。先进的全自动控制系统应采用数字技术设计成全自动水位控制器，应以追求给水排水系统运行成本降至最低的解决方案为设计理念，以系统全自动控制为主线，运行实时自动检测，自动控制，结合系统节能降耗，创造出一个使给水排水系统运行成本降至最低的解决方案。

1、防止任何状态下水泵电机的空运行：

1）、水源无水不运行，水源水量太少不运行。

2）、三相电源错相不运行。

3）、水泵吸程密封失效不上水不运行。

2、防止水泵低效率运行：

1）、水泵长期运行后，效率严重降低后不能运行。

2）、水泵吸程密封不良，抽水效率很低时不能运行。

3、优先利用低谷电能和避开尖峰用电：

1）、优先利用低谷电能：在系统进入低谷后，和系统出低谷前应有优先为系统贮水的自动启动和贮满自动停机功能，为国家电网挖掘低谷电能不浪费，降低企业水泵运行成本开支。

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桥梁的挠度变形是桥梁健康状况评价的重要参数，在桥梁检测、危桥改造以及新桥验收等方面都需要准确测量桥梁的静、动态挠度值。随着桥梁健康监测技术的进步，人们研究了许多用于位移及挠度测量的方法。目前，国内外测量桥梁挠度的方法有许多种，下面对常见的几种测量方法的原理、特点及适用范围做以简要介绍。

1、传统的人工测量方法

1.1百分表测量法

百分表测量法是较传统的挠度测量方法。百分表的工作原理，就是利用齿轮转动机构所检测位置的位移值放大，并将检测的直线往返运动转换成指针的回转转动，以指示其位移数值。

特点：1）优点是设备简单，可以进行多点测量，直接得到各测点的挠度值测量结果稳定可靠；2）缺点比较繁琐，耗时较长，工作效率较低，现场应用有很大局限性；3）适用于桥下可搭设支架的桥梁工程。

1.2 精密水准仪测量法

水准测量又名“几何水准测量”，是用水准仪和水准尺测定地面上两点间高差的方法。在地面两点间安置水准仪，观测竖立在两点上的水准标尺，按尺上读数推算两点间的高差。通常由水准原点或任一已知高程点出发，沿选定的水准路线逐站测定各点的高程。

特点：1）具有速度快、计算方便、精度高和能够及时比较观测结果的特点；2）主要适用于测点附近能够提供测站条件、范围不大的桥梁挠度变化、观测点数不多的精密水准测量。

1.3 全站仪测量法

全站仪挠度测量基本原理是三角高程测量。三角高程测量通过测量两点间的水平距离和竖直角求定两点间高差的方法。

特点：1）这种测量方法简单，不受地形条件限制，是测量桥梁挠度的一个基本方法。2）在桥梁加、卸载过程中，由于全站仪和棱镜固定不动，这就完全消除了仪器高和棱镜高的量测所带来的误差。3）采用高精度全站仪可以更加有效地提高桥梁荷载试验挠度测量精度。

2、桥梁挠度自动检测技术

2.1 连通管测量法

利用连通管原理，根据安装在桥梁各处连通管内液面高度的变化获得桥梁挠度的变化。当桥梁梁体发生变形时，固定在梁体上的水管也将随之移动，此时，各竖直水管内的液面将与基准点处的液面保持在同一水平面，但各测点处的竖直水管液面却发生了大小不等的相对移动，测得的相对位移量即是该被测点的挠度值。

特点：连通管法测量桥梁挠度的优点是可靠、易行，当挠度的绝对值大于20mm时，它1mm最小读数至少可有5%的相对精度。

2.2 倾角仪法

使用倾角法测量桥梁的挠度，并不同于传统的方法如百分表法、水准仪法直接测得桥梁某一点的挠度值，而是首先使用倾角仪测得桥梁变形时几个截面的的倾角，根据倾角拟合出倾角曲线，进而得到挠度曲线，这样就可以求得桥梁上任意一点的挠度值。倾角法实际上是一种间接地利用倾角仪测量得到桥梁挠度的方法。

特点：桥梁不需要静止的参考点，特别适于测量跨河桥、跨线桥、大型的跨海、跨峡谷桥梁和高桥，大大提高了测量效率。

2.3 激光图像挠度测量

激光图像挠度测量利用了激光良好的方向性。随着桥梁不同程度的变形，照射在被测点固定不动的光电接收器上的激光光斑中心发生等量变化，因此只要获取光斑中心位置就可得到桥梁挠度。

特点：具有很高的测量精度，可达到0.1 mm，且采样速率高、成本较低；适合于跨度不大的中小型桥梁。

2.4 GPS挠度测量

利用一台接收机(基准站)安在参考点(岸基)上固定不动，另一台接收机(移动站)设在桥梁变形较大的点，2台接收机同步观测4颗或更多卫星，以确定变形点相对岸基的位置。实时获取变形点相对参考点的位置，可直接反映出被测点的空间位置变化从而得到桥梁结构的挠度值。

特点：具有全球性、全天候、连续的精密三维导航与定位能力；具有良好的抗干扰性和保密性。

2.5 光电成像挠度测量

光电成像挠度测量是在桥梁的测点上安装一个目标靶，并在靶上制作一个光学标志点(光标)。通过光学系统(光学镜头)把标志点成像在CCD接收面阵上，当桥梁产生挠度/位移时，目标靶也随之移动。通过测出靶上光标点在CCD接收面上成像位置的变化值，就可计算出桥梁实际的挠度/位移量。

挠度测量方法的比较图

3、桥梁挠度监测的发展方向

(1)长期在线自动动态测量

现在和未来，人们对桥梁，尤其是大型桥梁的安全评估不仅要求在施工过程中进行严格的检测，而且，更加注重成桥后在正常载荷下的长期在线自动监测。成熟的网络技术使人们不再局限于对一座桥梁进行集中监控，而逐步要求实现区域内多座大型桥梁的集群式监控。

(2)大量程测量

随着建筑材料和工艺的不断成熟，现代桥梁呈现出/跨度大、结构柔等特点，这就造成桥梁结构本身在各种外界环境的影响下，会出现较大的形变，将来挠度测量的量程相应地要求成倍提高。

总之，随着计算机等级的提高、数据采样技术的进步，今后桥梁的挠度测量将在此方法基础上进一步完善。未来桥梁挠度监测将会沿着/高度集中自动化、大量程测量的方向继续发展.

参考文献：

[1]余加勇，朱建军，邹峥嵘，张坤[J]. 大跨径桥梁挠度测量新方法研究.湖南大学学报(自然科学版)，2007，34(10):31-34

[2]吴晖.利用新型倾角仪测量桥梁挠度方法的理论分析研究(硕士学位论文).兰州：兰州交通大学.2009.

[3]谢浩元. 基于无线倾角传感器的桥梁挠度测量研究(硕士学位论文).大连：大连理工大学.2010.

[4]徐学文，管树国.几种挠度测量方法的比较.林业科技情报.2005(37):85

[5]郑玉福.桥梁挠度测量方法的探讨.黑河科技，2002（4）:47-48

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方法上可以按照以下几点：

（一）首先要先自查一遍，知道哪些地方是抄的或者报告中的标红位置。自查方法有很多，比较严格的学校通常会建议你用知网查，毕竟是官方系统。知网如果和你学校有合作的话，那么学校一般会有途径推荐。这个自行选择吧，查知网的就比较贵，硕士论文一次将近400元。市面上也有paperpass那些，便宜很多，但是为了保险嘛，只能多花钱了。一般建议先查一次，改完再查一次。

（二）具体改。知网硕士论文给你标出来的红字你就把它全改了，首先要知道要领，不是随便改点近义词就行了，而是整个句子打碎，句式啊，用词啊，都换掉。知网还是很智能的，你改一点点没用。所以我最建议的，最保险的方法就是，红字全删了，重写。听到这里先别跪，不是要你重新原创，而是复述，复述OK？换一种表达方式。删干净了，才保险。语文好的人是不在话下的。如果你论文字数本就很多了，那些不影响逻辑的描述，你甚至可以直接删掉。毕竟你答辩都过了不是？具体技巧见下：

1、如果原句文学性比较强的，就用白话叙述。e.g.“一日之计在于晨” 改成 “一天最好的时候是早上”。都不要说“早晨”，完全避开每一个字，才最保险。

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2弱电系统的构成及管理维护分析

2.1弱电系统的构成

笔者结合自己的工作内容，将科技馆、展览馆等公共场所的弱电系统按照不同的功能来划分，主要包含安全防范系统和自动控制系统两个方面。

2.1.1安全防范系统

安全防范系统以空间来分，可分为室内部分和室外部分。室内部分。公共场所室内的安全防范系统，是由若干子系统构成的，这些子系统共同保障了公共场所内的安全防范，并将场馆内的所有信息连接到公共场所的指挥调度中心。具体而言，通常由安全防盗系统、室内场馆摄像监控系统、消防报警系统、紧急救助、门磁系统等构成。室外部分。室外部分主要负责整个场馆的闭路电视监控及周边安全，主要由场馆摄像监控系统、周界红外报警系统、保安巡更签到系统等构成。

2.1.2自动控制系统

在公共场所，除了需要安防系统外，还需要很多自动控制系统，实现对各种主要设备系统的全面自动化控制，通常说来，公共场馆需要控制的范围包括空调系统、给排水系统、供配电系统、照明系统、消防系统、广播系统等。

2.2弱电系统管理维护中的问题

在实际的弱电工程中存在着较多的问题，概括起来，主要表现在以下几个方面：

管理维护缺乏系统性和科学性。目前对于一个集成度较高的弱电工程系统，实施的管理维护方案是沿袭传统的设备维护方案而进行的，将各个弱电系统相互割裂开来，彼此单独进行管理和维护，并且对弱电系统的维护也基本遵循着没有问题不维护，小问题小维护，大问题大维修的思路进行管理维护，致使整个建筑物或者社区的弱电工程管理维护缺乏系统性和科学性。

管理维护缺乏专业检测设备。目前，很多弱电工程或项目的管理维护，都依靠技术人员的手工进行管理维护，发现问题，查找根源，提出解决措施，实现系统正常工作，这样的管理维护效率较低，缺乏高效的管理维护方案，同时在具体的管理维护检测设备方面，大多还依赖于万用表等传统的检测设备，无法真正实现对大型的弱电工程进行系统的专业化的管理和维护。

管理维护缺乏专业人才。弱电控制技术在我国起步较晚，但是发展非常快，因而专业的弱电管理维护人员在我国的缺口较大，很难真正的实现对一些大型的复杂的弱电工程的管理及维护；而弱电工程管理维护需要的是在上述各方面均能够独立实施管理和维护的专业技术人才。

3弱电系统的管理维护策略

3.1完善弱电工程的自动化检测，提高弱电系统管理维护效率

为了更好的实现弱电工程的管理及维护，可以在各弱电系统的自动检测及控制方面下功夫，通过完善弱电系统自身的自动检测、控制功能，来提升弱电系统的管理及维护水平，提高管理维护效率和水平，降低弱电系统的工作故障发生的概率。笔者曾经参与过某科技展览馆的弱电系统改造及维护项目，结合实际，针对公共场馆各弱电系统的特点，可以从以下几个方面进行管理及维护：

空调系统。通过对空调控制系统进行传感检测，可以实现对冷冻机组、热泵、新风机组、送排风机组及风机盘管等的自动监视和控制，发生故障时能显示故障的位置及性质，使控制人员及时掌握情况。

给排水系统。通过对给排水系统安装弱电控制系统，使其能自动监视和控制生活水箱、各种水泵、污水池和污水处理装置的运行，自动计算水流量，自动与主机通信；当某处发生运行故障时，控制室会自动显示。

供配电系统。供配电系统的弱电管理维护，可以从自动显示并记录供配电设备的运行情况入手，包括电压、电流、功率因素等，并与管理系统联网；能在控制室实现对整个变配电系统的操作，当发生异常情况（如变压器高温）时自动报警；当二路进线中一路发生故障时能自动切换到另一路。

消防系统。通过加强对消防系统的弱电控制及其自动检测功能，使其能自动控制消防系统的各种设备，当火警发生时，能自动切断电源，打开排/抽风机，消防泵自动启动，消防喷头自动喷水灭火。

其他诸如照明系统、广播系统等，也都可以通过完善、提升弱电自动检测的手段实现对公共场馆内的弱电系统的有效管理及维护。

3.2实施弱电工程过程化管理，降低弱电系统故障维护概率

加强对弱电系统的管理维护，还可以从加强弱电工程施工管理的角度来降低弱电系统的故障发生概率，从而提高弱电系统的管理维护水平。按照弱电系统的施工环节，可以从以下几个方面进行弱电工程施工的过程化管理。

前期准备阶段。每一个弱电系统项目的开始都必须组建一个项目管理机构，安排以项目经理为核心的项目管理部进驻工地，根据项目的实际需求和情况，制定相关的管理制度，并编制初步的施工进度计划。

深化设计阶段。根据初步确认的系统功能，对整个弱电系统的初步方案进行深化，并与建筑设计、装潢设计及招标单位进行沟通协商，最终确认深化设计方案及图纸。

工程安装阶段。同施工单位落实相关预埋管、箱、盒的现场协调，按照制定的按照进度计划和现场管理制度，对系统的供货、安装、接线等各阶段工作全面的监督、协调、管理，以确保弱电工程的施工质量。

调试、测试及试运行阶段。编制系统调试方案，分步落实系统的单体调试和总体联调，编制系统试运行方案，合理地实施系统试运行，并对试运行中出现的问题及时反馈、总结、整改，以完善和提升弱电系统的管理，降低维护工作量，确保弱电系统的可靠工作。

3.3弱电系统的防雷接地维护

公共场馆内弱电系统的防雷接地是非常重要的，如果对防雷接地的设计没有足够重视，那么最终整套弱电系统的工作也无法得到可靠的保障。总的说来，防雷接地主要需要考虑以下几个方面：

防雷接地应采用专用接地干线。由外在的本体系统引入接地体，专用接地干线采用铜芯绝缘导线或电缆。

弱电系统的接地线不能与强电交流的地线以及电网零线短接或混接，接地线不能形成封闭回路。

弱电系统中的监控系统及其专业设备的接地线，应选用铜芯绝缘软线。

弱电系统中三芯电源插座的接地端，应与系统的接地端相连（保护地线）

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软件部分主要包括主程序和子程序模块，本设计软件硬件的结合，使系统获得更高的精确度。

硬件部分是由平均值测量电路，正负峰值检测电路，干扰脉冲检测电路，频率检测电路，采样保持电路，A/D转换电路，LED显示及打印输出等部分组成。

本监测系统能够自动检测以上电压值并显示和打印，同时当中线对地电压峰值超过5V能自动报警。

其次对设计调试冲出现的问题加以论述，并把实验数据结果记录下来。

最后，对于部分模拟电路采用了另外的先进方法，并对其原理加以论述。

第一章 概述

当今社会是信息时代，随着电子技术的发展，电子设备大量采用半导体器件和集成电路，近年来已经广泛采用微型计算机控制技术。计算机和智能仪器等各种设备已经大量进入各个领域，然后热门花了大量的时间和很高的代价才认识到供电设备的供电威胁着信息设备，特别是电网供电对信息设备的影响。

工业电网的供电质量是一个棘手的问题，一方面现场电网的电压和频率的波动范围较大，波形不好以至频繁的停点；另一方面用电系统要求供电波形稳定性能好，而这些都设计到电网供电质量的检测。

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1碰撞干涉检测

碰撞干涉检测问题是确定不同的物体在空间是否占有相同区域的问题。该问题可描述如下:“给定N 个物体s1 ， s2 ，… ， sn ，它们在空间中的位置是由定义在时间域[t 0 ， t 1 ] 上的函数f 1 ，f 2 ，… ， f n 来确定的，判定在这个时间域内相同时刻是否存在任何一对物体占有公共空间”。该问题的描述说明了这样的意义，物体占有的空间决定于时间，由此又引出静态干涉和动态干涉检测的定义。

静态干涉检测: 物体在空间中的位置是可移动的，但不随时间变化，位置的变化是由其它参数定义的，判别是否有任何一对物体占有公共空间。空间布局和装配干涉检测等即属于此类问题。

动态干涉检测: 动态干涉检测与时间相关，即碰撞检测。物体在空间中的位置是随时间变化的，它可分为二种情况: ( 1) 运动空间中只有一个物体是运动的。例如一个机器人在车间里运动，机器人是运动的，车间里的其它障碍物是静止的；( 2) 一对物体都必须是运动的，例如车间里两个运动的机器人。无论是静态干涉检测还是动态干涉检测，目的都是要求避免物体间的碰撞。

2碰撞干涉检测技术

2.1二维平面碰撞检测

Tetsuya，Toshiaki和Mario等人提出了一种称为空间占有的方法，即物体在目标空间移动，当试图占有相同的球体时来检测它们的碰撞。这种算法基于这样一条原理没有任何物体和其它物体占有同一个球体，也不需要特殊的计算来检测碰撞。并且，在它们的方法中，每个物体连同它们所占有的球体在三维空间中都被赋予一个名字，因而其它物体知道它们和哪个物体发生碰撞。

chin和wang研究了两个多边形的相交和最小距离问题。利用可视边链和凸的顶点相对于其内部点的单调性，提出了判别凸一边形和一个简单非凸m-边形的相交问题的最优算法，并且研究了当两个多边形相交时一个多边形是否被另一个多边形完全包含的问题，其时间复杂度都为o(m+n)。

汪嘉业利用单调折线研究了在一个多边形的凸包和另一个多边形不相交的条件下，确定两个多边形是否碰撞，并在碰撞时确定全部碰撞部位的问题，提出了时间复杂度为o(m+n)的最优算法，并且其算法还可推广到确定包含有圆弧边的多边形之间的最初碰撞部位。

李辉利用最大最小坐标的顶点子集的方法研究了一个凸多边形沿一给定方向移动时是否与另一凸多边形发生碰撞，并且利用斜支撑线的方法来研究一个凸多边形相对于另一个凸多边形的可移动区域问题，提出了时间复杂度为o(log(n+m))和o(m+n)的算法，在常数意义下，它们都是最优的。

2.2三维空间碰撞检测

三维空间碰撞检侧干涉有两大类静态干涉和动态碰撞检测。动态碰撞检测就是沿特定轨迹移动的物体的干涉检测。动态碰撞检测算法又可分为两大类①判断移动的物体之间是否发生碰撞亦即可碰撞问题②检测到碰撞的存在并采取措施进行规避，也就是碰撞规避问题。根据所用实体表示模型的不同，静态干涉检测算法大致可分成两类。一类算法主要基于B-rep模型，提高算法效率的关键是如何减少被测元素的数量。在这方面Ganter利用空间分割技术作出了新的尝试。另一类算法是以层次模型为基础的，如八叉树干涉检验算法和层次Sphere检验算法等。由于层次模型中相邻两层节点的检测过程之间缺乏直接联系，即一个层次上的干涉检验结果并没有反映出下一个层次节点的状态信息，因此无法对检验过程进行优化，以减少不必要的运算。

动态碰撞检测先后利用到两类技术。第一类技术是基于给定轨迹反复利用静态干涉检测被称为“单步检测”的方法，即当物体移动过程中将轨迹划分为很多时间步，在每一个时间步都进行静态干涉检测，来判定运动的物体之间是否发生碰撞。Maruyama介绍了多面体之间的静态干涉检测的第一种一般方法，提出了一种递归空间分割算法和一种一般的面对面相交算法然而，提出了第一种可用的单步检测系统，。计算几何领域对许多其它相交测试技术进行了规范化和分类。其中有许多技术是二维相交技术的延伸和扩展。第二类技术是基于产生称之为“扫描实体”的物体。这些物体代表了物体在给定轨迹上移动过程中所占有的体积空间。如果环境中的物体在它们各自的轨迹上行进时会发生碰撞，那么它们各自的扫描体将会发生静态干涉。因而，扫描体可用简单的静态干涉检查来对动态碰撞进行测试，这些扫描体的产生是运动学和实体模型的结合。由于实体模型具有多种表示方式，因此，多种形式的扫描体被提出。

虽然扫描体可用于许多有趣的工程问题，但在现在的计算机图形硬件条件下，单步检测方法更适合于实时计算机图形显示。并且扫描体方法也没有单步检测方法所具有的决定碰撞时间的灵活性。而且用扫描体来进行碰撞检测需要利用一个独立的步骤来产生扫描实体。和发展了单步检测方法，提出了一种空间分割技术的方法，这种空间分割技术将包含物体的空间划分为一个个子空间，将所有的测试限制在两个物体的重叠局部区域来进行。并且在重登区域内的所有的子空间都按照它们的最小、最大值来排序。然而在空间分割技术中，子空间的个数将影响到检侧结果的正确性和算法的效率。

Hahn采用层次包围盒技术来加速多面体场景的碰撞检测。Moore则提出了两个有效的碰撞检测算法，其一是用来处理三角剖分过的物体表面。由于任一表面均可表示成一系列三角面片，因而该碰撞检测算法具有普遍性该算法的缺点是当景物为一复杂的雕塑曲面时，三角剖分可能产生大量的三角片，这会大大影响算法的效率。而另一算法则用来处理多面体环境的碰撞检测。Moore和Wilhelems根据Cyrus-Beck裁剪算法提出了一种凸多面体碰撞检测算法，即通过检测多面体顶点是否相互包含来判定它们是否发生碰撞。对于具有n个凸多面体、每个多面体有m个顶点的问题，此算法的时间复杂度为o(n2m2)；对于凹多面体则分解为多个凸多面体来处理Ganter和Isarankura提出了一种空间分割的方法，即将给定物体所占有的空间划分成一系列子空间，将碰撞测试限定在两物体的重叠子空间中进行，并且在重叠子空间里的元素都按最大、最小来排序，从而进一步减少了测试时间。Alonso，Serrano和Flaquer采用定义碰撞影响矩阵及体元的数据结构等一些优化策略来加快碰撞检测，它们的算法分四步来检测两个物体的干涉①检测碰撞影响矩阵②计算每对容器之间的干涉③计算体元之间的干涉④计算面与面之间的干涉。算法的基本思想是每一步都比它的下一步快，因而，假如在某一步发现两个物体不会碰撞，就不必进行下面的测试，从而可节省计算时间。

3碰撞干涉在超声自动检测中的应用

和数控加工、产品装配一样，超声自动检测过程中可能存在碰撞干涉，如探头和工件的碰撞、工件夹具和探头的碰撞等。在实际检测过程中如果发生了碰撞，不仅可能造成工件的报废、探头和设备的损坏，严重时还可能威胁到操作者的人身安全。因此有必要在实际检测之前对扫描路径进行校验，找出发生碰撞干涉的运动点位，重新进行路径规划，避免碰撞带来的损失。

超声检测的曲面工件一般具有复杂的外形，碰撞干涉检测时运算量很大，同时对检测的精度和效率都有较高的要求。尽管现有碰撞干涉检测的方法很多，但针对超声自动检测过程中碰撞干涉检测的性能有限，如包围盒算法计算简单，容易实现快速碰撞检测，但该方法的精确性不高；空间分解法将整个虚拟空间划分成相等体积的小单元格，然后对占据同一单元格或相邻单元格的几何对象进行相交测试，精确性高但运算复杂。

参考文献：

[1]张旭辉，马宏伟.超声无损检测技术的现状和发展趋势，机械制造，2002，40（7）：24-26

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下面就系统的整体规划的各个模块的具体功能实现做进一步的分析阐述。

1、1.系统通讯控制的原理框图

1.1实现功能：

1.1.1计算机扩展RS-485总线控制电压切换模块，电流切换模块，脉冲切换模块、RS-485通讯切换模块和开关量输出和模拟量的输入模块，将当前需要校验的电能表的电压、电流、脉冲接入测量模块；

1.1.2将当前需要校验的被校电能表的RS-485通讯线接入到计算机的另一个通讯接口上去，建立被校电能表和计算机的通讯连接；计算机扩展232通讯与测量模块电能表现场校验仪通讯，读取被校电能表的各种电参量和测量模块的状态；

1.1.3计算机扩展RS-485总线与各个被校电能表通讯，读取被校电能表各种状态，经通讯切换模块切换后一次只与一块被校电能表通讯，避免使用RS-485总线时总线上一个单元有问题后将整个RS-485总线拉死的情况，并且方便了计算机对被校电能表进行地址侦测；

1.1.4计算机扩展Modem接口或通过EtherNet接口，接收主站查询信息，上传分站的现场校验结果及各种状态。

2、电压切换箱的设计 2.1电压切换原理图示

2.2电压切换箱的可靠性考虑

2.2.1、继电器的选型上使用好品质的继电器，线圈和接点间耐压AC4000V，耐冲击电压10KV；

2.2.2、考虑如果使用三刀继电器的话，三相电压在一个继电器上可能会造成电压之间的干扰，影响测量的稳定性，因此，一个被校电能表采用三个继电器进行切换；

2.2.3、电压切换箱的电源在进入切换箱模块后要进行滤波设计，使用大小容值不同的电容将线路上引入的高低频干扰滤出；

2.2.4、继电器的控制信号使用光隔进行隔离，避免后级电路的干扰串入前级电路中，对控制部分电路造成干扰；

3电流切换箱的设计3.1电流切换原理图示

3.2实现功能

3.2.1将接入模块的各路被校电能表的电流回路中需要接入的电流接入到电能表现场校验仪中；

3.2.2将接入模块的9V电压变换成5V电压，并做相关的滤波设计然后提供给控制电路工作；

3.2.3建立RS-485通讯与计算机进行通讯，接收计算机控制命令，上传切换箱状态；

3.2.4通过指示灯指示出切换箱当前状态；

3.3电流切换箱的可靠性考虑

3.3.1电流互感器的二次加上两个反向接法的续流二极管，当单刀双掷继电器在进行接入切换的时候会存在短时间的电流互感器二次的开路情况，增加两个二极管起到对互感器的补偿电流作用；

3.3.2电流互感器后级设置电流短路继电器，在不校验被校电能表的时候所有电能表位的电流互感器的二次都是短路的，在进行电能表位接入的时候，先将接入电能表位的电流接入继电器合上，将被校电能表接入到电能表现场校验仪的测量回路，延时100ms左右，等待继电器完全吸合后再将该电能表位的电流互感器的二次的短路继电器打开；在电能表位由接入转化为不接入的时候，先将电流短路继电器合上，延时100ms以后，再将电流接入继电器打开。

4脉冲切换模块4.1实现功能

4．1．1将接入模块的被校电能表的主电能表的正向有功脉冲线、正向无功脉冲线按需要接入到电能表现场校验仪中；

4．1．2将接入模块的被校电能表的副电能表的正向有功脉冲线、正向无功脉冲线按需要接入到电能表现场校验仪中；

4．1．3扩展RS-485总线与计算机通讯，接收计算机控制命令，上传模块状态；

4．1．4脉冲模块上扩展一个按键，按一次按键则将下一个电能表的脉冲接入到测量模块，一直循环切换；方便模块的单独调试；

5通讯切换模块5.1关于RS-485通讯的硬件可靠性提升

5.1.1、电能计量装置远程自动检测装置的使用现场的情况比较复杂，大型电力装置就放置在变电站室的旁边，整体又都处于户外，因此，在元器件的选型上还要考虑到防雷击的情况，并且在调试、安装、以及工作过程中由于空气较干燥，静电的影响也是很坏的，因此，RS-485的芯片准备选择65LBC184防雷击和静电的芯片作为RS-485通讯的转换芯片。。

5.1.2、RS-RS-485总线为并接式二线制接口，一旦有一只芯片故障就可能将总线“拉死”，因此对其二线口VA、VB与总线之间应加以隔离。通常在VA、VB与总线之间各串接一只4~10Ω的PTC快恢复保险，同时与地之间各跨接5V的TVS瞬态电压抑制二极管，以消除线路浪涌干扰。。如没有PTC快恢复保险电阻和TVS瞬态电压抑制二极管，可用普通电阻和稳压管代替。

5.1.3、在总线两端的差分端口VA与VB之间应跨接120Ω匹配电阻，以减少由于不匹配而引起的反射、吸收噪声，有效地抑制了噪声干扰。

6、开关量输出和模拟量输入6.1实现功能

6.1.1实现开关量的输出，用于控制外部设备；

6.1.2实现对门控等开关信号的监控；

6.1.3实现模拟量的输入测量，对温度、压力等外部环境情况进行监控；

6.1.4将接入模块的9V电压变换成5V电压，并做相关的滤波设计然后提供给控制电路工作；

6.1.5扩展RS-485总线，接收计算机命令，上传模块状态；

6.1.6前面板扩展模块状态指示灯，指示模块当前状态；

6.1.7模块扩展一个按键，按此按键可切换接入模拟通道和开关量输出通道，方便调试；

6.1.8方便调试和维修；

6.2可靠性考虑

6.2.1开关量的输出使用光隔进行隔离，防止外部干扰信号进入模块控制部分；

6.2.2机箱所有线使用焊接的方式焊接到机箱上面，减少插接件带来的不确定度。

6.2.3开关量的输入信号先经过光隔进行隔离，然后再引入CPU，避免外部干扰信号进入控制部分。

6.2.4模拟量的输入测量信号为保证它的安全性，从外界进入之后先经过模拟运放的跟随之后再接入到CPU中进行测量。。

7、关于误差计算任务分配被校电能表的误差计算功能在工控机中进行完成，标准电能表接收脉冲切换箱传过来的被校电能表的低频脉冲，然后通过通讯方式将标准电能表的高、低频脉冲传送给计算机，由计算机根据这两个脉冲来进行误差计算。

电能计量装置远程自动检测系统作为一个多功能电能计量装置的检定装置，它提高了计量管理水平和工作效率，在采用了实时监测系统后,计量管理人员就可以及时发现计量装置的故障,并立即通知处理,当计量装置误差超限时,计量管理人员也更容易及时发现、及时处理，系统实现了人工检测到自动检测的转变,实现了电能计量装置误差检测的全面化,检测过程采用在线、一体式测量,并能实现电能计量装置整体综合误差的实时计算。同时该系统还可帮助我们对电能计量装置运行健康状况进行实时监测 。

参考文献：

1、《电能自动计量及数据远传系统的研究》------作者 刘涤尘 杜江 2000年1 2月电力系统及其自动化学报

1.提高了计量管理水平和工作效率。

2、《电能计量装置远程监测系统的应用》-----------作者 张 超 《硅谷》 2008年第24期

篇12

 

引 言

在工业中，由于各种原因会对零件产生损伤。这些损伤随着使用将生长成为微裂纹，微裂纹逐渐扩展生长成为宏观裂纹并导致破坏零件。尤其是在核反应堆和航空发动机中，其多数零件均在高温、高压或强热冲击的环境中工作的，所受载荷复杂，使用环境恶劣，故障发生频率高，造成的后果严重。

因此，研究一个精度高、实用性强、便于集成的表面微裂纹检测系统，是现代检测技术的重要发展方向。由于具有准确度高，对表面无损伤等优点，计算机视觉检测受到了国内外同行的广泛关注。裂纹检测是质量检查和安全检测的重要方面之一。免费论文，机器视觉。但人工检测费时费力，且易受人眼分辨能力和疲劳等主观因素的影响。如果使用基于谐波小波的图像识别技术的计算机自动检测方法，会大大提高检测效率及准确率。在使用阶段，关键零件表面裂纹的及时发现对于防止事故的发生由为重要。一、图像获取

图像获取即图像采集，是进行图像处理的前提条件。利用图像采集卡作为图像输入设备，通常要占用PC机总线的一个插槽，主要包括图像存储器单元、CCD摄像头接口、PC机总线接口等。

1.1图像采集卡的工作过程

图像获取是用摄像头对工件零件进行实时或准实时扫描，经A/D转换后，图像数据存放在图像存储单元，主机可读取存储单元的内容，从而显示图像。由于所使用的CCD摄像头的不同，图像采集卡具有不同的使用方法。

1.2系统基本工作原理

基于线阵CCD的工件表面裂纹检测系统结构框图如图(1)所示，利用线阵CCD扫描工件，将某一行数据存储到图像采集卡缓存,计算步进电机前进一步，线阵CCD机读取该缓存数据；再扫描一行，如此重复，一幅图像数据采集完毕，计算机对图像进行处理，并识别该图像，从而实现工件表面裂纹及缺陷的自动检测。

图(1)系统结构框图

Graph(1)System structure diagram

二、图像预处理

本系统采用的图像预处理主要是根据噪声所具有的一般性质进行噪声消除的平滑性。由于大部分噪声，如由敏感元件、传输通道、整量化器等引起的噪声，多半是随机的。它们对某一像素点的影响，都可以看作是孤立的。因此，和邻近各点相比，该点的灰度值将有显著的不同。基于这一分析，本系统采用了邻域平均法来判断每一点是否含有噪声，并用一种基于小波变换阈值消噪的方法消除所发现的噪声。

2.1 消噪处理基本步骤

首先图像经预处理（灰度调整等），然后利用小波变换把图像分解到多尺度中，在每一尺度下去除属于噪声的小波系数，保留并增强属于图像的小波系数，最后反演恢复图像。免费论文，机器视觉。

2.2 消噪处理流程

图(2)表示了消噪处理流程,首先将二维图像矩阵按水平、垂直、正对角线和负对角线方向批排列成一维方向数组，然后分别进行小波变换消噪处理，并反演成二维图像；再将反演图像进行平均后的图像施以二维小阈值小波消噪。处理过程中小波分解的层次和小波函数的选择均具有一定的灵活性，如Sobel算子、Laplacian 算子、LOG 算子等，可依据图像和噪声的实际情况而定。

图(2)消噪处理流程框图

Graph (2) Noise Cancellation Process Diagram

三、图像分割

图像分割是裂纹检测的关键步骤。本方案采取阈值分割和边缘检测两种方法。在获取的零件裂纹图像中，对象和背景占据不同的灰度级范围。对于这类图像，用阈值分割法能成功地把对象从背景中显露出来。为了进一步突出图像的特征信息，还需采用直方图修正。

3.1阈值法分割目标背景

在图像中,检测目标只占整个图像的一小部分。由于图像不均匀的影响，背景因素常常会降低特征提取的准确性,因此有必要对目标与背景进行分割,排除背景对目标特征提取的不利影响。

根据统计学理论,工程应用中许多模型具有近似于高斯函数的分布,因此假设目标和背景的灰度近似为高斯分布,采用阈值法分割目标与背景。

设目标像素和背景像素分布密度函数分别是p( z) 和q ( z)

其中， 和分别为目标像素灰度分布的均值和方差； 和 分别为背景像素灰度分布的均值和方差。

设目标像素s 的概率为θ, 背景像素b 的概率则为1-θ，整幅图像的混合概率密度分布为：

背景和目标的最佳分割阈值为：

分割后图像在( x , y) 处的灰度值为：

3.2 直方图修正

受成像工艺条件限制，所获取射线图像的动态范围常常较小， 图像对比度低。通过直方图修正的方法，突出了图像的特征信息。映射函数为：

式中；α为调节因子，T为目标—背景分割阈值。

所有的预处理操作完成之后,图像质量有明显改善,细小的元器件特征得到突出,利于下一步的检测。图(3)为原始图像与预处理后的图像的对比。

（1） 原始图像及其直方图 （2） 预处理过的图像及其直方图

图(3)原始图像与预处理后的图像对比图

Graph (3)Pretreatment of the original image and the image comparison chart

四、特征抽取

4.1 去除孤立小区

孤立小区即颜色较浅、面积极小，所含象素小于或等于2的连续区域。经过对大量图像的分析，这样的孤立小区不可能是裂纹所致，因此在对光斑抽取特征之前，应先去除孤立小区，以这样可提高处理一幅图像的速度。免费论文，机器视觉。去除孤立小区的原则为：与孤立小区相邻像素的灰度值为255。免费论文，机器视觉。免费论文，机器视觉。

4.2 区分裂纹光斑和其他干扰光斑

抽取两个特征参数：光斑的面积与光斑中心的位置。用区域生长法计算出每一个连续区域的面积及每一个连续区域离图像上边缘的距离。因为在摄像机、光源和零件三者的位置确定后，由光反射形成的干扰光斑在图像中的位置是固定不变的，据此可以区分裂纹光斑与干扰光斑。

4.3 利用边界链码表示区域边界

对于边缘检测后的图像，借助边界链码计算傅立叶系数，提取形状特征：对于区域边界的封闭曲线，如果在曲线上任选一点为起始点，并且沿曲线逆时钟移动，的坐标变化则是一个周期函数。通过规格化后，这个周期函数可以展开成傅立叶级数。傅立叶级数中的一系列系数与边界曲线的形状有关，可以用作形状的描述。当增加级数的项数使系数取得足够多的阶次时，几乎可把形状信息完全提取出来，并且可以通过这些重建原来的几何形状。利用这个特性，达到判断的目的，同时计算了裂纹图像的圆形度和细长度形状特征参数。

五、裂纹判断

根据上述所抽取的特征，本项目的研究内容可解决在线检测裂纹的关键技术──划痕与裂纹的区分图像识别技术，对待检零件有无裂纹的判断原则为:如果存在面积大于预设定的像素并且它不在干扰光斑的位置上，则被测零件含有裂纹，反之则无裂纹。免费论文，机器视觉。这种方法的特点是正确率高，检测速率高，定位准确。

结束语：

通过图像获取、图像预处理、图像分割、特征提取、判断决策等模块的实验设计，研究出一套机器视觉检测表面裂纹的系统（见图4）是完全可行的。浙江及周边地区有很多需要裂纹检测的生产企业，设计这样一套可进行长期不间断监测，不受周围环境影响，且识别率高的机器视觉检测表面裂纹的系统，对提高浙江乃至全国的产品质量和检测效率都具有重要的意义。

图(4)机器视觉检测表面裂纹系统示意图

Graph (4)Machine vision detecting system of surface crack

参考文献：

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[2]洪海涛,等.图像技术用于零件尺寸测量的研究[J].仪器仪表学报,2001 ,22 卷第2 期增刊:214～2151

[3]李文艳,等.产品内部构件状态的自动检测方法[J].华北工学院学报,1999 ,20 (1):67 ～701

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[5]宋万忠,苏显渝.基于结构光投影的三维物体识别[J].光电子·激光,1999 ,10 (1) :59～ 62.

[6]雷艳敏,黄秋元.基于数学形态学的图像边缘检测[J].武汉理工大学学报(信息与管理工程版),2005,27(5):25～2