激光测径仪|北京时代山峰科技有限公司 手持式激光测径仪
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5电在线测径仪及其数据分析系统的研究
西安电子科技大学 硕士学位论文 光电在线测径仪及其数据分析系统的研究 姓名：张强 申请学位级别：硕士 专业：模式识别与智能系统 指导教师：黄道君
摘要自主开发一套具有国际先进水平的光电在线测径仪对提高国内线材产品的质 量和国际竞争能力有着重要的意义。本论文研制的ＣＣＤ（光电耦合器件）光电在线测径仪是基于光电非接触检测技术的一种高速棒、线材专用测径仪，具有测量精度高、响应速度快、抗干扰性强、可靠性高等特点。 本文完成了测量头测量电路的设计、测径仪的误差分析和校正以及数据分析系统软件的设计与实现。测量电路设计主要包括ＣＣＤ驱动电路设计、ＣＣＤ视频输出信号边缘特征提取和数据传输接口设计。在测径仪误差分析中主要讨论了产生随机误差、系统误差和粗大误差的原因以及克服误差所采取得措施，尤其对测量 的非线性校正作了详细的研究。数据分析系统是与测径仪配套使用的一套软件，其功能主要是将测量结果实时显示，对测量数据进行分析，并给用户数据管理系 统提供软件接口。 论文的最后一章简单地讨论了对测量数据进行谱分析的意义，以及对测量数据进行经典功率谱估计所采用的算法。关键词：ＣＣＤ光电测径仪误差分析数据分析系统ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎ ｏｒｄｅｒ ｔＯ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌ ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｐａｐｅｒｗｉｒｅｓ，ｉｔ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｇａｕｇｅ ｌｅｖｅｌ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙ．ＴｈｅｉｓａｏｎＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）ｇａｕｇｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓｏｆ ｇａｕｇｅｏｎｎｏｎ―ｃｏｎｔａｃｔｋｉｎｄｔｈｅ ｂａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｍｅａｓｕｒｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｓｐｅｃｉａｌ ｔｏ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｗｉｒｅｓ ａｎｄ ｒｏｄｓ．Ｉｔ ｈａｓ ｓｕｃｈ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｓｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｒａｐｉｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ，ｆｉｎｅ ａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇ，ａｎｄＳＯ ｏｎ．Ｗｈａｔ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｃｏｍｌ七ｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔｓ，ｔｈｅｅｒｒｏｒａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｒｅｖｉｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｇａｕｇｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄａｔａａｎａｌｙｓｉｓｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｒｅ ｍｏｓｔｌｙ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｄｒｉｖｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ＣＣＤ，ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒ’Ｓ ｏｂｔａｉｎ ｏｆ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｖｉｄｅｏ ｓｉｇｎａｌ’Ｓ ｅｄｇｅｓ，ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ａｎｄｅＩＴｏｒｓＳＯｏｎ．Ｉｎ ｔｈｅ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｒｒｏｒ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅｅｒｒｏｒｓｒｅａｓｏｎｓｔｈａｔｃａｕｓｅｔｈｅａｎｄｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｔｈａｌ ｏｖｅｒｃｏｍｅ ｔｈｅａｒｅ ｄｅａｌｔ ｗｉｔｈ．Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ，ｔｈｅａｎｏｎ―ｌｉｎｅａｒ ｒｅｖｉｓｅ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅ ｄａｔａａｎａｌｙｓｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓｓｏｆｔｗａｒｅ ｔｈａｔ ｉｓｕｓｅｄ ｔｏｇｅｔｈｅｒ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｇａｕｇｅ，ｗｈｏｓｅ ｍａｉｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｉｓ ｔｏ ｄｉｓｐｌａｙ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ｔｉｍｅ ａｎｄｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅａｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ＭＩＳ ｏｆｔｈｅｕｓｅｒ． ｏｎ１１１ ｔｈｅ ｌａｓｔ ｃｈａｐｔｅｒ，ｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅ ｓａｍｐｌｅｄ ｄａｔａ ｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｉｎ ｂｒｉｅｆ．Ｓｏｍｅ ｃｌａｓｓｉｃ ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ ｔｈｅＰＳＤ（Ｐｏｗｅｒ ＳｐｅｃｔｒｕｍＤｅｎｓｉｔｙ）ｉｓＫｅｙｗｏｒｄｓ：ａｌｓｏ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． ＣＣＤ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｉａｍｅｔｅｒ ＧａｕｇｅＥｒｒｏｒ ＡｎａｌｙｓｉｓＤａｔａ Ａｎａｌｙｓｉｓ ＳｙｓｔｅｍＹ ５８３３Ｇ８独创性声明及使用说明创新性声明本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包括为获得西安电子科技大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。本人签名弘强日期竺竺．！：多关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或 部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。（保密的论文在解 密后遵守此规定）导师签名铱本人签名致弓缪日期砌六／?３≤！！ｇ：￡！，ｉ日期箜二生．堑笙 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――一一．一一――二第一章绪论§１．１选题的背景和意义高速线材生产是钢铁生产中的一个重要分支，而线材广泛应用于建筑和其他 行业中。线材的主要技术指标是直径和椭圆度。对线材技术指标的传统检测手段是定期地对已经冷却的盘钢进行人工抽检【Ｉｌ。这种测量方法属于离线静态接触测 量，这样做由于无法监测直径的瞬时变化，当发现产品质量存在问题时，已经生 产了相当数量的产品，因而造成原材料和其他资源的极大浪费。而且，在生产过程中，人们希望在生产线上动态无损地实时监测线材直径的微小变化，以便对生产工艺及时进行调整。但是，生产线上的待测物是运动中的红热物体（高速线材厂，待测线材速度可达９０ｍ／ｓ以上，且为９００度以上高温），显然，这就需要一种更科学的检测手段一一非接触检测。光电在线测径仪是基于光电非接触检测技术的一种高速棒、线材专用测径 仪，具有测量精度高、响应速度快、抗干扰性强、可靠性高等特点，能够满足高 速线材成产现场条件的使用要求。能够在高温、高速等恶劣环境下测量线材的直 径及其椭圆度。因而该类钡４径仪的研制已成为国内外研究的热点问题。 在国外，已经有成熟的该类产品，如意大利ＤＡＮＩＬＩ公司的ｗＩＮＧＡＵＧＥ系 统、英国ＩＰＬ公司的ＯＲＢＩＳ系统、和瑞士ＺＵＭＢＡＣＨ公司的ＯＤＡＣ系统。而在 国内该类产品的研制还不够成熟。目前，线材生产厂所用的在线测径仪多数还是进口国外产品，这就需要投入大量的资金采购该类产品。开发具有国际先进水平的国产“在线测径仪”，将会受到高速线材生产企业的欢迎，高性能、低价格产 品的研制对提高国内线材产品的质量和国际竞争能力有重要意义。§１．２在线测径仪的种类及其各自特点目前国外的在线测径仪按测量原理可以分为两种类型“’嘲：激光扫描式测径仪和基于ｃｃＤ式光电测径仪。下面将简要地介绍这两种测径仪的原理和特点。 （１）、激光扫描式测径仪工作原理 激光管发出一束极细的激光，通过扫描转镜和光学镜头平行的自上而下快速 进行扫描。光电接收管将每～时刻接收到的光根据其光强的不同转换成不同的电信号，如光被线材遮挡住的时刻，输出低电平，而没有被遮挡住的时刻输出高电一２堂皇垄！ｉ！！鳖堡垄苎塑塑坌堑墨丝塑婴塞――由于激光束可以非常细，所以精度可以做得很高，但对环境有一定的要求，平，将不同时刻的电信号送往计算机进行进一步处理，得到线材遮挡扫描光线的 总时间，由此而得到线材的直径。图１．１所示为这类测径仪的测量原理。 细小的灰尘都可能影响测量，况且测量获得的数据不是来自同一截面，这样对测 量结果的处理带来了一定的麻烦。兜掌最娩几八赫Ｉ＿ｌ＝；静土形 激光嫩图１．１激光在线测径仪原理图（２）、基于ＣＣＤ式光电测径仪工作原理这种测径仪的装置由光学部分和电路部分组成，采用专用卤素灯和光学镜头 产生平行光照明，再由镜头成像，见图１．２。在同一时刻下，ＣＣＤ各光敏像元根 据其各自接收到的光的强度不同输出不同的电平信号，被线材遮挡住的光线成像 在ＣＣＤ对应的光敏像元上输出低电平，而没被遮挡住的光线成像在ＣＣＤ对应的 光敏像元上输出高电平，可以根据线材边沿成像在ＣＣＤ上所对应的ＣＣＤ光敏像 元位置来确定线材的直径。图１．２ ＣＣＤ式光电测径仪工作原理图在该类测径仪采用高速采样技术，可克服被测物抖动的影响。由于该测量原 理是基于数字式的，并配有精密的光学系统、微处理器等，没有易损件和运动部件。因此，具有高精度、高稳定度、高可靠性等优点。本文所设计的光电在线测 径仪就是基于这种原理的，其详细的工作原理将在下一章讲述。§１．３本课题的主要任务在整个光电在线测径仪的研制过程中，本人完成的主要任务有第一章绪论！（１）、光电在线测径仪测量头测量电路的设计及固件代码的编写。主要涉及 ＣＣＤ驱动信号的产生、ＣＣＤ输出视频信号边缘特征的提取、与主控机数 据通信与传输接口的设计。（２）、光电在线测径仪测量误差分析及其非线性校正的实现。主要涉及测径仪中各类误差的分析与处理和对测径仪测量数据进行非线性校正。 （３）、光电在线测径仪远程数据分析系统软件的设计与实现。使用Ｖｃ＋十语言编写了与光电测径仪配套使用远程数据分析系统软件一套。主要涉及的内容有：Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下串口编程，数据库的设计、各种测量参数的实 时显示以及对历史数据的分析等。 （４）、测量数据的频谱分析。主要涉及对测量数据进行频谱分析的主要理论知识及算法的实现。§１．４以下各章主要内容第二章：光电在线测径仪概述第三章：测量头测量电路设计 第四章：误差分析及其非线性校正第五章：数据分析系统软件的设计与开发 第六章：测量数据的功率谱密度估计第七章；结束语！堂皇壅垡型堡堡墨苎塑塑坌堑墨笙堕堑窒―――――――一第二章光电在线测径仪概述本文所设计的光电在线测径仪是基于光电检测技术、非接触检测的一种高速 棒、线材生产线专用测径仪。具有检测精度高、响应速度快、抗干扰性好、可靠 性高、寿命长等特点，满足高速线材成产现场条件的使用要求。能够在高温、高 速等恶劣环境下测量线材的直径。本章主要介绍其测量原理、系统结构和主要性能指标。§２．１测量原理光电在线测径仪测量原理如图２．１所示。发光源发出的光经准镜Ｌｌ准直后可 获得平行性很好的平行光束，此光束照射在视场中的线材上，再经过一组光学放大镜头Ｌ２、Ｌ３放大后成像于ＣＣＤ感光面上。ＣＣＤ器件把感光面上的光信息转 换成与光强成比例的电荷置。ＣＣＤ在一定频率的时钟脉冲的驱动下，在ＣＣＤ的输出端可以获得线材的视频信号。被线材遮挡的部分其光敏像元输出为低电平信 号，反之，没有被遮档的部分其光敏像元输出高电平信号。ＣＣＤ视频输出信号的图形如图中所示。其中，Ｎ１、Ｎ２对应于线材的两个边缘在ＣＣＤ上的成像位置。因此，线材ｄ的大小应与Ｎ１、Ｎ２之差成比例。为了得到线材直径的大小ｄ，我１３’｜Ⅵｃｃｎ输出僵警图２．１测量原理们通过对ＣＣＤ输出视频信号进行二值化处理，得到Ｎ１、Ｎ２的大小，然后根据下面的公式得到直径的大小，ｄ＝Ｋ×（Ⅳｌ一Ⅳ２）式（２―１）从上面的测量原理可以得知，与激光扫描式测径仪的测量原理有着很大的区 别：激光扫描式测径仪测量原理是根据扫描线材所需的对间大小来确定线材直径 的大小，通过高频脉冲填充输出视频信号中相应低频脉冲来获得扫描时问，从而得到线材直径的大小。第二章光电在线测径仪概述在实际测量中，为了提高整个系统的测量精度，我们采用了８对测量头，这 ８对测量头等间隔地安放在与线材截面同一平面内，如图２．２所示。其中，Ｔ表示 测量头发射端，Ｒ表示接收端，黑圈表示线材的截面，外圈表示测量头所在的平 面，Ｔ１和ＲＩ是一对测量头，其它类似。这样保证了８对测量头测量的数据来自 同一截面，我们可以从不同的角度来了解线材直径的情况，同时这样做也会给测量数据的处理带来方便。毒阶譬煎窜Ｒ５帮１啦ｔ毒图２．２测量头分布示意图记Ｔ１Ｒ１方向的线材直径的测量结果为ｄｌ，按逆时针顺序标定其他方向线材 直径的测量结果为ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８。椭圆度的计算公式可以用下式 （２―２）来表示。Ｅ。ｍａｘ｛ｄｌ―ｄ５Ｉ，Ｉ（，２一ｄ６Ｊ，Ｉｄ３－ｄ７］，ｌｄ４一ｄ８｜｝§２．２光电在线测径仪的系统结构式（２―２）光电在线测径仪系统主要有４部分组成：检测机头、主控制柜、ＬＥＤ显示 屏、数据分析软件。其设备系统结构如图２．３所示。图２．３光电在线测径仪系统结构图！堂皇垄丝型堡垡垦基垫塑坌堑墨堕塑婴壅下面将分别介绍各部分的主要功能：一一（ｊ）、检测机头：用于在线检测线材的直径，这是光电在线测径仪关键部 件。整个检测机头包括８对测量头，这８对测量头均匀等间隔地放置在与线材截面同一平面上，从而保证某时刻检测到的测量数据来自同一线材直径截面，从而 提高了测量的精度，也为后来的数据处理提供了方便。检测机头每对测量头检测 到的数据是经Ｒｓ一４８５总线传输到主控制柜的。为了保证测量头光学系统在高温 线材通过视场时能够正常地工作，采用了水冷却方式，使光学检测部件处于冷却 系统内。为了检测冷却效果和保护光学检测部件，在光学检测部件上还安装了温 度传感器，用以检测冷却后的温度是否超过了规定的温度；在冷却管道中还安装了流量传感器，当没有冷却水或温度过高时，系统都会及时发出警报。待检测的 线材通过导卫，保证从检测机头中心穿过，并保持在测量所要求的区域内，即使 线材在运动中跳动，也能精确地检测到线材直径的数据。（ｚ）、主控制柜：系统的控制系统核心，与检测机头共同完成参数的测量。 主要功能有参数的测量、非线性校正、测量结果的显示、数据通信、设备报警指 示、超差报警指示、设备自检和电源设备管理等。通过ＲＳ．４８５总线分别从８对测量头得到来自同一线材截面的测量数据，包括线材直径对应ＣＣＤ光敏像元位置Ｎｌ和Ｎ２、测量头工作状态（测量头需要清洗、测量头视场中无目标、测量数据 为有效数据等状态）和报警信息数据，并将这些数据进一步处理（包括直径、椭圆度的计算，非线性校正等）；将结果（直径最大值、最小值、平均值和椭圆度 大小）分别送往ＬＥＤ显示屏上进行实时显示。并通过ＲＳ－－２３２总线将测量数据传 输到远程数据分析系统软件上。报警信息也在面板上明显及时地显示出来，包括 冷却水报警、设备故障报警等。 （３）、ＬＥＤ显示屏：用于测量参数的显示，包括直径最大值、最小值、平均值 和椭圆度的大小。现场人员可以很清楚地了解到线材直径的变化情况，从而可以根据实际情况适当地调整生产工艺。 （４）、数据分析系统软件：该软件系统的主要功能有测量数据的显示（线材的直径、椭圆度、直径最大值和直径最小值）、误差分析的显示（超差百分比、均 方误差、可信度）、实时图形的显示（直径实时显示图、椭圆度实时显示图、测量数据的直方图和线材的截面图），并将测量结果以数据库的形式存储，给用户 的数据管理系统提供接口。§２．３光电在线测径仪的性能指标本文所设计的光电在线铡径仪，在整体设计中是以国外同类产品为目标，在 技术指标、功能和可靠性方面均按照国际水平要求设计。产品性能指标如下：第二章光电在线测径仪概述７检测区域：３０ｒａｍ钡０量范围：中４ｍｍ一由２５ｒａｍ测量精度：±０．０２ｒａｍ 测量分辨率：０．０１ｍｍ 响应速度：１．４ｍｓ（７００次／秒） 线材温度：小于１３００度！堂皇垄垡型堡堡垦基塑塑坌堑墨堕塑婴塞一第三章测量头测量电路设计测量头主要由光学系统与电路两部组成。测量头中光学系统主要包括光源发 射端和接收端两部分，采用的是物方远心光路系统，从而克服了线材高速运动中 上下抖动带来的测量误差。为了减小高温红热线材发出的红光以及外界光对测量精度的影响，在接收部件透镜前加了一个绿色的滤光片（根据该测径仪选用的ＣＣＤ 的特性，光路的光源采用的是绿光）。对于光学系统的设计不是本章讨论的重点，本章主要论述的是电路部分的设计。本章首先讨论了测量头硬件电路设计的框图，其次结合实际电路系统对核心器件ＴＣＤｌ２０８ＡＰ进行了介绍，然后给出了视频输出信号的边缘特征的提取算法，最后给出了测量头接口电路部分的设计和单 片机部分代码的编写。§３．１测量头电路设计框图测量头完成的主要功能是对线材直径的测量，其电路部分主要功能有ＣＣＤ驱动信号的产生、ＣＣＤ输出视频边缘信号特征的提取、与主控制柜之问的数据传 输与通信等。设计的电路其框图可用图３．１表示。串行通卜一 信电路Ｌ一 ＡＴ８９ｃ６ｌ ．．．．．．．．．．．．．．．．一通信封ｌ――一驱动Ｌ―』 ――叫电路卜＿―叫ＡＴ９０Ｓ１２００ＴＣＤｌ２０８仨―一输出信号陛一 ｒ―］处理申．路ｆｒ―图３．１电路设计框图如图所示，在整个系统中我们采用了两片单片机，这是整个测量头电路部分 的核心控制部分。其中ＡＴ９０Ｓ１２００单片机是一款基于ＡＶＲ ＲＩＳＣ的低功耗ＣＭＯＳ的８位单片机。通过在一个时钟周期内执行一条指令，它可以取得接近１ＭＩＰＳ／ＭＨｚ的性能，工作在１２ＭＨｚ时具有１２ＭＩＰＳ的性能。该单片机主要完成的功能是产生ＴＣＤｌ２０８ＡＰ工作所需的驱动信号、完成对ＣＣＤ输出信号的高速实时采集（输出信号的边缘特征的提取），并将测量结果（包括测量头的状态）实 时地传送到单片机ＡＴ８９ｃ５１中。ＡＴ８９ｃ５１单片机是一种常用的单片机，在这个系统中主要完成的任务是实时地接收来自ＡＴ９０Ｓ１２００单片机的测量数据和测量头的 状态，待收到主控制柜需要数据的命令后将最近的钡４量数据和测量头的状态传送一．一．塑三童型量墨型里皇墅望盐一――――一９§３．２到主控制柜中去，这之间通过串口通信方式完成的，数据传输总线为ＲＳ－４８５总线。ＡＴ８９ｃ５１单片机还负责解决ＣＣＤ输出信号的高速采集与整个系统的数据低 速率传输之间的矛盾。ＴＣＤｌ２０８ＡＰ芯片介绍及相关电路设计ＣＣＤ芯片的性能对整个系统的性能尤其对测量精度的影响很大，ＣＣＤ：ｃ！ｊ：片的 选择至关重要。结合整个系统的性能指标，线阵ＣＣＤ我们选定的是ＴＣＤｌ２０８ＡＰ。ＴＣＤｌ２０８ＡＰ是典型的二相线阵ＣＣＤ，下面将结合电路的实际设计介绍其基本结构、工作原理、驱动电路和输出信号处理电路。 （１）、ＴＣＤｌ２０８ＡＰ的基本结构 图３．２所示为ＴＣＤｌ２０８ＡＰ的基本结构原理图。它由２２１２个ｐｎ结光电二极管 构成光敏元阵列，其中前４０个和后１２个是用作暗电流检测而被遮蔽的，图中用Ｄｎ表示；中间的２１６０个光电二极管是曝光像敏单元，图中用Ｓｎ表示。每个像敏 单元的尺寸为１４ｕｒｎ长、１４脚高，中心距亦为１４／．ｏｎ。光敏阵列总长为３０．２４ｒａｍ，光敏元的两侧是用作存储光生电荷的ＭＯＳ电容列（存储栅），ＭＯＳ电容阵列两侧是转移栅电极ＳＨ，转移栅的两侧为ＣＣＤ模拟移位寄存器，其输出部分由 信号输出单元和补偿输出单元构成。圈３．２ＴＣＤｌ２０８ＡＰ结构原理图由于光路部分视场高度为３０ｒａｍ，而ＣＣＤ阵列总长为３０．２４ｒａｍ，因此整个光路 放大倍数０约为１，ＣＣＤ的分辨率为１４，埘，因此ＣＣＤ对线材的空间分辨率约为１４＃删，所以说该系统测量分辨率为能够达到０．Ｏｌｍｍ。（２）、工作原理ＴＣＤｌ２０８ＡＰ在图３．３所示的驱动脉冲作用下工作。当脉冲ｏ。。高电平到来 时，正值①。电极下均形成深势阱ｒ同时◇。的高电平使①，电极下的深势阱与些堂皇垄垡型堡垡墨基塑塑坌堡墨竺竺堑塞―――――――一ＭＯＳ电容存储势阱沟通。如图３．３所示，ＭＯＳ电容中的信号电荷包通过转移栅转移到模拟移位寄存器的（ｐ，电极下的势阱中。当①。由高变低时，①。低电平形 成的浅势阱将存储栅下势阱与①．电极下的势阱隔离开。存储栅势阱进入光积分 状态，而模拟移位寄存器将在①．与①：脉冲的作用下驱动转移到西。电极下势阱中的信号电荷向左转移．并经输出电路由Ｏｓ电极输出。张封口ｇ埔“广１％”厂―］ｎ ｎ ｎ自门门门几ｎ ｎ ｒ、门几几ｎ ｎｎ￥ｎ ｎ』＿Ｕ１ｒＵ、，Ｌ翻．广――、｝ “、。ｈ ｉ｝…“１”一”’”………一―叶一一¨．，。，。．．＋。＝：ｔ女＝ｉ≈＾§；ｉ≥羹萋一¨广１。 ； ，ｎ ｎ ｎ ｎ ｎ ｎｎ门ｎ煳ｎ ｎ ｎ ｎ ｎ―ｎ ｎ ｎ门ｎ ｎ ｎ．ｎ广”Ｉｎｎｌ ｎｎ ｎＨ队Ｍ舢札Ａ ｎ ｎ ｎ ｎ ｎＩ ｎ鲥舢ｎ ｎ ｎｎ ｎ ｎ＾ｎＭ ｎ＾ｎ ｎ ｎ日ｎ ｎ ｎ ｎ ｎ ｎ ｎ咖ｎ＾ａ ｎｎ。ｍ‘＿Ｙｖｌｏｖｖｌ，＇州ｖｌｒｌｒｖｌｒＹ、１１ｖ＿一，、Ｉ、ｎ＾ｎ九ｎｆｌｆｌｎ九几ｎｎｎｎ九ｎｎ＾ｎｎｒｒ圹１ｒｖｖｌ，ｖ心、，１ｒｖＹ．－ｒ圹图３．３ＴＣＤｌ２０ＳＡＰ驱动脉冲波形图由于结构上的安排，０Ｓ端首先输出１３个虚设单元信号，再输出２７个暗信号，然后才连续输出Ｓ。到Ｓ：，。的有效象素单元信号?第Ｓ：．。信号输出后，又输出９个暗信号，再输出９个暗信号，再输出２个奇偶检测信号，以后便是空驱 动。空驱动数目可以是任意的。由于该器件是两列并行分奇、偶传输的，所以在一个①Ⅲ周期中至少要有１１０６个①。脉冲，即Ｔ跗＞１１０６Ｔ，。图３．３中的①。为复位级的复位脉冲。复位一次输出一个信号。（３）、驱动电路以及输出信号处理电路驱动电路及输出信号处理电路如图３．４所示。由?ＡＴ９０Ｓ１２００单片机产生的四路脉冲信号作为ＴＣＤｌ２０８ＡＰ的①。、①。、①２、①。信号，在这四路驱动脉冲的作用下，ＴＣＤｌ２０８ＡＰ输出Ｏｓ信号及ＤＯＳ信号。将从二路输出信号分别送到差分放大器的正、反输入端差分放大，抑制掉共模①。引起的干扰，就可得到图３．５所示的信号波形。将该输出信号再经放大器放大，就可以进一步处理。为了达到测量响应速度为１．４ｍｓ（７００次／秒）的性能要求，由ＴＣＤｌ２０８ＡＰ的工作原理可知，每测量一次必须有２２１２个①。个时钟脉冲。因此，可以用下面的公式确定ＴＣＤｌ２０８ＡＰ的工作频率。――Ｓ―― 西。 ７００ ①．＝①：＝０．５中。２２１２１――――――――＿――――――――――＿――――――――――＿―――――――――――――――――――――一。 一箜三童型量墨型量皇堕堡：！±一――旦ＭＨｚ。对可以算得①Ｒｋｌ．４７７ＭＨｚ，我们取①＾＝１．５ＭＨｚ，而①１２（ｐ２＝０．７５ 于①。的要求，只需要满足丁。＞ｉｉ０６Ｔ．即可。图３．４驱动电路及输出信号处理电路图３．５输出脉冲波形图§３．２ＣＣＤ视频信号的边缘特征提取在测径仪整个系统中，根据测量原理，我们对ＣＣＤ输出的视频信号是不要求 灰度的，因此为了提高处理速度和降低成本，我们对ＣＣＤ视频输出信号采用二值 化处理的方法进行边缘特征提取。光学系统把被测对象线材成像在ＣＣＤ光敏像元 上，由于线材与背景在光强上的变化反映在ＣＣＤ视频输出信号中所对应的图像尺 寸边界处会有明显的电平变化，通过二值化处理把ＣＣＤ视频输出信号中图像尺寸 部分与背景部分分离成二值电平。实现ＣＣＤ视频信号二值化的方法很多，一般采 用硬件电路实现，下面简要地介绍几种常用的二值化处理方法“”“”。（１）、固定阈值法光电在线测径仪及其数据分析系统的研究固定闽值法是一种最简单的二值化处理方法。将ＣＣＤ输出的视频信号送入电 压比较器的同项输入端，比较器的反相输入端加可调的电平就可以构成了固定阈 值二值化处理电路。当ＣＣＤ视频信号的幅度稍稍大于阈值电压（电压比较器反相 输入端的电位）时，电压比较器输出为高电平；ＣＣＤ视频信号小于或等于阈值电 压时电压比较器输出为低电平。ＣＣＤ视频信号经电压比较器输出的是二值化方波 信号。调节阈值电压，方波的前、后沿将发生移动，脉冲的宽度发生变化。当 ＣＣＤ的视频信号输出含有被测物体直径的信息时，可以通过适当地调节阈值获得 方波脉冲宽度与被测物体直径的精确关系。 （２）、浮动阚值法 浮动闽值法是使电压比较器的阈值电压随测量系统的光源或ＣＣＤ输出视频信号的幅值变动。这样，当光源强度变化引起ＣＣＤ的视频信号起伏变化时，可以通 过电路将光源的起伏或ＣＣＤ视频信号的起伏变化反馈到阈值上，使阈值电位跟着变化，从而使方波脉冲的宽度基本不变。（３）、微分法分析ＣＣＤ视频信号的输出波形可以看出图像边界在波形图曲线变化率最大的 点处。为此，可用微分的方法找到曲线的最大变化率所对应的点。这种方法称为 微分法。微分法的电路原理框图如图３．６所示。对于其详细的原理在这里就不在 详细讲述１竺兰Ｈ竺Ｈ竺兰竺ｒ］ 【。．．．――――――――――一【．―．．．，―，，．．．―一【．．．．―．．，―．．．．Ｊ图３．６微分法原理图ｆＡＴｇｏｓｌ２００单片机自带了一个模拟比较器。模拟比较器比较正输入端ＰＢＯ（ＡＩＮＯ）和负输入端ＰＢＩ（ＡＩＮＩ）的值。如果ＰＢＯ（ＡＩＮＯ）的电压高于ＰＢＩ（ＡＩＮＩ）地 值，比较器的输出ＡＣＯ（模拟比较控制器控制和状态寄存器一－－ＡＣＳＲ的第５位） 将置位?因此我们在进行ＣＣＤ输出信号二值化处理中没有纯粹地采用上述３种方 法的任何一种，而是结合单片机的性能，在固定闽值法的基础上，采用软件实现 ＣＣＤ输出视频信号的边缘特征的提取。其原理如下：将ＣＣＤ输出信号经过放大处 理后，输入到单片机的ＰＢＯ（ＡＩＮＯ）口，而ＰＢＩ（ＡＩＮＩ）端输入的值为某一固定阈值电压，这样就省去了固定闽值法中的反相比较器。利用①。作为同步信号，用一个整型变量Ｐｌａｃｅ来记录ＣＣＤ像敏单元的位置（１～－－２２１２），当新的扫描行开始时，该整型变量设为ｌ，每发出一个（ｐ。脉冲信号，就去读取ＡＣＯ中的数值，同时变量Ｐｌａｃｅ加ｌ，当连续读到的ＡＣＯ中的值由１变成０时，将此时第三章测量头测量电路设计Ｐｌａｃｅ的数值减去４０（因为最初４０个为虚设单元）作为图２一ｌ中Ｎ１的值（也就 是ＣＣＤ输出信号中第一个边沿位置），而后，若连续读到的ＡＣＯ中的值由０变ｌ 时，将此时Ｐｌａｃｅ的数值减去４０作为图２一ｌ中Ｎ２的值（也就是ＣＣＤ输出信号 中第二个边沿位置），从而完成了对ＣＣＤ视频信号边缘特征的提取。 这种方法电路简单，程序代码也比较简单，测量精度高，而又避免了复杂的 电路设计，能够有效地利用单片机资源。当然这种方法与固定闽值法有着类似的 问题，就是对检测光学系统有较高的要求。首先提供给ＰＢｌ口的阈值电压要稳 定；其次，ＣＣＤ视频信号只与线材的直径有关，而与时间ｔ无关，即要求时间稳 定。显然这就要求测量系统的光源及ＣＣＤ驱动脉冲，主要是转移脉冲的周期丁。要稳定。测量头提供的光源是由稳定的恒流源供电的稳定光源，而７１。的稳定是由ＡＴｇＯＳｌ２００提供的。§３．３接口设计为了实现远距离传输，节省传送线，降低成本，采用串行数据传送总线进行数据传输。下面首先简单地介绍～下串行通信的基本概念，然后再介绍我们采用 的串行总线ＲＳ－４８５，最后介绍我们采用的芯片ＭＡＸｌ４７８Ｅ。 （１）、串行通信的基本概念及技术Ⅲ卜‘“ ①、串行数据的编码 串行通信是以字符形式传送信息的，而字符通常又是采用美国标准信息码交 换码ＡＳＣＩＩ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃｏｄｅ ｆｏｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅ）进行编码。②、数据传送数率一一波特率（ＢａｕｄＲａｔｅ）衡量数据传送快慢地指标是波特率。所谓波特率，即每秒串行发送或接收二 进制数位。例如，每秒传送２０个字符，每秒字符由１０位组成，那么，传送速率 是２００波特。③、半双工与全双工 根据发送和接收数据能否同时进行分为半双工与全双工两种。半双工（ＨａＩｆＤｕｐｌｅｘ）：用单根传送线实现双向数据传送时，发送和接收不能同时进行，而只能分时进行，这种方式称为半双工通信：全双工（Ｆｕｌｌ Ｄｕｐｌｅｘ）：用两根传送 线来连接两个设备，数据的发送和接收可以同时进行，这种方式称为全双工通 信。通常情况下，ＲＳ一２３２使用的是全双工通信，ＲＳ一４２２使用的是全双工通 信，而ＲＳ－－４８５使用的是半双工通信。就ＲＳ－－２３２而言，它之所以能达到全双工 的功能，是因为其引脚在设计上就是接收与传送分属两个不同的引脚与线路。ＲＳ光电在线测径仪及其数据分析系统的研究－－４８５上的数据线虽然也有两条，不过这两条线路却是一个信号标准电位的正负 端，真正信号必须是两条线路相减所得到的，因为在一个时间内，只可以有一个方向的数据在传送，也就形成了半双工的工作模式。④、串行通信方式 根据时钟控制数据发送和接收的方式，串行通信分为同步通信和异步通信。 在同步通讯中，为了使发送和接收保持一致，串行数据在发送和接收两端使 用的时钟应是同步。在异步通信中，发送和接收两端分别使用自己的时钟，只要求时钟频率在短期内保持同步。同步通信与异步通信相比较，它的优点是传输速 度快，不足之处是由同步通信的实用性完全取决于发送器和接收器保持同步的能 力。另外，若在～次串行数据的传输过程中，接收器由于某种原因（如噪声）漏 掉一位．则所有以下的接收的数据都是不正确的。异步通信是相对同步通信而言，传输数据的速度较慢，但若在一次串行数据传输过程中出现错误，仅影响～个字节。因此，目前大多数系统中，串行数据的传输采用的是异步通信方式。图３．７为串行通信方式示意图（左为同步方式，右为异步方式）。图３．７串行通信方式示意图⑤、异步串行通信协议异步串行通信协议规定每个数据以相同的位串形式传送，每个串行数据由起 始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成，串行数据的位串格式如图３．８所示。 具体定义如下（图中数据位为７位）：。图３．８串行数据位串定义当通信线上没有数据传送时应处于逻辑“１”状态。当要发送一个字符数据时，先发送一个起始位，其作用是协调同步：然后发送数据位，数据位可以是５、６、７或８位，数据位从最低有效位开始逐位发送；然后再发送奇偶校验位： 最后发送停止位－用于标志一个数据的传送完毕，可以是１、１．５或２位。当接第三章测量头测量电路设计坚收设备接收到停止位后，通信线路就恢复到逻辑“ｌ”状态，直至下一个字符数 据起始位到来。为了有效地进行通信，通信双方必须遵守统一的数据传送格式和 相同的传送速率。 （２）ＲＳ－４８５总线的选择与接口实现ＲＳ一２３２是使用十分广泛的串行总线，但它存在若干固有的不足：①、数据传输速率慢，一般低于２０ｋｂｐｓ。 ②、传送距离短，一般局限于１５ｍ，即使采用较好的器件及优质同轴电缆，其最大距离也不应超过６０ｍ。⑨、没有规定标准的连接器，因而产生了２５插针及９插针等多种设计方案。 ④、信号传输为单端电路，共模抑制比较小，抗干扰能力较差。 ⑤、接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与ＴＴＬ电平不 兼容故需使用电平转换电路方能与ＴＴＬ电路连接。 ⑥、Ｒｓ一２３２一ｃ接口在总线上只允许连接１个收发器，即单站能力。而光电在线测径仪使用的环境是强噪声的一个环境，再加上我们需要的通信距离较长，更为重要的是，共有８个测量头与主控制柜进行通信，为了使用最少的信号线实现多个设备互联成网，因此我们选用了ＲＳ一４８５总线进行通信。Ｒｓ一 ４８５总线的特点为：①、平衡传输 数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用的是一对双绞线，将 其中一线定义为Ａ，另一线定义为Ｂ，如图３．９所示。＼玳Ⅲ跳幽３．９ ＲＳ－－４８５连线定义州小？删通常情况下，发送驱动器Ａ、Ｂ之间的正电平在＋２～＋６Ｖ，是一个逻辑状态，负电平在－－２～－－６Ｖ，是另外一个逻辑状态。还有一个信号地Ｃ和一个“使 能”端。“使能”端是用于控制发送器与传输线的切断与连接。 收、发端通过双绞线将ＡＡ与ＢＢ对应相连，当在收端ＡＢ之间有大于＋２００ｍＶ的电平时，输出正逻辑电平小于一２００ｍＶ时，输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在２００ｍＶ～－－６Ｖ之间。如图３．１０所示。坚堂皇垄塑型堡垡墨基塑塑坌堑墨丝堕堕茎一一一６Ｖ图３．１０传输电压范围②、对于ＲＳ－－４８５总线的性能我们可以与ＲＳ－－２３２的性能作一比较，表３．１为对比的结果。表３．１ Ｒｓ一４８５和ＲＳ－２３２各项性能对比ＲＳ一２３２ ＲＳ――４８５操作方式单端１５ｍ ２０ｋｂｐｓ差分１２００ｍ ｌＯＭｈｐｓ最大传输距离 最大传输速率 可连接的台数工作方式１台驱动、一台接收 全双工±１５＇／多台驱动、多台接收半双工±５Ｖ ±１．５Ｖ ±０．２Ｖ ≥１２Ｋ０驱动输出电压（无负载）驱动器输出电压（有负载） 接收器输入灵敏度±５Ｖ～±１５Ｖ±３Ｖ３－７ＫＱ接收器输入阻抗③、ＲＳ－－４８５网络安装在进行网路连接时．ＲＳ一４８５我们采用的是二线方式。接口芯片采用的是 Ｍａｘｌ４８７Ｅ。其网络连接示意图为图３．１ｌ所示。 为了保证系统的可靠性，需要注意下面几个问题： ａ）、传输线的选择和阻抗的匹配在差分平衡系统中，～般采用双绞线作为信号传输线。双绞线价格低廉，使 用方便，两条线基本对称，外界干扰噪声主要以共模方式出现，对接收器的差动 输入影响不大。信号在传输线上传送时，如果遇到阻抗不连续的情况，会出现反 射现象，因而造成电磁干扰。双绞线的特性阻抗一般在１１０Ｑ～１３０Ｑ之间，因此通常在传输线末端接一个１２０ Ｑ的电阻进行阻抗匹配。 ｂ）、隔离ＲＳ－－４８５总线在多站连网时，相距较远的不同站之间的地电位差可能很大， 各站不加隔离地直接连网很有可能导致接口芯片的损坏，尤其是接收芯片。解决第三章测量头测量电路设计这一问题的一种简单有效的方法是将各站的串行通信接口电路与其他站进行电气隔离。ｃ）、抗静电放电冲击 ＲＳ－－４８５接收器差分输入端对地的共模电压范围为～７ｖ～１２Ｖ，超过此范围 时可能损坏器件。芯片在安装和使用过程中，可能受到静电放电冲击。解决的办 法是选用带静电保护的ＲＳ一４８５接口器件。我们选用的ＭＡＸｌ４８７Ｅ就带有静电 保护。 ｄ）、传输线的铺设及屏蔽在系统安装时，应尽量做到传输线单独铺设，不与交流动力线一起铺设在同 一条电缆沟中。强信号线与若信号线避免平行走向，尽量使二者正交。图３．１１ＲＳ－－４８８两线式网络连接示意图§３．４Ｃ５１固件代码编写ＡＴ８９ｃ５１单片机在整个测量头中完成的主要功能有：实现与主控制柜之间的串口通信和实时接收传输来自ＡＴ９０Ｓ１２００单片机的测量结果。下面分别介绍这两 个功能在设计中是如何实现的。（１）、串口通信 ＡＴ８９ｃ５１带有～个全双工增强型ＵＡＲＴ，可以同时发送和接收，它还具有接收缓冲，在第一个字节从寄存器读出之前，可以开始接收第二个字节。但是如果第二个字节接收完毕时第一个字节仍未读出，其中～个字节将会丢失。串口的发送 和接收寄存器都是通过ＳＦＲ ＳＢＵＦ进行访问的：写入ＳＢＵＦ的数据装入发送寄存１８光电在线测径仪及其数据分析系统的研究器，对ＳＢＵＦ的读操作是对物理上分开的接收寄存器进行访问。８９ｃ５１串口有四种 操作模式： 模式０：串行数据通过ＲｘＤ进出，ＴｘＤ输出时钟。每次发送或接收以ＬＳＢ（最低位）作首位，每次８位，波特率固定为ＭＣＵ时钟频率的１／１２。模式ｌ：ＴｘＤ脚发送，ＲｘＤ脚接收，每次数据为１０位，一个起始位，８个数据位 （ＬＳＢ在前）及一个停止位（１）。当接收数据时，停止位存于ＳＣｏＮ的ＲＢ８内， 波特率可变，由定时器１溢出率决定。 模式２：ＴｘＤ脚发送，ＲｘＤ脚接收，每次数据为１１位，一个起始位，８个数据位 （ＬＳＢ在前）、一个可编程第９位数据及一个停止位（ｉ）。发送时，第９位数据 存ＳＣＯＮ的ＲＢ８位，停止位忽略。波特率可编程为ＭＣＵ时钟频率的１／３２或１／６４， 由ＰＣＯＮ内ＳＭＯＤＩ位决定。 模式３：ＴｘＤ脚发送，ＲｘＤ脚接收，每次数据为１ｌ位，一个起始位，８个数 据位（ＬＳＢ在前）、一个可编程第９位数据及一个停止位（１）。事实上模式３除了波特率外均与模式２相同。其波特率可变并由定时器１溢出率决定。５ｌ单片机与主控制柜之间的串口通信协议是９６００ｂｉｔｓ／ｓ、一位开始位、８位 数据位、一位停止位，无奇偶检验位。因此我们使串口工作方式为模式ｌ。为了得到所需的波特率，计数器ｌ工作方式为模式２（此模式下计数器寄存器作为可 自动重装的８位计数器（ＴＬｌ），ＴＬｌ的溢出不仅置位ＴＦＩ，而且将ＴＨｌ内容重新 装入ＴＬｌ，ＴＨＩ内容由软件预置，重装时ＴＨＩ内容不变）。计数器１的ＴＨｌ寄存器装载值可由式（３―３）得到。册１＝２５６一＠。伪。ｎ８％８４＋肋“凇眦）式（３―３）式中ｋ＝１（ＰＣＯＮ中ＳＭＯＤＩ＝０）或ｋ＝２（ＰＣＯＮ中ＳＭＯＤｌ＝１），ＯｓｃＦｒｅｑ为５ｌ单片机的晶振频率，ＢａｕｄＲａｔｅ为希望的波特率。在本系统中，ＳＭＯＤＩ＝１０，ＯｓｃＦｒｅｑ２２４ＭＨｚ，ＢａｕｄＲａｔｅ２９６００，因此ＴＨＩ：ＯｘＦ３Ｈ。下面给出了串口初始化部分 代码。ｍｏｖｔｍｏｄ， ｔｈｌ，＃２０ｈ ｝｝Ｏｆ３ｈ ＃Ｏｆ３ｈ ９４５ｈ ＃８０ｈ ＃５０ｈ：ｔｉｍｅｒｌ／ｃｏｕｎｔｅｒｌ ｉｎ ｍｏｄｅＯ：９６００ｂａｕｄ ｒａｔｅ ｓｅｔ ：９６００ｂａｕｄ ｒａｔｅ ｓｅｔ ：Ｔｉｍｅｒｌｃａｓｕｅｍｏｖｍｏｖｔｌｉ，ｔｅｅｎ， ｐｃｏｎ，ＳＣＯｎ，ｍｏｖｉｎｔｅｒｒｕｐｔｍｏＶｍｏｖ：Ｂａｕｄ ｒａｔｅ ｄｏｕｂｌｅ ：Ｓｅｒｉａｌ ｉｎ ｍｏｄｅｌ．ｒｅｎ ｅｎａｂｌｅｄ（２）、接收、传输测量结果第三章测量头测量电路设计为了保证得到最新的测量数据，并且解决高速数据采集与低速率的数据传输 之间的矛盾，我们在ｃ５１中的存储器中开辟了两个数据存储区ｄａｔａｌ和ｄａｔａ２用 来存储来自ＡＴ９０Ｓ１２００单片机的测量数据（包括测量头状态、Ｎ１、Ｎ２），其初始 地址分别为ａｄｄＩ、ａｄｄ２。并定义了两个变量：ｖａｒｌ，ｖａｒ２，其中ｖａｒｌ是用来标识 ｃ５１是否正在从数据存储区（ｄａｔａｌ、ｄａｔａ２）中读取数据并且通过串口发送出去，如果ｖａｒｌ＝ｌ表示‘是’，ｖａｒｌ＝０表示‘否’；ｖａｒ２是用标识新接收到的数据是存储在ｄａｔａｌ中还是存储在ｄａｔａ２中，如果ｖａｒ２＝ｌ，表示将新收到的数据存储在ｄａｔａｌ中，ｖａｒ２＝０，表示将新收到的数据存储在ｄａｔａ２中。这样就保证了每次接收 到的数据时，如果ｃ５１没有向主控制柜传输上一次的测量数据，则新收到的数据将交替存储在ｄａｔａｉ和ｄａｔａ２中（如果，上次数据存储在ｄａｔａｌ中，则这次存储 在ｄａｔａ２中），如果ｃ５１正在向主控制柜传输上一次的测量数据，则新收到的数 据将一直覆盖另一个存储区（如果ｃ５１正在传输ｄａｔａｌ中的数据，则新收到的数据一直存储在ｄａｔａ２中，直到ｃ５１传输完毕，才开始交替存储）。大致的工作原 理为：ｃ５Ｉ通过外部中断１获得新接收到的数据将存储在哪一个存储区；通过外部中断０将新收到的数据存储在相应的存储区中；主程序收到主控制柜的命令后 将最新的测量数据传输到主控制柜中去。图３．１２是ｃ５１单片机的主程序流程图。图３．１２Ｃ５１主程序流程图２０光电在线测径仪及其数据分析系统的研究第四章光电在线测径仪误差分析及校正光电在线测径仪需要具有较高的测量精度和测量速度，因此必须实时剐测量 数据进行修正与处理，才能够满足使用要求。智能仪器的特点之一，是可以利用微计算机（微处理器）对测量数据进行处理，修正仪器存在的非线性误差，减小 测量过程中随机误差、系统误差和粗大误差对测量结果的影响，提高测量精度。 本章介绍了这三类误差的特点以及在测径仪中是如何采用软件进行处理，以减少这三类误差对测量结果的影响。尤其对测径仪的测量结果呈现非线性的原因进行 了分析，并且对如何利用计算机进行非线性校正也进行了详细的论述。§４．１随机误差及其处理方法随机误差是由随机干扰引起的，其特点是在相同条件下测量同一量时，其大 小和符号作无规则变化而无法预测，但多次测量结果符合统计规律。任何测量系 统都会存在随机误差，并且随机误差是不可能消除的，只能通过一定的方法减小随机误差。为克服随机干扰引入的误差，硬件上可采用滤波技术，软件上可采用软件算法实现数字滤波。采用数字滤波算法克服随机干扰引入的误差有如下优点【＝｛１］：①、数字滤波无需硬件，只用一个计算过程，可靠性高，不存在阻抗匹配问 题。尤其是可以对频率很高或很低的信号进行滤波，这是模拟滤波器所不及的。 ②、数字滤波是用软件算法实现的，多个输入通道可以共用一个软件“滤波器”，从而降低系统开支。③、只要适当改变软件滤波器的滤波程序或运算参数，就能方便地改变其滤波特性，这对于低频、脉冲干扰、随机噪声等特别有效。 基于数字滤波的优点，在现在的智能仪器中数字滤波越来越得到青睐。常用的数字滤波有程序判断法、中值滤波法、算术平均滤波法、加权平均滤波法、滑 动平均滤波法和低通滤波法ｍ¨知ｍ”。 由光电测径仪的测量原理知，同一截面有８个测量数据，这８个数据基本上是以某一固定值（对同一线材）为中心上下波动，对整条线材的测量数据也是基 本上以某一固定值为中心上下波动，因此我们可以认为任何单次测量数据均服从以甄为均值、盯２为方差的正态分布，即五服从Ｎ（甄，盯２），其中‰是线材直径的真值。结合这种数据特点，我们采用了算术平均滤波法，来克服随机误筹。第四章光电在线测径仪误差分析及校正算术平均滤波法就是连续取Ｎ个采样值进行算术平均，其数学表达式为ｉ＝寺∑五式（４―１）式中，ｉ称为Ｎ个采样值的算术平均值；Ｘ，为第ｉ个采样值。 算术平均滤波法是如何减少随机误差，可用下面的方法来解释。我们假设， 第ｉ次的测量值内包含了信号成分Ｓ。和噪音成分绝，则进行了Ｎ次测量的信号成 分之和为Ⅳ∑量＝Ⅳ?５，‘ｌ噪音的强度是用均方值来衡量的，进行Ｎ次测量的噪音强度之和为√∑薪＝厨?ｎＶ｝＝ｌｎ广上述Ｓ、ｎ分别表示进行Ｎ次测量后信号和噪音的平均幅值。对Ｎ次测量进行平均后信噪比为粤旦：而．兰（√川’印”式（４－２）式中形是算术平均前的信噪比。因此，算术平均后信噪比提高了√万倍。当Ｎ－＞ｃ。大时，显然噪声的影响就很小了。算术平均滤波法对信号的平滑程度完全取决于Ｎ。当Ｎ较大时，平滑度高，但灵敏度低；当Ｎ较小时，平滑度低，但灵敏度高。在用汇编语言编写算术平均滤波法的子程序时，为了方便地求出平均值，Ｎ一般取４，８，１６之类的２的整数幂，以便于用移位来代替除法。结合测径仪的实际情况，我们把来自同一截面的８个测量数据取平均值作为 一次线材直径的测量数据。ＦＩＬＴ： ＣＬＲ设８次采样值依次存放在ＤＡＴＡ开始的连续单元中，：清累加和滤波结果保留在累加器Ａ中，子程序如下：ＡＭＯＶＭＯＶ ＭＯＶＲ２，ＡＲ３，ＡＲ０，＃ＤＡＴＡ Ｒ７．＃０８Ｈ Ａ，＠ＲＯ Ａ，Ｒ３ Ｒ３，ＡＡ；指向第一个采样值ＭＯＶ ＦＩＬＴｌ： ＭＯＶ ＡＤＤ ＭＯＶ ＣＬＲ；取～个采样值 ；累加到Ｒ２，Ｒ３中ＡＤＤＣ Ａ，Ｒ２垒堂皇垄垡型堡堡墨基塑塑坌塑墨篓塑婴壅ｇＯＶＩＮＣ一．――Ｒ２，Ａ ＲＯＤＪＮＺ Ｒ７，ＦＩＬＴｌＦＩＬＴ２ ＳＷＡＰ Ａ ＲＬ ＸＣＨＡ Ａ．Ｒ３累加８次（Ｒ２，Ｒ３）／８ＳＷＡＰ Ａ ＲＬ ＡＡＤＤ ＡＮＬＡ．＃８０Ｈ Ａ．＃１ＦＨ四舍五入ＡＤＤＣ Ａ，Ｒ３ ＲＥＴ§４．２系统误差及其处理方法（１）、系统误差的分类及其对测量结果的影响 系统误差的特点是：在相同条件下，多次测量同一量时，其大小和符号保持 不变或按某种规律变化。克服系统误差与抑制随机误差干扰不同，系统误差不能 依靠概率统计方法来消除或削弱，不像抑制随机干扰那样能导出～些普通通用的处理方法，而只能针对具体情况采取一定的措施。 系统误差按其表现形式分为定值系统误差和变值系统误差。 定值系统误差；在同一条件下，多次重复测量同一量时，误差的绝对值和正负符号恒定不变，这种误差就叫做定值系统误差。变值系统误差：在多次测量同一量时，由于在测量过程中，测量条件有变 化，而使误差的绝对值和正负号按一定规律变化的误差，叫作变值系统误差。又分为（１）累进（线性）系统误差、（２）周期误差、（３）复杂系统误差。定值系统误差只影响～系列重复测量值的算法平均值ｉ，对测量值的残差１， 没有影响，即不影响随机误差的分布规律和精度参数。如图４．１所示。设每一个测量值ｘ，都有一个定值系统误差△。，则实测值为咒＝咒＋△。，其平均值ｉ’为∑Ｘ７。∑（石＋△。） ｉ’＝』旦―一；』旦―――――一刀疗聿＋訾嘎埝而残差１，’，为ｖ７，＝ｘ７，一ｉ’＝（咒＋△ｏ）一（Ｚ＋△ｏ）＝誓一ｘ’，＝ｖ第四章光电在线测径仪误差分析及校正望故对测量值的残差无影响。变值系统误差则不然，由上两式可知，如△。为变值，它对ｉ及ｖ，都有影响，即影响分布规律，也影响标准差矿，等精度参数值。图４．１定值系统误差对测量结果的影响（２）、光电在线测径仪系统误差产生的原因 在光电测径仪测量头系统中，系统误差引起的主要原因如下：①、高速线材在运动过程中的上、下振动引起系统误差。图４．２所示为高速线材运动跑道的横截面图。高速线材在运动中处于中心位 置。在轴向运动的同时还具有上下和左右的振动。由于光电测径仪光线平行通过线材，因而高速线材的左右（即水平方向）振动对测量结果没有影响。对于上下（即垂直方向）振动作如下分析。广－＿―――――’ｌ‘Ｉ跑道的宽Ｉ图４．２高速线材运动跑道横截面图经过现场观察确认，高速线材上下以一定的频率和振幅振动，当测径仪的测 量速度一定时（即测径仪的每秒钟的测量次数一定），测量结果会产生一个固定 的系统误差。该系统误差是线性系统误差，为了减少该系统误差最好的解决方法 是提高测量速度（也即提高测径仪每秒钟的测量次数）。然后通过大量的测量数据可以得到该系统误差，从而很好地可以解决该系统误差。②、ＣＣＤ芯片输出偏差引起非线性误差。ＣＣＤ输出产生偏差的原因有。“：ａ）、像敏单元的不均性造成输出信号出现偏差。像敏单元的不均匀性包括两部分：一是各像敏单元的半导体材料不均匀（如个别单元有缺陷等），造成各像２４光电在线测径仪及其数据分析系统的研究敏单元光响应度不同：二是各像敏单元的几何尺寸不均匀，造成各单元受光量不一致。这样，即使在均匀光强的入射光照射下，激发出的信息电荷也是不均匀的，总存在一定的偏差。ｂ）、暗电流造成输出信号出现偏差。ＣＣＤ的暗电流主要包括耗尽区内产生 的电流、耗尽区边缘的扩散电流和器件表面产生的俘获电流三部分。它们的存在导致光信息的电荷包发生变化，因而使输出信号产生偏差。另外，各个像敏单元产生的暗电流也是不均匀的，它们形成的图形噪声也严重影响了信息质量，、在工 作环境温度较高时更是如此。 ｃ）、转移效率与转移次数（与像敏单元数有关）不同引起的各信息电荷包 在转移过程中的损失不同，造成输出信号产生偏差。像敏单元离输出端越远，所 需的转移次数越多，造成电荷包的损失也就越大。 从上分析可知，ＣＣＤ的输出中必然含有偏差，并且各像敏单元产生的偏差是 不均匀的。因此，当线材通过视场时，由于线材边缘对应的ＣＣＤ像敏光元的两个 边沿位置不一定相同，从而得到的测量结果也就不同，产生了非线性系统误差。对于这种误差必须利用计算机进行非线性校正，详细的方法在下一节介绍。幽４．３标准线材测量结果示慈图在试验过程中，为了验证这点，我们做了如下试验：选用一个标准件（直径 标准大小为１５．２ｒａｍ），固定好测量头，用一个微系统载着标准件沿垂直于平行光的方向逐步平移，以第一个位置作为原点，记为“０”，每次向前平移一固定 距离进行测量，记测量点为１、２、…、９６（共测量了９７个数据）。将测量数据 用图形表示如图４．３所示。从图中我们明显地可以看到这种因不均匀性造成的非线性误差。 （３）、系统误差处理 由以上分析可知，本系统含有复杂的非线性误差。结合智能仪器的特点，为 克服这种复杂的非线性误差，我们可采用利用校准曲线通过查表法修正该误差。第四章光电在线测径仪误差分析及校正望对于定值系统误差的克服，在我们消除（大大削弱）非线性误差后，采用补偿的 方法就可以消除。①、利用校准曲线通过查表法修正系统误差原理对于复杂的系统的误差来源很不清楚时，可以给系统一系列已知的被测参数 ｘ１，ｘ２，…，ｘｎ，系统测得相应的结果ｙ１，ｙ２，…，ｙｎ，然后作出一条校正曲线，最 后在内存中建立一张数据表，即把ｖ（ｉ＝１，２，…，ｎ）作为ＥＰＲＯＭ的地址，把对应的ｒ．（ｉ＝１，２，…，ｎ）作为内容存入相应的ＥＰＲＯＭ中。实时测量时，测得一个１，，通过查表获得被测参数修正后的值］ｃ；。 这种方法的问题在于，当实测值Ｙ介于两个校正点ｖ和１，之间时，只能按 最接近的Ｙ和Ｙ查表，显然会引入一定的误差。误差可作如下估算：设两校正点闾的校正曲线为一直线段，其斜率为Ｓ－－－－△ｘ，△ｙ（校正时，ｙ是自变量，Ｘ是函数值），并设最大斜率为Ｓ，，则由图４．４可知，可能引起的最大误差△ｚ。为 Ａ．，ｙｍ＝＾ｓｒ，?妙考虑取双向误差时误差的绝对值可减半，则最大误差为１式（４―５）±△ｘ。＝±｛＾Ｓｒ，?ａｙ式（４―６）图４．４校准数据校正的误差设Ｙ的量程为Ｙ，校正时取等间隔的Ｎ个校正点，则Ｙ，，ｉ－ｙ。＝缈＝％于是如＝ｓ。?％Ⅳ显然，查表法修正系统误差的精度，既取决于校正点数Ｎ，又取决于运算时 的字长ａ点数越多，字长越长，修正精度越高，但点数增多和字节变长都大幅度 增加存储器的开支。为此，通常去较少的校正点，而在校正点之间进行内插，以 达到既节约内存，又不损失修正精度的目的，常用的插值方法是线性内插法。②、代数插值法塑堂皇垄垡型堡堡塾基塑塑坌堑墨堑塑堕壅．――设有ｎ＋ｌ组离散点（ｘＯ，ｙＯ）、（ｘＩ，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）、…、（ＸＹＩ，ｙｎ），ｘ∈［ａ，ｂ］和未知函数ｆ（ｘ），并有ｆ（ｘ。）＝夕０１ｆ（ｘ，）＝Ｙｌ ｆ（ｘ２）＝ｙ：，，?，ｆ（ｘ。）２少。式（４―８）要寻找一个函数ｇ（ｘ），使ｇ（ｘ）在ｘｉ处于ｆ（ｘ）相等，满足这个条件的函数称 为ｆ（ｘ）的插值函数，ｚ．称为插值节点。在以后的计算中，可以用ｇ（Ｘ）在区阃 ［ａ，ｂ］上近似代替ｆ（ｘ）。代数插值法选择ｇ（ｘ）为ｎ次多项式Ｐ。（工），现在要用一个次数不超过ｎ的多项式Ｐ，（ｘ）＝ａｏｒ＋以。，－Ｉ＋?ｔ＋ａ。去逼近ｆ（ｘ），使只（功在节点五处满足 式（４―９） （ｉ２１，２，…，ｎ） Ｒ（石）＝ｆ（ｘ，）＝少．将ｎ＋ｌ组离散数据代入上式，可得到一个含有ｎ＋１个未知数ａ。，配ｖ…，口。的线性方程组，即月ｎ―Ｉ矾甄＋鼠一Ｊ甄十…＋鼠甄＋编２ｙ。ｎａ－－Ｉ瓯五＋ａｎ一１而＋…＋口】ｚｊ＋口ｏ ２夕１＾ｎ―ｌ编溉＋瓯一ｌ五＋…＋西五＋口０２见当Ｘ。，Ｌ一…，甄互异时，上述方程组有唯一的一组解。解这个方程组，可以求出口．，从而可以得到只（ｘ）ａ实际应用中，先通过实验获得ｘ和Ｙ．，再离线求解出ａ．，然后按所得的ａ， 编写一个计算Ｐ。（ｘ）的程序，就可以对各输入值ｘ，近似实时地计算ｆ（ｘ）。通常，给出的离散点总是多于求解插值方程所需要的离散数，因此在用多项式插值方法求解离散点的插值函数时，首先必须根据所需的逼近精度来决定多项 式的次数。它的具体次数与所要逼近的函数有关，例如函数关系接近线性的，可 从中选取两点，用一次多项式来逼近。函数关系接近抛物线的，可从中选取三点，用二次多项式来逼近．……同时，多项式次数还与自变量的范围有关，一般来说，自变量的允许范围越大（即插值区间越大），达到同样精度时的多项式 次数也就较高。对于无法预定多项式次数的情况，可采用试探法，即先取一个较小的ｎ值，看看逼近误差是否接近所要求的精度，如果误差太大，则把ｎ加１，再试一次，直到误差接近精度要求为止，在满足精度要求的前提下，ｎ不应取得 太大，以免增加计算时间。插值。 ａ）、线性插值一般常用的插值函数为线性插值和抛物线（二次）线性插值是在一组数据（焉，只）中选取两个有代表性的点（甄，少。）、（咒，ｙ，），然后根据插值原理求出插值方程第四章光电在线测径仪误差分析及校正删２罴”嚣胪卵‰对于非线性程度严重和测量范围较宽的非线性特性，采用一个线性方程进行 校正往往达不到精度要求。这时可采用分段直线方程来进行非线性校正。分段后的每一段非线性姐线用一个直线方程来校正，即Ｐ（ｘ）＝ａＪ，ｘ＋ａｗｂ）、抛物线插值ｉ２１，２，…，Ｎ抛物线插值是在数据中选取三个点（甄，Ｙｏ），（ｘ。，ｙ。），（工：，少：），相应的插值方程为Ｐ：（，）。Ｅ（；ｘｉ二－ｊＸｉｌ而）（ｘ－Ｘ２），ｊ＋ｉ；；糕ｙ，＋ｉ夏（ｘｊ二－ｊＸ云。而）（ｘ－Ｘ）ｙ：式（４―１ ’③、最小二乘法代数插值法可以保证在ｎ＋１个节点上校正误差为零，即逼近曲线恰好经过这 些节点。但如果这些数据是实验数据，含有随机误差，则该校正方程并不一定能 反映出实际的函数关系。因此对于含有随机误差的实验数据的拟合，通常采用最 小二乘法Ｎ＿２２，使逼近模型比较符合实际关系。在形式上也可能地简单，其数学 描述如下： 设被逼近函数为ｆ（ｘ。），逼近函数为ｇ（咒），ｚ。为ｘ上的离散点，逼近误差为Ｖ（ｘ，）＝ｌｆ（ｘ，）一ｇ（ｘ。）ｉ式（４―１２）即≯＝∑矿２（ｚ），令由一＞ｍｉｎ，即在最小二乘意义上使Ｖ（ｘ）／ｉｉｄ、化。为了使逼近函数简单化，通常选择ｇ（ｘ）为多项式。下面介绍用最小二乘法实现直线拟合。设一组实验数据（Ｚ，ｙ，）的最佳拟合直线方程（回归方程）为ｙ３编＋ａＩ工式（４－－１３）式中，口。，ａ。称为回归系数。令‰．５蔷矿２蕃∽一（口ｏ＋日－ｘ）］２根据最小二乘原理，要使≯鼬口。最小，对瓯，疗．求偏导数，并令其为ｏ，得：嚣。驴Ｎ（ｚ－ａｏ－ａｌ删＝。 嚣２［－２地Ⅷ硇舻。又可得到如下方程组（称为正则方程组）：∑∥，＝ｎａ。＋口。∑ｘ，兰堂皇垄垡型堡堡墨茎墼塑坌堡墨笙堕婴墨――――――――一∑ｘ。ｙ，＝口。∑ｘ，＋口，∑ｘ；Ｊ―ｌ，２Ｉ’。Ｊ解得Ｏｏ２―――■―――ｉ―Ｆ一一（∑ｘ；）一（∑ｘ。）”。（∑ｙⅨ∑ｘｊ）一（∑ｘ，ｙ，）（∑ｘ，）ｆ＿ｌ岛２旦■―且々∑茁ｙ一（∑五∑少．）一（∑ｘ；）～（∑ｘ０“‘ｆ－ｌ将各测量数据（校正点数据＞代入正则方程组，即可解得回归方程的回归系数鼠，口，，从而得到这组测量数据在最小二乘意义上的最佳拟台直线方程ａ ④、查表法在测径仪中的应用为了消除（或大大削弱）因光敏像元输出的不均匀性产生的非线性误差我们 采用了查表法。因为这种非线性是由ＣＣＤ像元位置的不同其输出信号不均匀产生 的，而线材的大小与图象边缘对应ＣＣＤ像元位置的差成比例关系，因此，周一线材在不同的像元位置上成像得到的测量结果会不同，如图４．３所示，就很明显地 给出了这利ｔ结果。所谓测径仪输出线性化，即对同一线材在不同的像元位置成像 其测量结果应尽量相近，也就是使图４．３变成近似一条水平线。根据测量头的测量原理，我们能够得到线材在ＣＣＤ所成图像的边缘对应ＣＣＤ 有效光敏像元的位置Ｎ１、Ｎ２，如果我们直接根据式（２―１）来确定线材的直 径，显然其误差是很大的。如果我们采用一个很细的标准线材，使其沿着与ＣＣＤ 平行的方向（与平行光垂直的方向）逐步推移，使Ｎ１的值由某一个值ｓ０等间隔 地增加（减小）到另～个值Ｓｎ，并记录线材平移的相对距离Ｄ。这样我们就得到一个表格，再将该表格绘成曲线，这样我们就可以得到一条校准曲线，其横坐标 为Ｎｌ的值，纵坐标为线材平移的相对距离Ｄ。横坐标的原点为ＣＣＤ光敏像元的 有效初始位置，纵坐标的原点可以记为当Ｎｌ为Ｓ０时线材所在的位置（也可以认为线材平移的相对距离为Ｏ）。这样，我们就可以根据这条校准曲线进行非线性校正。如图－Ｉ．５所示，如果我们在测量时得到有效光敏像元的位置Ｎ】、Ｎ２，查 表能够得到Ｎ１、Ｎ２对应的线材平移的相对距离Ｄ１、Ｄ２的值，这样线材的直径的 大小可以认为是ｄ＝Ｄ２一Ｄ１。然后再对数据ｄ进一步处理就可以得到线材直径的 精确数值。如果，测得Ｎｌ或Ｎ２在表中没有，我们可以采用上面介绍的内插方法解决。塑婴至堂皇查垄型堡堡堡薹坌盟垄堕至．――一２９ＵＺＤ１／ 一一一一√／ｌ图４．５非线性校正示意图在实际校准时，我们取ＮＩ的范围为５０－－一１８５０（ＣＣＤ的光敏像元的有效位 置记为Ｏ一－－２１６０），Ｎｉ变化的间隔为５０，这样就得到了３７组测量数据。不过Ｎ１是从１８５０递减至５０，当Ｎ１为１８５０时，线材的相对平移距离没有设成…ｏ’，而是设成“２３．８”，这主要是为了读数方便，并不影响结果。内插法采用的是一 次线性内插法，为了再提高精度还可以采用二次插值法。表４．１即为测量数据， 表中“Ｄｓｕｂ”列的物理含义是Ｎ１变化５０时Ｄ变化的数值。图４．６为校正曲线图 （图中虚线表示一条直线，由于纵坐标变化较小，其非线性不太明显）。表４．１校正测量数据 序号２０ Ｎ１ ９００ ８５０ ８００ ７５０ ７００ ６５０６００序号ｌ ２ ３４Ｎ１Ｄ（ｍｍ）０．２３４ ０．８７９ １．５００ ２．１１０２．７７９Ｄｓｕｂ（ｍｍ）Ｄ（ｍⅢ）１３．２４４ １３ ９５８ ｔ４．６７ｌ １５．３９９ １６．１２０ １６．８２９１７ ５４７Ｄｓｕｂ（１１１１１１）０．７４３ Ｏ．７１４ Ｏ ７１３ ０ ７２８０１８５０１８００１７５０ １７００ １６５０１６０００．６４Ｉ Ｏ．６２１ ０ ６１０ ０．６６９ ０．６６３ ０．６０８ ０．６２１ Ｏ．７５４ ０．７３３ ０．６５４０ ６７３２ｌ ２２ ２３ ２４ ２５ ２６２７ ２８５ ６７７２ｌ３．４４２ ４．０５０４．６７ｌ０．７０９ ０１５５０ １５００１４５０７１８８９ １０ １１ １２５５０ ５００ ４５０ ４００ ３５０ ３００ ２５０ ２００ １５０ １００ ５０１８．２４６ １８．９０９１９ ５８００．５９９ ０．６６３０ Ｏ ６７ｌ５．４２５ ６．１５８ ６．８１２ ７．４８５ ８．１９８ ８．９００ ９．６２０ １０．３１０ １１．０４０ １１．７７９ １２．５０ｌ１４００ １３５０ １３００ １２５０ １２００ １１５０ １１００ １０５０ １０００ ９５０２９ ３０３Ｉ２０．２４９ ２０．８８ｌ２１．５３１６６９Ｏ ６３２０．６５０１３ １４ １５１６０．７１３ ０．７０２ ０．７２０ ０．６９０ ０．７３０３２ ３３ ３４２２．１７７ ２２．７６９ ２３．４３９ ２４ ０２９ ２４．５７９Ｏ．６４６ ０．５９２ ０ ６７０ ０ ５９０ ０．５５０３５３６１７ １８ １９０．７３９０．７２２３７光电在线测经坟及其数据分聿厅系统黪秘襄匿４．§校正穗线对圈４．３所示的测量数搬进行非线性校正，其校正后的测量数据曲线可用图 ４．７裘示，蚕中，实绽霞表魏鼹未经校正的测量数攘，蕊线我表熬楚校正曩麓测 量数据。从波澎中可以看出，校正效粟是十分明显酶。 ⑤、线性捩菠 整个系统除了含霄菲线性误差外，还富有线性误差，在实验过稳中，我们对 直径为５．００００ｍｍ、１２．８０００ｍｍ、１５。２０００ｍｍ、ｔ９．９２００ｍｍ疆释轹漆线藉避行了 ２５次的随机测鬣（就是Ｎｌ的数值楚变化的），经过非线性校正届，其测餐数据 的均遵分别为４．６６２２ｍｍ、１．４３９３ｍｍ、１４，８００８ｍｍ、１９。４８３ｔｍｍ，从结果串可以 看出，系统逐存在羲定蓬（线性）蘩统误茇。我黧鬟要对这透组数掇避行线性戮 会，拙合粒线为嘲４．７测量数据校正前后对比煳第溪肇光电在线测径仪谈麓分辑及接正拟合的结果是ｋ＝Ｏ．９９３４，ｂ一０．２９５８。其拟含曲线如图４．８所示。因此，为了得到比较精确的测量值，首先应对测量数据进行非线性校正，得到校正后的测量数 据ｙ１，对ｙｌ按式（４－－１４）进行线性变换，得到数据ｘｌ，ｘｌ就为最后的单次测 量数攥。表４．２绘出了上述嚣个标准线材终测爨缝暴毙较。ｘ＝（ｙ―ｂ）／ｋ衷４ ２线材测量结果对比数据式（《一１５）线材赢径标准值（ｍｍ）未经非线 性处壤 均值王（ｒａｍ） 方差ｏ（ｒａｍ） 均值ｉ（ｒａｍ） 方差ｏ（ｒａｍ） 均值ｉ（ｍｍ） 方差ｏ（ｒａｍ）５．００ ４．５３８１ ０，０１５２ ４．８６２２ ０ ０３９８ ４．９９１２ ０．０４０ｔ ４．９９ｉ２ ０．００８０１２．８０ １２．２９５８ ０．０８｛？ ｉ２．４３９３ ０．０４３７１５ ２０ １４．７２８４ ０．０８９３ ｉ４．８００８ ０．０２６３ １５．１９７５ ０．０２６５ １５，１９７５ ０．００５３一÷１９ ９２１９．７１７７０＋０４３８经过ｊ＃线性处理ｉ９，４８３ｌ０ ０２７８经过线性校正 最终溅缀 结豢１２．８２０３０．０４４０ 】２、８２０３ ０。００８８ｔ。１９．９１１１ ０ ０２８０｛０ Ｑ１｛１均僮孑（ｍｍ）方差Ｃ‘（ｍｍ）０ ００５６／ｃ．一／一’，．一一’／厂／／／／／／／声／／∥／／／一‘一一．一图４．８线性叛合馥线盈为了更好地说明校正的效果，将直径为１５，２０ｍｍ的线材其测慧数据用表４．３列出，阁图４．９表示其非线性校正前、非线性校正后、线性校正后的测量结果。表４．３直径为１ ５，２０ｍｍ的线材的测量数据｝序号Ｉ，｜ ｝ ｌ２ 。 ４潮量蓬１４．９３６６ １４．９３８７ １４．８５４７ １４，８０７１非线性校 正毽１４．８１１３ １４．８１３３ １４．７６４２ ｉ４，７５００线性校正篷１５．２０８１ １５．２１０１ １５ １６０７１４序号ｌ｝线性校受鼙篷线睦校正Ｉ 值１５ ２０５６ １５正镱１４．６９３０ １４．６４６８ １４．６５ｌＯ １４。６４ｌｇ １４．８０８８１４ ７８５２ｉ ｊｊ１５ １６ １７１８１８１４．８０５４ １４．８１０３１５．２０２Ｉｉ５ ２０７１ｌｌ１５．１４６４ｌ光电在线测径仪及其数据分析系统的研究５１４．８０７８ １４ ８０７８１４ ７７７２１５．１７３８１８１４ ６３７０１４ ８１６７ １４．８２７８ １４ ８５３２ １４．８３００１５．２１３５６ ７ ８ ９ １０ｌｌ１４．８０４５１４ ８０５４ １４ ７９３７１５ ２０１２ １５ ２０２１１５．１９０４１９２０ ２１１４．６３７０ １４．６５８７１４．６５６６１５．２２４７ １５．２５０３１５ ２２６９ １ ５．２０２２１４．７７９１ １４．７５】８１４．７２６６ １４ ７５６０ １４ ７３７１１４．７８２７ １４．８２３７ １４．８１５８ １４．７８２７１５．１７９３ １５．２２０６ １５．２１２６１５．１ ７９３２２ ２３ ２４２５１４．６５３８ １４．６７２０ １４ ６８３２ １４．６５８０Ｌ４．８０５５ １４．８０３８ １４．７８８６ １４．７３３５１５．２００５１５ １８５２１２ １３１４．６９１６１４ ７２６６１５．１２９８，％３≮ｓ：｝ｍ！；ｕ：※＃ ．一。固１４ ８２６３１５．２２３２≈攀￡蓬￥《ｊ。粥一踟。蘩 Ｖ、。Ｖ―＼广、，ｋ―／“＼．、．一、０７弋＞，一、／＼ｏ一一７４＼…、。、。＼／、、、．Ｖ＼＼一～生一～／，、①、线材标称尺寸１５．２０ｍｍ ③、经非线性校正的测量数据《②、原始测量数据（未经非线性校正） ④、最终测量数据结果图４，９ １５．２ｍｍ线材测量数据图§４．３粗大误差及其处理方法粗大误差又称疏忽或过失误差。它是Ｅｈ于技术不熟练，测量时不小心或外界 的突然干扰等原因造成的。含有粗大误差的测量数据，常比正常数据相差较大 （过大或过小）。当对某一个测量值做多次独立的等精度重复测量，如其中个别 或少数数据明显地偏大或偏小时，可怀疑数据中含有粗大误差。在一组测量数据中，若存在异常数据，直接影响着测量结果的精度。因此，在获得测量数据后，应采取一定方法，消除粗大误差，以提高测量精度。下面介绍几种剔除异常数据 准则。 ①、３ ｏ准则笙璺兰堂皇垄垡型堡垡堡茎坌塑墨堇重―――――――一丝又称莱以达准则。当测量结果中，某一个数据的残差的绝对值ＪＶＩ卜３０＂时，则剔除此数据。因为如果各测量值只含有随机误差，且按正态分布，残差Ｖ落在± ３。以外的概率只有０．２７％，它在有限次重复测量中发生的可能性很小，故当 Ｉｖｌ卜３盯时，即可判断此数据含有粗大误差而予台弃。３ ｏ准则比较保守，因为在测量次数有眼时，出现在靠近±３ ｏ界限处的数据极少，除非有较大的粗大误 差，否则ｉｖｌ卜３盯而导致数据被剔除的可能性很小。３ ｏ准则只宜用重复测量次数较多的重要测量中（ｎ＞５０）。②、肖维勒（Ｃｈａｕｖｅｎｅｔ）准则肖维勒准则也是以正态分布为前提的。假设多次重复测量所得ｎ个测量值中，某个数据的残差１ｖｉ卜Ｚ。仃，则剔除此数据。实用中Ｚ。＜３。这在一定程度上 弥补了３ ｏ准则的不足。有概率论知，ｆＶＩ卜Ｚ。口的概率为Ｐ＝ｌ一２≯（Ｚ。）。即２≯（ｚ。）＝ｐ｛ｌｘ，－ｙ．｝＜Ｚ。ｏ－］，在等精度的ｎ次重复测量中，若只有一个测量值的残差ｖ超出某一界限±Ｚ。盯，而相应的概率Ｐ＝１―２声（Ｚ。）２１／ｎ，则按正态分布规律，此值的残差正常超出，因为ｎ个等精度测得值中出现一个的概率恰好为ｌ／ｎ．这说明此值中含有随机误差，但不含粗大误差。若按以上条件算出的概率Ｐ值小于ｉ／ｎ很多，则上述正常超出的可能性减小，而含有粗大误差的非正常超出的可能性增大，这就是肖维勒准则的出发点。肖维勒准则规定：当一ｐ：１―２烈７）＝．二时，则判断测量值的残差ｖ因含有粗大误差的非正常超出， 一。Ｚ＂故应将该值剔除。Ｐ和ｚ加下标ｃ以表示用于肖维勒准则：Ｐ＝１―２≠（Ｚ。）＝１／２ｎ式（４―１６）忆户等Ｚ。值由≯（Ｚ。）查正态概率积分表确定，而≯（Ｚ。）又按上式ｎ值，因此可得简表以备查用。表４．２肖维勒（ｃｈａｕＶｅｎｅｔ）准则的Ｚ。值６ １．７３ １５ ２．１３７ ８ ９ １ ９２｛Ｎ ｆ Ｚ。 ｊＮ３４ １．５４ １３ ２．０７ ５０ ２．５８５ １．６５ １４１０１．９６１１１．３８ １２ ２，０３ ４０ ２．４９１．８０ １６２．Ｌ５ｌ ８６ １８２ ２０２．００ ３０２２０２．２４２５ ２，３３ｌｚ。Ｎ２．１０３９ｌｌｚ。除了上述两种方法外，还有格拉布斯（Ｇｒｕｂｂｓ）准则、ｔ检验准则（罗曼诺夫 斯基准则）、狄克逊准则等，在这里就不详述了。对每一根线材，我们获得的数光电在线测径仪及其数据分析系统的研究据量远远大于５０个，且测量结果可以认为是符合正态分布。因此，对于粗大误 差的消除，我们采用的３ ０准则。第五章数据分析系统软件的设计与实现一３５第五章数据分析系统软件的设计与实现测径仪的硬件系统部分是整个系统的关键部分，完成的主要功能足列线利直 径和椭圆度的测量，并且将测量结果实时地显示在现场ＬＥＤ上，工人可以根据显 示的数据进行适当地调整生产工艺，以达到提高生产效率、节约资源等目的。在 完成测径仪硬件系统开发的基础上开发了一套远程数据分析系统软件，这也是本 人论文的主要工作之一，是采用Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋６．０语言完成的。该软件是与测径仪配 套使用的，它完成的主要功能有两个：一是将主控制柜传输过来的测量数据进行 实时地显示（通过串１２１将数据接收过来），并将测量结果以数掘库的形式存储起 来，给线材生产厂家的数据管理系统提供一个软件接口；另一个功能是存储最近 几根线材直径的测量数据（本软件中保留了１０根线材直径所有的测量数据）， 并且根据这些测量数据作进一步的分析，为工艺分析提供科学快速的数据分析结 果。本章首先介绍的远程数据分析系统软件的功能；其次给出了远程监控部分软 件流程图；最后给出软件开发中部分功能实现的方法。§５．１数据分析系统软件的功能远程数据分析系统软件的功能主要是根据用户的需求来设计的，其操作尽量 的简单、方便。用户需求概括起来主要有：对测量的数据能以图形的形式实时地 显示出来；在测量完一根线材后，能够给出测量结果的统计信息（包括直径的平 均值、直径的均方误差、椭圆度的平均值、超差百分比等信息），并将最终的结 果存储成数据库的形式；能够看到线材的截面示意图，并且给出相应的测量数据 等。 结合以上用户的需求，我们开发的远程数据分析系统可以相应地分成两部 分：远程监控和历史数据分析。前者主要的功能有参数的设定、数据的获取、测 量数据的实时显示、测量结果的显示等。后者完成主要的功能有线材截面示意图 的显示、各个测量方向的测量数据的显示等。下面将对这两部分的功能作一个详 细的描述。 （１）、远程监控部分图５．１所示就是数据远程数据分析系统的远程监控界面图。从图中可以看出整个界面包含如下功能： ①、参数设置兰参数设置包括两部分：系统参数设置和截取参数设置ｅ堂皇查垡型堡堡墨茎塑堡坌塑垒丝堕婴圣一系统参数只能由计算机管理人员进行设置，主要功能有：对串口通信参数的 设置（包括串口的选择，波特率、数据位、奇偶校验位及停止位的设置）；数据 刷新时间的设置（通常情况下，每接收到一个数据，就进行显示，但是这样数据刷 新太快，技术人员根本无法看到测量数据。因此，需要对数据刷新时间进行设 置，才能保证技术人员能够看到测量数据）；以及密码的修改。斟５ ｌ题程监控界面幽截取参数设置部分主要功能有设置线材头部尾部截取的最短长度和最大长 度、设置线材截取步长（所谓截取步长，就是在计算线材头尾截取长度时，在最 短截取长度的基础上，每次增加多少长度计算是否再截取线材。截取步长取得越 大，计算速度越高，但计算的精度越小；反之，截取步长取得越小，计算速度越 ’漫，但计算的精度越高）。线材经轧制后，头部和尾部的一段长度其椭圆度不符 合要求，因此需要将其截取掉。传统的方法是待线材冷却后，工人根据经验进行 截取。现在有了在线测径仪后，计算机能够根据测量得到的数据计算出线材头尾 需要截取得长度，从而工人可以根据计算机提供的数据进行截取，也可以采用自 动化的方法将线材头部尾部截掉。 ②、产品设置 产品设置主要是用户输入目前将要测量的线材的基本信息。包括产品的规 格、标称尺寸、直径误差要求以及椭圆度的误差要求、目前将要测量的线材的速第五章数据分析系统软件的设计与实现度等信息的设置。界面中还包含添加、编辑和删除按钮，能够使用户方便地对产 品信息进行添加、编辑和删除。 ③、历史分析界面（按钮） 点击该按钮就可以进入“历史数据分析”部分。该按钮是远程监控部分与历 史数据分析部分的一个桥梁。 ④、数据显示 数据显示主要包括产品信息显示、直径和椭圆度的实时测量数据显示、测量 结果的显示及线材头部和尾部的截取信息的显示。 产品信息显示主要是用户在产品设置中选中的产品信息，包括标称尺寸、直 径误差要求和椭圆度误差要求。 测量数据的显示包括直径和椭圆度测量数据的实时显示，与实时显示图形中 的数据是一～对应的。 测量结果显示主要是计算机得知整根线材的测量已经完成时，显示出测量的 统计数据。包括直径的平均值、直径的均方误差、椭圆度的平均值、椭圆度的均 方误差、直径的最小和最大值以及整根线材的超差百分比。 截取信息显示主要是待一根线材测量完毕后，将计算机计算出的线材头部尾 部截取长度进行显示，还包括线材截取部分的统计数据（平均直径、椭蚓度和ｊ缒 差百分比）。 ⑤、测量数据图形显示 为了使测量数据明显展现给用户，将测量数据实时用图形的形式显示出来， 主要包括直径的实时显示图和椭圆度的实时显示图。在测量过程巾，屏幕中只能 显示２００个点，待整根线材测量完毕后，将再将所有的测量数据都显示出来。纵 坐标表示的是测量数据，横坐标表示的是测量点，已经转换成长度显示。 ⑥、直方图显示 主要给出了直径和椭圆度的测量数据的直方图。这样用户可以估训到线材测 量数据的大致分布形式； ⑦、启动、停止按钮 这个功能主要是针对串口的打开和关闭。⑧、测量结果和测量数据的存储在每根线材测量完毕后，都会将测量结果和铡量数据以数据库的形式存储， 以备用户数据管理软件调用和被“历史数据分析”部分调用。 （２）、历史数据分析部分 在远程监控部分，用户点击“历史数据分析界面”按钮，就可以进入该界 面。图５，２显示的就是历史数据分析界面。 从图中可以看出，该界面主要功能有：直径和椭圆度测量数据的图形显示、光电在线测径仪及其数据分析系统的研究测量结果的显示以及线材截面图的显示。用户进入该界面后，首先设置需要显示 的点数（默认值为２００点）；然后选择最近十根线材中的某一根线材作为分析的 对象（ｉｍ过组合框选择），这时存储在数据库中对应于该线材的测量数据就显示 在界面绘图框中，对应的测量结果显示在编辑框中；用户选择测量头单选按钮 后，将该测量头测量的数据进行显示；当用户拖动图中的滑块时，截面示意图将 显示线材该处截面的示意图，并将该处的直径和椭圆度数据显示在编辑框中。图５．２历史数据分析界面§５．２数据分析系统软件监控部分流程图远程数据分析系统软件中的监控部分，是整个软件的重点，其功能占据了整 个软件功能的三分之二以上，本部分软件开发成功与否直接关系到整个远程数据 分析系统软件开发的是否成功。本节给出了远程监控部分软件的程序流程图。详 细的功能实现在下面几节中给出。图５．３所示为远程监控部分软件的流程图。蔓至主塑塑坌篓墨堑塑丛塑丝生兰塞堡一――一３９图５．３远程监控部分软件流程国§５．３Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下串口编程串行口是计算机标准接口之一，现在的Ｐｃ机一般至少含有两个串行口 ＣＯＭｌ和ＣＯＭ２。串行口尽管传输的速度较慢，但是传输距离比并行口远。目前计算机上的串行使用的都是ＤＢ．９连接器，通信距离较近时（１２ｍ），可以用电 缆线直接连接标准ＲＳ．２３２端口（ＲＳ－－４２２、ＲＳ．４８５较远）；通信距离较远时， 可以通过附加调制解Ｎ器（Ｍｏｄｅｍ）来实现。４０光电在线测径仪及其数据分析系统的研究为了实现与主控制柜的远距离通信，又节约成本，远程数据分析系统软件通过计算机串口ＣＯＭｌ（可以选择不同的串口进行通信）与主控制柜通信，获取测量数据。为了保证数据的正确传输，主控制柜与计算机串口的通信参数设置必须一致，同时，还需要主控制柜与远程数据分析系统软件程序之间还要有一个双方 都应遵循的数据传输格式协议。这样当远程数据分析软件从串口接收到数据后， 才能判断数据是否是来自主控制柜，接收到的数据是否为有效数据，从而才能决 定是否对接收到的数据进行进一步处理。在这一节里，将给出如何在Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下如何实现串口通信，如何在Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋６．０环境下开发串口通信程序。与以往ＤＯＳ环境下串行通信程序不同的是，Ｗｉｎｄｏｗｓ不提倡应用程序直接控 制硬件，而是通过Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统提供的设备驱动程序来进行数据传递。串行口在Ｗｉｎ ３２中是作为文件来进行处理的，而不是直接对端口进行操作，对于串 行通信，Ｗｉｎ ３２提供了相应的文件Ｉ／ｏ函数与通信函数，通过了解这些函数的使用，可以编制出符合不同需要的通信程序。与通信设备相关的结构有ＣＯＭＭＣＯＮＦＩＧ，ＣＯＭＭＰＲＯＰ，ＣＯＭＭＴＩＭＥＯＵＴＳ，ＣＯＭＳＴＡＴ，ＤＣＢ，ＭＯＤＥＭＤＥＶＣＡＰＳ，ＭＯＤＥＭＳＥＴＴＩＮＧＳ共７个，与通信有关的Ｗｉｎｄｏｗｓ ＡＰＩ函数共有２６个，详细说明可 参考ＭＳＤＮ帮助文件。在Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下实现串口通信通常有三种方法…叫“１：利用ＭＳＣｏｍｍ控件实现串１５１通信、在单线程中编写自定义的串口通信类实现串口 通信和利用多线程实现串１２１通信。结合实际情况，我们采用了第二种方法，下面 将详细介绍如何在单线程中编写自定义的串口通信类实现串口通信。 为了能够满足我们自己的实际需要，在开发串口通信时，我们通常采用ＷｉｎｄｏｗｓＡＰＩ函数来自定义串口类，这样使用起来就十分灵活。在３２位的Ｗｉｎｄｏｗｓ系统中，串口和其他通信设各是作为文件处理。串口的打开、关闭、读取和写入所用的函数与操作文件的函数完全一致。在开发远程数据分析系统软件时，就自定义了一个串口类Ｃｃｏｍｍ。包含的属性与ＭＳＣｏｍｍ控件类似，其类声明如下：ｃｌａｓｓ ＣＣｏｌｌｑ．ｒｎｆｐｕｂｌｉｃ：ＣＣｏｍｍ０； ｖｉｒｔｕａｌ－－ＣＣｏｍｍ０；“打开卑口ＢＯＯＬＯｐｅｎ（ＬＰＣＴＳＴＲｓｚＰｏｒｔ，／／ｐｏｒｔ ｎｕｍｂｅｒｒａｔｅＤＷＯＲＤ ｄｗＢａｕｄＲａｔｅ＝ＣＢＲ ９６００．／／ｂａｕｄＢＹＴＥｂｙＰａｒｉｔｙ＝ＮＯＰＡＲＩＴＹ，／／ｐａｒｉｔｙＢＹＴＥｂｙＤａｔａＢｉｔｓ＝８．／／ｄａｔａ ｂｉｔｓＢＹＴＥＨＷＮＤ一苎亘童塑塑坌堑墨竺塑笪塑堡生皇壅塑一塑ｂｙＳｔｏｐＢｉｔｓ＝ＯＮＥＳＴＯＰＢＩＴｏ｛ｓｔｏｐ ｂｉｔｓｈＷｎｄ＝ＮＵＬＬ，／／ｔｈｅｏｗｎｅｒ（ＨＷＮＤ）ｏｆｔｈｅ／／ｃｏｍｍ ｐｏｒｔ（ｒｅｃｅｉｖｅｓｍｅｓｓａｇｅ）ＵＦＮＴｕＭｅｓｓａｇｅ＝ＷＭ＿ＣＯＭＭ ＮＯＴＩＦＹ，／／通知消息）； ＢＯＯＬＣｌｏｓｅ（）；ＢＯＯＬ／／关闭串口Ｗｒｉｔｅ（ＬＰＣＶＯＩＤ ｌｐＢｙｔｅ．ＤＷＯＲＤ ｄｗＢｙｔｅｓＴｏＷｒｉｔｅ）；／／写数据Ｒｅａｄ（ＬＰＶＯＩＤ ｌｐＢｕｆｆｅｒ．ＤＷＯＲＤ ｄｗＢｙｔｅｓＴｏＲｅａｄ）；／／读数据ＤＷＯＲＤｊ类Ｃｃｏｒｎｍ中Ｏｐｅｎ（）Ｎ数包括了串口的打开、配置和获取串口资源旬柄等功 能。Ｗｒｉｔｅ（）ｉ函数实现对串口的写数据。Ｒｅａｄ（）ｉ函数实现对串口的读操作。Ｃｌｏｓｅ（） 完成对串口的关闭操作。其实现方法如下：◆打开串口，获取串口资源甸柄 在该函数中调用了ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ０函数打开串口并得到串口资源句柄。该旬柄将 被用于后续的通信操作，并贯穿整个的通信过程。ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ０函数非常复杂，复 杂性的原因之一是它是通用的。可以使用ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ打开已经存在的文件，创建 文件和打开根本就不是文件的设备，例如我们所使用的串口资源。ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ０函 数声明如下：ＨＡＮＤＬＥ ＣｒｅａｔｅＦｉｌｅ（ＬＰＣＴＳＴＲ ｌｐＦｉｌｅＮａｍｅ， Ｎ ｆｉｌｅ ｆｌａｍｅ ／／ａｃｃｅｓｓ ｍｏｄｅ ／／ｓｈａｒｅ ｍｏｄｅＤＷＯＲＤｄｗＤｅｓｉｒｅｄＡｃｃｅｓｓ，ＤＷＯＲＤ ｄｗＳｈａｒｅＭｏｄｅ，ＬＰＳＥＣＵＲＩＴ￡Ａ ｆＴＲＩＢＵＴＥＳ ｌｐＳｅｃｕｒｉｔｙＡｔｔｒｉｂｕｔｅｓ＝／／ＳＤ ＤＷＯＲＤ ｄｗＣｒｅａｔｉｏｎＤｉｓｐｏｓｉｔｉｏｎ， ／／ｈｏｗ ｔｏ ｃｒｅａｔｅＤＷＯＲＤ ｄｗＦｌａｇｓＡｎｄＡｔｔｒｉｂｕｔｅｓ，Ｎ ｆｉｌｅ ａｔｔｒｉｂｕｔｅｓｔｏＨＡＮＤＬＥ ｈＴｅｍｐｌａｔｅＦｉｌｅ｜｜ｈａｎｄｌｅｔｅｍｐｌａｔｅ ｆｉｌｅ）；对于串口而言，其参数的设置需注意：串口共享方式应设为０，串口为不可 共享设备；创建方式必须为０ＰＥＮ＿ＥＸＩＳＴＩＮＧ，即打开已有的串口。对于 ｄｗＦｌａｇＡｎｄＡｔｔｒｉｂｕｔｅ参数，对串口有意义的值是ＦＩＬＥ―ＦＬＡＧ＿ＯＶＥＲＬＡＰＰＥＤ，该标 志表明串口采用异步通信模式，可进行重叠操作：若值为ＮＵＬＬ，则为同步通信方 式，在同步方式下，应用程序将始终控制程序流，直到程序结束，若遭遇通信故 障等因素，将导致应用程序的永久等待，所以一般多采用异步通信。◆串口设置光电在线测径仪及其数据分析系统的研究串口打开后，其属性被设置为默认值，根据具体需要，通过调用 ＧｅｔＣｏｍｍＳｔａｔｅ（ｈＣｏｍｍ，＆ｄｃｂ）读取当前串口设备控制块ＤＣＢ（ＤｅｖｉｃｅＣｏｎｔｒｏｌＢｌｏｃｋ）设置，修改后通过ＳｅｔＣｏｍｍＳｔａｔｅ（ｈＣｏｍｍ，＆ｄｃｂ）将其写入。还需要注意异 步读写的超时控制设置，通过Ｃ０ⅦＭＴＩＭＥＯＵＴＳ结构设置超时，调用ＳｅｔＣｏｍｍＴｉｍｅｏｕｔｓ（ｈＣｏｍｍ，＆ｔｉｍｅｏｕｔｓ）将结果写入。◆读写串口利用Ｗｉｎ３２通信ＡＰＩ读写串口时，既可以同步执行，也可以重叠（异步）执 行。在同步执行时，函数直到操作完成后才返回。这意味着在同步执行时线程会 被阻塞，从而导致