基于光信息特征纸张检测系统单片机控制设计毕业论文.doc

江苏大学本科毕业设计说明书

基于光信息特征纸张检测系统单片机控制设计
Based on the information characteristics of paper-detection system MCU control design

学院名称：
专业班级：
学生姓名：
指导教师姓名：
指导教师职称：

2008 年 6 月

江苏大学
毕业设计（论文）任务书

学院 班级 学生

设计（论文）题目 基于光信息特征纸张检测系统单片机控制设计

课题来源 自选

起讫年月 年月 日至 年月日共 周

指导教师（签名）

系（教研室）主任（签名

课题依据：

现代造纸业对于纸张的质量要求很高,大都需要对纸张质量进行更为严格、快速、准确的检测。我们所熟悉的纸张检测手段大多是人工质量检测,其方法简单,但是效率低,质量也不行,且不能实现生产的自动化。所以现在急需一种能实现机械自动化检测纸张质量的系统。
近些年, 单片机的发展迅速，它的体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，使其被广泛应用于各种仪器仪表中。将单片机与光信息特征识别技术结合起来，可以构成方便的纸张表面的数据采集及控制系统，对产品质量进行实时监测、动态测量、自动按品质分级。这种技术在意义上可以解决纸张检测方面的难题，能够给我们现代化生产提供很多帮助。本毕业设计将要求研发一种基于光信息特征识别技术的纸张检测单片机控制系统。

任务要求
要求：
设计研发一种基于光信息特征识别技术的纸张检测系统，要求具有高精度、易测量、性能稳定、结构简单等优点.(可识别，精度调研后方可确定）
（1）去图书馆查找有关资料，相关文献等，做到对原理的熟悉和运用。
（2）设计一种采用单片机控制的基于光信息特征识别技术的纸张检测系统装置（控制部分）。
（3）操作方便，易懂，结构简单，维护方便，结构稳定。
任务：
（1） 完成毕业设计说明书一份（设计说明书8000汉字以上）
（2） 调研报告一份（不少于1000汉字）
（3） 综述报告一份（不少于2000汉字）
（4）设计图纸一套（折合O号图纸1-2张、至少一张以上CAD图）
（5） 完成英文翻译一份（译文4000汉字以上）
（6） 相关硬件制作（视具体情况确定）
毕业设计（论文）进度计划：
起 讫 日 期
工 作 内 容
备 注
第8周 ~第10周

第11周~第11周

第12周~第13周

第14周~第15周

第16周~第17周

第18周~第18周

调研了解市场信息、收集文献等
英文翻译、文献阅读、

初步方案的探讨、初步方案的确定

详细设计（结构设计、软硬件制作等）

详细设计（结构设计、软硬件制作、调试、修改等）

详细设计（结构设计、软硬件制作、调试、修改等）

论文撰写
总结、论文答辩准备等

备 注

硬件制作视具体情况

目 录
摘要…………………………………………………………………………………7
Abstract…………………………………………………………………………… 8
引言…………………………………………………………………………………10
第一章 整体构造………………………………………………………………13第二章CCD图像传感器的选择与系统光学部分的设计与计算……………………………………………………………………………………14
2.1 选择CCD图像传感器的原则…………………………………………… …14
2.2本次设计中选择CCD方法和所选CCD器件的型号………………………14
2.3 光学系统成像的基本公式和计算……………………………………… 15
2.4 照明电路的设计……………………………………………………………16
2.4.1照明光源的选择……………………………………………………16
2.4.2照明方式的选择……………………………………………………17
2.5面阵CCD摄像机光学镜头的类型选择……………… ……………………17
第三章 系统硬件部分的设计与计算…………………… …………………18
3.1 初始信号处理电路的设计……………………………………………… 18
3.1.1 信号二值化处理电路设计……………………………………… 18
3.1.2 信号量化处理………………………………………………………19
3.1.3 信号对外输出电路---译码电路的设计……………………… 19
3.2 图像数据采集卡功能和选择………………………………………………20
3.2.1 图像数据采集卡的基础功能…………………………………… 20
3.2.2 基于PCI总线图像数据采集卡的原理………………………… 21
3.2.3 图像数据采集卡的选择………………………………………… 21
3.3 PC机的要求，选择和接口设计………………………………………… 22
3.3.1 PC机的要求和选择……………………………………………… 22
3.3.2 PC机与外部设备的接口设计 ……………………………………23
3.4 换纸机构中步进电动机的参数要求及选择………………………………23
3.4.1 步进电机的动作………………………………………… ……… 23
3.4.2 步进电机的选择 ……………………… …………………………24

3.5 机械换纸自动分流机构的设计…………………………………………25第四章 系统自动控制部分的设计 ……………………………………… 27
4.1设计方案论证 ……………………………………………………………27
4.2继电器的工作原理和特性 ……………………………………………… 29 　
4.3 比较器LM339 ………………………………………………………… 30
4.4 四输入或门74LS32 …………………………………………………… 32
4.5六输入非门74LS04 ……………………………………………………… 32
4.6电路原理及其实现 ………………………………………………… 33
结论 ………………………………………………………………………………36
致谢 ………………………………………………………………………………37
参考文献 …………………………………………………………………………38
附录A（系统框图）…………………………………………………………………40
附录B（调研报告）…………………………………………………………………41
附录C（综述） ……………………………………………………………………43
附录D（翻译译文）…………………………………………………………………46
附录E（英文原文）…………………………………………………………………56

基于光信息特征（CCD）纸张检测系统单片机控制部分设计
专业班级：J机电0401班 学生姓名：宣曙江
指导教师：杨平 职称：教授
摘要：
随着人们对纸张质量要求的提高，造纸业需要对纸张质量进行更为严格、快速的检测。目前造纸业采用的纸张质量检测手段大多是人工质量检测，这种检测手段虽然容易实现，但是效率低，质量不容易保证，不能实现生产的自动化，远未达到理想的要求，故如何实现机械自动化纸张检测就成为造纸业新的难题。
近几年来。CCD技术得到了广泛应用，已成为现代光电技术和现代测试技术中最活跃、最富有成果的手段之一，利用CCD技术对产品质量进行实时监测、动态测量、自动对产品按品质进行分级。具有结构简单、非接触、精度高、测量速度快、性能稳定可靠等优点。将CCD技术应用于纸张质量检测，是对CCD应用领域的新探索。本文简单列举了CCD器件的选取和应用。
光学系统设计：选用了与CCD应用相对应的光学系统，包括成像系统、照明系统和光路设计和分析。
硬件设计：采用CCD摄像头-二值化处理-量化处理-图像采集卡-计算机-步进电机-纸张分流机械机构。涉及到了硬件选型设计，各部件之间的连接。
自动控制:将单片机与光信息特征识别技术结合起来，构成方便的纸张表面的数据采集及控制系统，对产品质量进行实时监测、动态测量、自动按品质分级。
作者借鉴和吸收了前人的经验并加入了作者自己的思考，使该系统能够通过软件部分和自动控制部分相配合，选择检测国家标准A3和A4纸，提高了设备的利用率。
关键词： CCD 纸张检测 二值化处理 机械分流 硬件设计 单片机控制

Abstract： As people on the increase in paper quality requirements，The paper industry, the need for more stringent quality paper，The rapid detection。At present the paper industry by means of testing the quality of the paper are mostly artificial quality testing，Although this test means easy to achieve，But low efficiency，Quality assurance is not easy, automated production can not be achieved, far from meeting the requirements of an ideal, the realization of how the machinery automation of paper and paper industry testing has become a new problem.
In recent years. CCD technology has been widely applied, has become a modern photoelectric technology and modern testing technology in the most active and fruitful one of the means, using CCD technology to conduct real-time monitoring of product quality, dynamic measurement, automatic quality of the product by grading . Is simple in structure, non-contact, high precision, measuring speed, stable and reliable performance advantages. CCD technology will be applied to paper quality testing, the CCD to explore new fields of application. This article cited the CCD device selection and application.
Optical Systems Design: The CCD and a corresponding to the application of optical systems, including imaging systems, lighting systems and optical design and analysis.
Hardware design: The CCD camera - the value of processing - the quantification - image capture card - the computer - stepper motor - paper triage mechanical bodies. Selection related to the hardware design, the connection between the components.
Automatic Control: MCU and identification information-technology combining the convenience of a paper surface data acquisition and control system for real-time monitoring of product quality, dynamic measurement, automatic quality classification.
The author of the draw and absorb the experience of their predecessors and their accession to the author's thinking, so that the system can control through software and part of the fit, the choice of testing the national standard A3 and A4 paper, improve the utilization of the equipment.
Key words: CCD detection of paper The value of the deal with
Mechanical diversion Hardware design SCM Control

引言
当前在中国加工制造业能力普遍过剩的状况下，造纸工业是为数不多的需求不断扩张的行业之一，大力发展现代造纸工业，显然可以成为中国新的经济增长点，势必对中国国民经济的增长产生有力的拉动作用。
纸张是人们日常生产，生活的重要用品。造纸业是我国重要的轻工产业，我国也是世界上的造纸大国，同时也是纸张使用量最大的国家。在日常的办公学习中，我们经常接触到的是国家标准的A3（420mm×297mm）和A4（297mm×210mm）纸。造纸企业非常重视纸张的产品质量，但我国现在的实际情况是：少数大中型国有或外资企业引进或拥有了成套纸张检测设备，并制定了相关的企业标准，效率高成本低；相对应的是，大量的中小型造纸企业或乡镇企业在纸张检测方面没有足够的资金投入采用现代化自动控制设备，仍然采用传统的手工分纸，或者采用化学方法分析。手工分纸效率低成本高；化学方法过程复杂、成本高，同时会产生环境污染。如何帮助这些企业提高纸张检测效率，已成为一项课题。
本文将研究一种利用CCD技术的纸张检测系统，并结合本科所学自动控制知识，提出一种基于单片机控制的纸张检测自动控制设备。其结构简单、便于控制、非接触、精度高、测量速度快、性能稳定可靠等优点，整套设备造价较低，且优于目前小造纸厂传统检测方法，能够有效提升小型造纸厂的检测水准，保证其纸张检测质量符合现在的高标准。

1、造纸工业现状和社会调研情况：
通过网上调研知道近年来，一些造纸企业通过污染治理，观念发生了改变，逐步认识到不是环保影响了造纸企业的发展，而是市场淘汰了落后的造纸生产，环保提升了我国造纸工业的水平。这些企业优化技术结构，通过高强度、高得率、低污染的生产技术，向低定员、高任务，低消耗、高效率的造纸生产迈进。
当前环境、资源等的制约，对造纸行业既是严峻的考验，又是产业结构调整的最好时机。加大推行造纸行业全面结构调整力度，不仅涉及规模和布局的调整，也要优化产品结构、技术结构和市场结构等，压缩低档产品的生产，生产高附加值的产品，从根本上解决污染。造纸行业和企业要以市场为导向，以提高企业竞争力为核心，结合实际情况，做到有进有退、有抑有扬、关小扶大、扶优汰劣、走资源消耗低、环境污染少、科技含量高、经济效益好、行业可持续发展之路。
金光集团镇江市金东纸业由于进口了芬兰和德国的先进生产设备，制定了相关的企业标准，全套台湾企业化管理，纸张检测采用全自动化在线检测，成本低、员工待遇好、劳动强度低.因此，企业效益很好。

2、主要研究内容：
本设计的内容主要为纸张检测系统的单片机控制部分，此外，还涉及以下相关的内容：
一、 CCD的应用
本设计利用CCD的图像采集功能对纸张进行非接触在线检测，从而实现纸张监测的自动化。从而实现CCD检测系统的快速化自动化、集成化及标准化。
二、 图像数据采集
CCD摄像头配备有与其匹配的图像数据采集卡，随着计算机PCI总线的发现和完善，图像采集卡的结构大大简化。此系统的图像数据读入部分是基于PCI总线的图像采集系统。可将图像卡插在计算机的PCI插槽内，与计算机内存、CPU、显卡等之间形成高速数据传递。
三、机械换纸机构
纸张分流的难点在于如何设定速度，要考虑CCD检测系统的帧转移速度，程序处理速度和机械换纸速度三者的综合。分流速度要与检测速度匹配，同时要很好的与计算机配合。

3、本设计整体方案：
系统的工作情况如图1所示。

图 1 系统工作简图

4、主要技术：
本系统研究的主要技术是：
1、纸张图像信号的读取； 2、检测数据的处理；
3、换纸机构设计； 4、单片机对整个系统的控制

第一章 整体构造
CCD纸张检测部分主要有：信息采集、图像处理、数据存储、纸张分流和单片机自动控制部分。
信息采集主要流程：纸张信息从CCD器件->图像信息采集卡->计算机内存采集->图像传输过程；
图像处理是对纸张图像信息进行处理、分析。并得出纸张缺陷信息和纸张分级信息。
信息存储功能是将图像处理后的信息进行分类存储，以及基于数据库技术的人机交互界面以及添加、删除、更新等功能。
纸张自动分流机械机构主要完成将纸张按照计算机给出的判断分类自动摆放。
自动控制部分是使整套设备处于自动控制状态，可以避免人为误差，包括：选择纸张检测类型，自动上料机构和利用计算机分类结论来控制自动分流机械机构。

第二章 CCD图像传感器的选择与系统光学部分的设计与计算
2.1 CCD图像传感器的选择
现代科学研究和高技术的需要，生产电荷耦合器件（CCD）阵列的厂家越来越多，因此应选择更适合应用上特殊需要的CCD，选用时主要考虑：CCD阵列的尺寸、光谱响应、动态范围以及扫描速率等。必须经过谨慎的比较，最终选出经济又实用的CCD阵列。
在本设计中，可以选用光注入式线阵CCD和面阵CCD。
2.2本设计中选择CCD方法和所选CCD器件的型号
选择面阵CCD主要看其是否能达到测量要求的CCD的分辨率。本次设计主要检测平时学习办公常见的国家标准A3和A4纸。为了简化设计、降低成本，故采用一个光学镜头（凸透镜）检测两种类型的纸张。A3纸的面积是A4纸的两倍，只要满足A3纸的最低设计要求，A4纸定能满足。依据国内大型纸张企业如金东纸业生产A3纸的要求，最小分辨面积为8，用于采用的检测方法的限制，最小分辨面积在CCD表面的投影至少覆盖4个像素，所以每一个像素对应的纸张面积最小应为8÷4=2。对应在每一个像敏元长度上的纸张长度为=1.414mm。那么所需的CCD器件在长度方向上应该有420÷1.414=[297.03]=298个像敏元。在宽度方向上应该有：297÷1.414=[210.04]=211个像敏元。为了保持系统的精度，在原有的精度方面添加一个1.4的精度系数，那么CCD器件的图像阵列大小应为（298×1.4）×(211×1.4)=[417.2]×[295.4]=418(H)×296(V)。此为A3纸对于CCD阵列的要求。同时验算A4纸是否满足。A4纸的最小分辨面积应该更高，为4,所以每一个像素对应的纸张面积最小为4÷4=1。对应在每一个像敏元长度上的纸张长度为=1mm。那么所需的CCD器件在长度方向上应该有297÷1[297]=297个像敏元。在宽度方向上应该有：210÷1=[210]=210个像敏元。同样，添加一个1.4的精度系数，那么CCD器件的图像阵列大小应为（297×1.4）×(210×1.4)=[415.8]×[294]=416(H)×294(V)。相对于A3纸，阵列需求变化不大。在这里选用TCD5130AC帧转移型面阵像敏CCD，它的有效像素为[754]×[583]。像素单元尺寸（长×高）为12.0μm×11.5μm。像敏面积大小为9.05mm×6.70mm.具体参数见表2.1。如果追求更高的分辨率，则需要CCD器件的像敏元个数更多，如果纸张不变，换成IA-D-1024型CCD器件，分辨率高达0.351mm.如果换更高像敏数的器件，则分辨率更高。
符号
特性参数
最小值
典型值
最大值
单位
R
响应度
65
80

mV/lx
V
饱和输出电压
600
900

mV
V
暗信号电压

1
2
mV
RFT
复位脉冲反馈中心

400
700
mV
SMR
图像 像晕

-120
-110
dB
I
输出三极管电流

10
mA
LAGd
电压降

0.1
1
mV
Z
输出阻抗

250
300

表1 TCD5130AC的特性参数

2．3 光学系统成像的基本公式和计算
光学系统的作用是把物体或待处理的图像成像（投影）到CCD器件上。因此在确定原理方案时，要进行光学系统的外形尺寸计算。在本设计中，光学系统的外形尺寸计算是根据理想光学系统的牛顿公式来计算的。该公式的图像表示如图2.3所示。

图2.3 通过凸透镜成像示意图
选用CCD像敏面积大小为9.05mm×6.70mm。但考虑到后续凸透镜的选择，保守确定像敏面积大小为4.8×3.6mm。物镜焦距公式（牛顿公式）为：

其中 ---垂直放大率
y’---像高 x ---为牛顿公式描述的物距
y ---物高 x’---为牛顿公式描述的像距
f ---物方焦距 f’---像方焦距
被测对象为国家标准A3（420mm×297mm）和A4（297mm×210mm）纸。纸张的长边尺寸为420mm和297mm。为了使光学系统的设计尽量简单化，设像距为一定值，即设x’=0.1mm。这样的设计保证了CCD传感器与凸透镜之间的距离，透镜焦距的变化可以使用变焦镜头来完成，设备维护方便。
计算得A3纸, =4.8÷420=0.01143倍；f=f’=8.75mm；x=765.4mm
计算得A4纸, =4.8÷297=0.01616倍; f=f’=6.2mm；x382.9mm
得出主要参数焦距f的变化范围为6.2mm---8.75mm。
2.4 照明电路的设计
2.4.1照明光源的选择
检测系统一般有两种：一种是通过测量备件物体的空间频谱分布来确定被检测物体的某些特征参数，这种选择激光照明，因为它能满足单色性好，相干性好，光束准直精度高等要求;另外一种是通过测量物体的像来测量被检物体的某些特征参数，这种检测只要选择白炽灯或者碘钨灯作为照明光源就可以了。本设计采用的光源属于后一种。
在这里检测的一般是白纸，所以对照明的要求并不是很高，而且系统采用的是CCD器件，该类型CCD器件的最低照度为0.003Lux，最大照度为130Lux，只要CCD表面的光照度保持在上述照度之间，就能在CCD表面形成清晰的影像，所以在本系统中采用白纸灯照明即可。
2.4.2照明方式的选择
照明系统包括光源和聚光镜，前面已经对光源和凸透镜镜头作出了选择，照明的作用是为了使目标物得到更充分的照明，使得像平面有足够的照明。
照明方式有：临界照明和柯拉照明，临界照明的特点是会使物体表面照度不均匀，导致接收器上的光能量分布不均匀，影响成像质量和测量精度，不适合在这里应用。柯拉照明正好弥补了临界照明的弱点，它把光源均匀照明了的聚光镜成像在物平面上，可以使物体得到均匀的照明，本次设计对成像质量和测量精度都较高，故采用柯拉照明。
2.5面阵CCD摄像机光学镜头的类型选择
格式
接口
焦距f’（mm）
孔径(F)
像敏面积(mm)
视场角（）

CS
6---60
F1.2-22C
4.8×3.6
44.0---4.7
CCD的不同应用就要有各种各样的光学镜头，当前除了C和CS接口镜头外，由于单板CCD摄像机的大规模产业化，不仅使得CCD摄像机所需的小光学镜头越来越多样化，同时使得该行业制定了相应的标准，用户可以根据不同的型号自主选择型号。在这里本次设计中选择电动变焦镜头，CS接口，具体参数见表2。

表2 CCD电动变焦镜头参数

第三章 系统硬件部分的设计与计算
3.1 初始信号处理电路的设计
3.1.1 信号二值化处理电路设计
这里由于对灰度没有具体要求，因此为了提高处理速度，降低处理成本，采用二值化处理方法。
二值化处理的目的是把CCD视频信号中的图像尺寸信息与背景分离成二值电平。二值化处理的就是把图像和背景作为分离的（0，1）区分对待。光学系统把被测对象成像在CCD的像敏面上。由于被测物与背景在光强分布上的变化反映在CCD的输出视频信号上，对应输出电压会产生较大变化，即图像尺寸在边界处会有明显变化。二值化处理图像数据的方法包括：固定阈值法，浮动阈值法和微分法等。由于浮动阈值法可以根据光源及背景光的影响进行适当调整，自动想办法找到CCD视频信号中被测物体像的边界二值化特征，故本系统采用浮动阈值法处理数据，
在浮动阈值法中，阈值电压的确定是通过采样/保持器采得CCD在一个周期内输出的背景信号，并保持这个周期。随后跟随器输出信号通过电位器送到电压比较器，提供阈值。电路中用到的各类元器件如采样/保持器、跟随器的选择根据具体纸张参数要求确定。
本系统采用硬件二值化数据采集电路，其原理如图3.1所示，它由门电路、二进制计数器、锁存器和显示器构成。这类数据采集电路适用于对物体外形尺寸的测量，能够采集二值化脉冲的宽度，符合本系统的要求。

图3.1 原理图

3.1.2 信号量化处理
CCD器件作为光电传感器，在进行光谱探测、光学图像测量和光强分布测量时，需要测出CCD每个像敏单元的光照强度值，在这里即光强分布的I(x,y)值。CCD的输出为周期时序电压信号，在这种情况下需要对视频信号进行量化处理和A/D转换，并对转化后的数字信号做后续处理。
如图3.2所示，CCD视频输出的脉冲调制信号经过低通滤波器滤波后，变成时间上的连续模拟信号。采样/保持电路对连续的视频信号在时间上进行间隔采样，变成离散的模拟信号，再由A/D转换器将其转化为数字量送入计算机。

图3.2 量化过程
3.1.3 译码电路的设计
设计译码电路可以使现场人员能够实施监控CCD数据的传输情况，由于信号量化处理后的数据为八位二进制数据，故这里的译码电路采用C302型BCD-8段译码器，把输入的八位二进制数据分为高四位和低四位，通过译码由2个8位字段LED显示器对外输出。该译码器的真值图如表3.1所示。

输入端
输出端
B C D A
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 0 0 0
1 - - - - - - - - -
0 0 0 1
- 1 - - - - - - - -
0 0 1 0
- - 1 - - - - - - -
0 0 1 1
- - - 1 - - - - - -
0 1 0 0
- - - - 1 - - - - -
0 1 0 1
- - - - - 1 - - - -
0 1 1 0
- - - - - - 1 - - -
0 1 1 1
- - - - - - - 1 - -
1 0 0 0
- - - - - - - - 1 -
1 0 0 1
- - - - - - - - - 1
表3.1 C302BCD-8段译码器真值图
3.2 图像信息采集卡的功能与选择
3.2.1 图像信息采集卡的功能
图像采集卡的本质是以帧存储器为核心的系统，其原理框图如图3.3；面阵CCD的输出信号一般是具有行、场同步的全同步信号，又成为视频信号。
图像输入设备的主要任务是将模拟的图像信息转换为运算处理所需要的数字信号。图像处理设备视处理方法的不同而采用不同的计算机。

图3.3 图像采集卡框图
3.2.2 基于PCI总线图像信息采集卡的原理
由于计算机PCI总线的发现和完善，图像采集卡的结构可大大地简化。而且由于PCI总线的高速度，使A/D转换以后的数字视频信号只需经过一个简单的缓存器即可直接存到计算机内存，供计算机进行图像处理；也可将采集到内存的图像信号传送到计算机显示卡显示；甚至可将A/D输出的数字视频信号经PCI总线直接送到显示卡，在计算机所终端上实时显示活动图像。基于PCI总线的图像采集卡系统如图3.4所示。

图3.4 基于PCI总线的图像采集卡系统
3.2.3 图像信息采集卡的选择
该系统采用基于PCI总线的OK-M20高分辨率黑白图像采集卡。这类采集卡可采集标准和非标准逐行和隔行视频信号，以及信号和同步分离的信号源。
其主要功能与特点为：
1、输入的视频信号电压幅度可适应0.2---3V峰-峰值，0点调整可适应±1.5V的变化范围。具有足够宽的A/D前亮度与对比度的可调范围。软件可调。
2、输入行频从7.5---64KHz的标准与非标准视频信号及信号与同步分离的视频源，具有自动检测、自动适应或软件调整行频、场频、帧频、隔行或逐行等视频个性的能力。
3、高速8位A/D转换，采样主频率在4---65MHz范围自动调节，具有细调功能，保证在不同的行频和帧频下获得方形或任意比例的矩形采样点阵。
4、具有4路视频输入软件切换选择的功能。
5、能采集单场、单帧、间隔几帧和连续帧图像，精确到每一场。
6、采集点阵从480×480到2048×1020可调，具有4×4到2048×1020和1280×1020的开窗功能。
7、传输速度最高可达132Mb/s。在标准视频源时，采集图像总线占用时间与CPU和其他资源可使用总线时间之比为1/8的分享总线技术，适用于图像实时处理。

3.3 PC机的要求、选择和接口设计
3.3.1 PC机的要求和选择
此设计所用的PC机的要求只需满足PCI总线对系统配置的要求即可。具体要求如下：
1、正确安装的Windows XP系统。
2、正确安装显示卡的驱动程序，确保系统没有被病毒感染。
3、计算机主机选用586或高于586性能的机器。
4、主机板至少带有一个符合PC12.1标准的PCI插槽。
5、内存应在32MB以上；硬盘应有20MB以上的剩余空间。
3.3.2 PC机与外部设备的接口设计
PC机CPU与外部通信的方式包括：串行通信和并行通信，在设计中，并行通信由于距离较近的地方，至少有8位数据同时从一个设备传送到另一个设备。为了提高传输效率，方便控制，故选择并行通信。
上述PC机并行输出通讯口使用的是标准的25芯连接器与外部相连，25芯分成数据、控制和状态端口。一般PC机并行接收和输出的逻辑电平都是TTL电平，对应接口电源为5V.。
3.4 换纸机构中步进电机的参数要求及选择
3.4.1 步进电机的运行方式
此设计采用四相永磁感应子式步进电机，其运行方式有三种：四相单四拍、四相双四拍和四相八拍。A、B、C、D各相驱动电路的输入端分别用PC机并口的D0、D1、D2、D3个位来控制，规定其高电平有效。其中，步进电机在四相单四拍和四相双四拍的运行方式下运行时步距角为。此设计采用的运行方式是四相单四拍方式。其运行方式所对应的数据表如表3.2所示：
D
C
B
A
励磁状态
D3
D2
D1
D0

0
0
1
1
AB
0
1
1
0
BC
1
1
0
0
CD
1
0
0
1
DA
表3.2 步进电机四相单四拍运行方式
3.4.2 步进电机的选择
在本系统中，为了方便控制及简化控制电路，系统采用同一种步进电机。本设计以最大静转矩作为选择步进电机的主要参数，步进电机的最大静转矩一定要能够满足工作的需要。
步进电机的步距角的大小与通电方式和转子齿数有关，其大小可以用下列公式来表示：

在该式中，z表示转子齿数，m表示运行拍数，通常等于相数或者相数的整数倍。为了方便计算转速，设计时选用步距角为。通过计算可以得到，等效到电机轴上的转矩主要是由于工作台相对于轴中心线产生的转矩，其大小约为80Kg.cm。根据这一数据选择步进电机的型号为110BYG450A-01，该电机为永磁感应子式步进电机。其具体参数如下：
步 距 角：0.9/1.8         DEG
绝缘电阻：500V DC 100 MΩ
绝缘强度：500V AC 1 Minute
温升：65K 环境温度：-10℃～+55℃ 绝缘等级：B
电压：4V 电流：4.8A
电阻：4Ω 电感：1.2mH
静转矩：80Kg.cm 机身长：165mm
出轴长：56mm
步进电机的接线图如图3.5所示

图3.5 步进电机接线图

在上图中，黑白接线头为中心抽头，其中，红线、绿线共用白色中心抽头，黄线、蓝线共用黑色中心抽头。红线表示A相，黄线表示B相，绿线表示C相，蓝线表示D相。其运行方式为A-B-C-D-A…

3.5换纸机构的设计