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基于DSP的智能纸张白度试验机

2017-08-08 01:54:52本网

  在涉及到纸张生产及应用的行业,如印刷行业,纸张白度是广泛被关注的重要指标,是产品质量的重要保证。文中成功实现了纸张白度及荧光白度的快速精确测量。

  1系统结构国标规定:以模拟D65光源、漫射/垂直照明观测条件下,纸、纸板和纸浆对主波长457nm蓝光的漫反射因数(%)表示白度测定结果。而漫反射因数是由一物体反射的辐通量与相同条件下完全漫反射体反射的辐通量之比,以百分数表示。因此,实现对白度测量的关键是在模拟D65光源,漫射/垂直照明条件下,对纸张反射的辐通量的测量。

  为实现上述功能,文中描述的纸张白度试验机主要有以下几个关键部分构成:卤钨灯光功率稳定控制部分。光强的波动会引起测量结果的误差。影响光强稳定的因素很多,如电路元件的老化、外界散光、环境温度、光源自身老化以及光源电压或电流的波动等。文中设计了一种基于电压调节器LM723的光功率负反馈控制系统,把一切引起光功率不稳定的因素转化为改变光源端电压,从而控制光功率稳定在一个固定值。

  调制扇步进电机驱动部分。为了有效降低低频杂散光的干扰,需要将卤钨灯发出的光经调制扇调制成具有一定频率的正弦光。DSP内部合成具有一定频率的数字信号,UDN2916LB收到DSP发出的PWM信号后控制步进电机带动斩光盘以恒定的转速转动。

  基于光电二极管的纸张白度检测部分。因为要实现对主波长457nm蓝光漫反射因数的测定,所以,本设计选择蓝紫光光谱相应高的S1133作为光电响应器件,S1133的输出为与光强成正比的微弱的光电流,还要经1/V转换,选频放大电路,限幅电路等后进入DSP,由DSP中的内部A/D转换为数字信号,同时,在DSP内直接合成与检测信号相关的信号,通过相关检测有效提取有用信号,去除噪声。

  滤光片插板自动检测模块。对紫外插板和R457滤光片插板对应的红外光敏三极管的输出电压进行检测,并通过插板指示灯指示,提示用户在进行不同的检测项目时插入相对应的插板。

  为核心的独立单元,该模块具有4X4键盘和240X128液晶显示功能,界面友好,操作方便。该模块以RS232C标准方式与DSP通讯,有效降低了DSP的负荷。系统框图如所示。

  系统框系统硬件设计3V器件,所以文中采用了电平转换芯片74HC244,下文所述DSP10均为通过该芯片转换后的CMOS电平。光功率自动控制电路如所示。

  LM723自身恒压源通过脚输出对地7V恒定电压,经变阻器分压后在NI端获得一恒定电压。同时该芯片在脚输出电压经过尺。,兄与风分压,使INV端获得反向比较电压。LM723通过比较NI与INV端的电位保持输出电压V0恒定。DSP通过调节端外接的数字电位器X9511,可实现待机状态下卤钨灯工作在半电压状态,以延长灯使用寿命。

  光电二极管的纸张白度检测:光电二极管工作在零偏压模式,接收经被测纸张漫反射的光照后,产生与光强成正比的光电流,由低噪声放大器将光电流进行I/V转换,再经选频放大,如所示。

  选频放大电路在选频放大器的反馈通路中采用双T滤波器,利用双了滤波器的选频特性得到带通滤波器,选频放大器的中心频率为10Hz,带宽为2.5Hz,对信号频率以外的噪声有很强的滤除作用,最后经移相和限幅电路进入DSP片内A/D,将光强转换为数字量,与DSP片内产生的与输入信号同频的信号通过相关器得出被测试样漫反射的光照度值。

  调制扇步进电机驱动电路:输入信号与信号必须是同频同相的,信号在DSP内部直接合成,同时,这个信号还用来驱动调制扇步进电机以把卤钨灯发出的光调制能与信号同频的正弦光。为了消除低频噪声和工频噪声的干扰,选取信号的频率值为10Hz,那么步进电机的转速V为10r/s.DSP依据内部合成的数字信号发出一定的PWM波给UDN2916LB.UDN2916LB的4个输出引脚0UT1A,0UT1B,OUT2A,OUT2B依次输出信号驱动步进电机按照一定步长匀速旋转。

  键盘显示模块:本系统采用以SST89C54为核心的独立单元。SST89C54的片内20K子节的flash能满足液晶及按键的编程需要。该模块以RS232C标准方式与DSP实时交换数据,具有矩阵式的4X4键盘和240X128液晶显示功能。

  界面友好操作方便,有效降低了DSP的负荷。

  3DSP系统软件设计DSP完成了整个系统中大量的软件功能,为了完成这些功能,除用到TMS320F2812的核心部分外,还充分应用了其片内的许多外设模块,如A/D模块,定时器,PWM,SPI,UART,看门狗等模块。DSP启动后首先进行初始化操作,包括对各个中断向量的设置以及对DSP的锁相环进行设置,以使各内部模块时钟频率达到要求;之后执行主程序查询任务。主程序的任务标志是由周期为15ms定时器中断来分配的。首先进入定时器中断后,中断程序识别键盘显示模块有无通讯要求,按键以命令方式发送,DSP定时器中断服务子程序置各种任务的任务标志。退出中断后,主程序查询任务标志,执行相关任务函数。按周期进行电压的数据采样、相关运算、控制及数据传输等。

  键盘显示模块的操作界面采用类Wmdows视窗风格,按操作人员的习惯及相关规范安排各步操作,同时,配合各种图形、图表等直观方式实时显示检测数据。每次检测的数据结果都将通过DSP的SPI接口存入93C56内保存,循环覆。1111.。

  4结语DSP内部合成具有一定频率的数字信号,再发出PWM信号驱动调制扇步进电机,将直流光调制成正弦光,由光电二极管接收,放大,滤波后送入DSP,并经其A/D模块转换成数字信号,然后与DSP内部直接合成的信号进行相关运算,得出光照度值,再经一定的白度计算公式得出试样的白度值。经过实验验证,该仪器精度可达0.5级,在实际应用中,该系统测量准确,运行可靠,维护率低。

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