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发表于:2008-5-9 12:08:22
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数字示波器自动检定系统

  随着电子技术的发展,数字示波器凭借数字技术和软件大大扩展了工作能力,早期产品的取样率低、存在较大死区时间、屏幕刷新率低等不足得到较大改善,以前难以观察的调制信号、通讯眼图、视频信号等复合信号越来越容易观察。数字示波器可以对数据进行运算和分析,特别适合于捕获复杂动态信号中产生的全部细节和异常现象,因而在科学研究、工业生产中得到了广泛的应用。为了让示波器工作在合格的状态,对示波器定期、快速、全面的检定,保证其量值溯源,是摆在测试工程师面前的一项紧迫任务。

  手工检定效率低,容易出错,对每一种示波器的检定需要测试工程师翻阅大量的资料;自动测试系统具有准确快速地测量参数、直观地显示测试结果、自动存储测试数据等特性,是传统的手工测试无法达到的。用自动测试系统实现对示波器的程控检定将会是仪器检定的趋势。

  GPIB、VXI、PXI是自动测试系统标准总线,GPIB以性能稳定、操作方便、价格低廉赢得用户的认可。这里选用了GPIB作为测试系统的总线。

  1 硬件设计

  基于GPIB的数字示波器自动检定系统的硬件由GPIB控制器、FLUKE5500A、被检定数字示波器和PC机以及打印机等外围设备组成。

  1.1 GPIB接口控制器

  1.1.1 GPIB总线

  GPIB是惠普公司于20世纪60年代末、70年代初开发的实用仪器接口系统。由于对测试仪器的控制很方便,并且具有较高的传输速度(1Mbps),GPIB于1975年被定为IEEE488标准,1987年修定为IEEE488.1—1987。GPIB总线是数字化的24脚并行总线,有8根线是地线和屏蔽线,另外16根线是TTL电平信号传输线,包括8根数据线、5根接口管理线和3根数据传输控制线。GPIB使用8位并行、字节串行、异步通讯方式,所有字节通过总线顺序传送。

  GPIB系统设备有控者、讲者和听者三种属性。实际设备具有其中的一种、两种或三种。作为控者,它可以通过寻址指定连接到总线上具有讲者属性的器件成为讲者和具有听者属性的器件作为听者,包括指定它自己。讲者能通过总线向其他器件发送数据。听者能从总线上接收讲者发送的数据。一般来说在GPIB系统中计算机是控者,具有讲、听、控三种属性。为避免总线冲突,IEEE488规定一次只能有一个讲者,但可以同时有几个听者。由于GPIB系统中各器件的工作速度可能相差悬殊,为了保证多线消息能够双向、异步、可靠地传输,GPIB母线中设置了三条握手线,分别为数据有效线、未准备好接收线和未收到数据线。

  1.1.2  BC-1402-2接口控制器

  在本系统中采用的GPIB控制器是贝卡科技公司开发的BC-1401-2型USB-GPIB接口控制器,它带有USB接口,把USB总线转换成GPIB总线,操作GPIB仪器。其特点是:完全符合IEEE488.1和IEEE488.2国际标准,支持PCI、USB、Ethernet工业标准;数据传输率为900kbps,适合PC机与仪器之间的高速数据传输;提供了一套I/O GPIB操作函数库,其函数与ISA总线的ES1400系列接口控制器相同;提供了一套符合VPP规范的虚拟仪器软件架构VISA(Virtual Instrument Software Architecture)函数库,实现了凡是采用VISA函数开发的应用程序,在更换不同厂家的不同型号的GPIB接口控制器时,应用程序不需要作任何修改;该接口控制器可以用C/C++、VC++、VB、LabView、LabWindows/CVI、HP-VEE、Delphi等多种语言编制测试程序,方便而灵活。

  1.2 FLUKE5500A

  FLUKE5500A是美国福禄克公司的一款高性能的多功能校准仪,可以对手持式和台式多用表、示波器、示波表、功率计、电子温度表、数据采集器、功率谐波分析仪、过程校准器等多种仪器进行校准。FLUKE5500A提供了GPIB(IEEE-488)、RS-232、5725A三种标准接口;在安全性方面满足IEC 1010-1(1992-1)、ANSI/ISA-S82.01-1994、CAN/CSA-C22.2NO.1010.1-92标准;FLUKE5500A输出电压可以达到1100V,电流输出可达11A,可以提供直流电压和电流、交流电压和电流的多种波形和谐波,同时输出两路电压,或者是一路电压和一路电流,模拟功率、电阻、电容热电偶和RTD。其示波器校准件还提供了稳幅正弦波、快沿、时间标记和幅度信号。

  1.3 主控PC

  PC作为系统的“主控者”,通过发布命令给GPIB接口控制器实现对FLUKE5500A和被检定示波器的控制,主要包括以下几个方面的内容:仪器的初始化、复位、仪器参数设置;命令FLUKE5500A产生标准信号,同时被检示波器显示;读取/保存仪器数据并传给PC等。

  2 软件设计

  2.1 软件平台的选择

  软件是本数字示波器自动检定系统的核心,软硬件能否稳定、协调地工作是系统能够对数字示波器快速、可靠检定的基础。本系统采用性能稳定的Windows2003 Server操作系统、SQL Sever2005(开发版)数据库以及Visual.NET2005作为开发平台,以C/C++作为编程语言,同时在驱动程序方面选用NI公司的Lab Windows/CVI7.0做部分程序的驱动开发。同时采用MAX(Measurement&Automation)作为IVI驱动配置程序。

  2.2  关键技 术VISA和IVI

  VISA是VXI plug&play联盟制定的I/O接口软件标准。制定VISA的目的是确保不同厂商、不同接口标准的仪器能相互兼容、可以通讯和进行数据交换。其显著特点是:VISA是采用了先进的面向对象编程思想来实现的;它是当前所有仪器接口类型功能函数的超集成,而且十分简洁,只有90多个函数;VISA作为标准函数,与仪器的I/O接口类型无关,方便程序移植。对于驱动程序、应用程序开发者而言,VISA库函数是一套可以方便调用的函数,可以控制各种设备如GPIB、VXI、PXI等。

  IVI(Interchangeable Virtual Instrument)是IVI基金会为了进一步提高仪器驱动程序的可执行性能,达到真正意义上的仪器互换,实现应用程序完全独立于硬件而推出的仪器驱动程序编程接口。IVI系统由IVI类驱动程序、具体驱动程序、IVI引擎、IVI配置实用程序、IVI配置信息文件五部分组成。类驱动程序实现了上层统一功能的封装,面对的是操作者,而具体驱动程序完成与具体仪器的通信。测试程序是调用类驱动程序,用类驱动程序调用具体驱动程序来实现测试程序和硬件的无关性。IVI引擎完成状态缓存、仪器属性跟踪、分类驱动程序到具体驱动程序的映射功能。IVI配置实用程序是采用软件MAX创建和配置IVI逻辑名,在测试程序中通过传送逻辑名给一个分类驱动程序初始化函数,将操作映射到具体仪器及仪器驱动程序。IVI配置信息文件记录了所有逻辑名和从类驱动程序到具体仪器驱动程序的映射信息。

  2.3 测试软件架构

  2.3.1 测试软件模块

  测试软件分为测试数据管理模块、测试参数管理模块、测试程序模块三部分。测试数据管理模块是管理对仪器的检定日期、检定人员、对具体仪器的已检定项目、检定的数据等。测试参数管理是在数据库中管理具体仪器的各检定项、检定项的标准值等。测试程序模块是根据用户在软面板上选定的测试参数,调用相应的测试仪器进行测试,把测试数据和数据库中的标准相比较,判断是否合格。

  2.3.2  测试软件结构化流程

  在开机系统自检后,检定操作员在软件界面上选择/输入需要检定的仪器型号,程序由仪器型号在数据库中调出相应的检定项目、被检项目的标准值、被检仪器与FLUKE5500A和GPIB控制器的连接。检定员按连接图(FLASH动画)连接仪器,在确认连接正确后,检查是否有IVI驱动程序,在安装驱动程序后运行MAX配置工具,完成配置后即可运行相应的测试程序,把测试结果保存到数据库,并打印相应的合格/不合格报告。

  2.4 开发IVI驱动程序

  对于IVI仪器,厂家会提供IVI驱动程序只需要编写少量代码即可实现对仪器的检定,主程序简单,便于管理。IVI基金会的目标是支持95%的仪器。基于IVI技术的数字仪器的检定将会是仪器检定的必然之路。

  但是并不是所有的仪器都支持IVI。对于非IVI仪器,使用LabWindows/CVI中的IVI驱动开发向导把仪器程控命令树中所有底层命令封装成一系列带有图像面板的高层函数,完成IVI驱动程序的开发,使它成为IVI仪器。其特点是前期开发IVI驱动程序工作量大,但是后期测试程序开发和维护工作量少。

  2.5 数据库管理

  数据库管理主要包括用户管理、被检仪器型号管理、检定项目管理、检定报告管理、检定项目指标管理以及数据查询6个模块。

3 应用实例

  应用本方法组建的测试系统对IVI仪器Hp54815等进行了检定,对非IVI仪器XJ4321等开发了IVI驱动程序,对其垂直灵敏度、瞬态响应、稳态响应、扫描时间因素误差、扫描时间因素线性误差5项内容进行检定,保存检定结果并打印检定证书。实践证明:检定过程变得快速和简单;自动检定和人工检定的结果是一致的。

  本文介绍的数字示波器检定系统以GPIB为总线,综合运用了IVI技术和数据库技术实现数字示波器的自动检定,具有操作方便、可扩展性强、工作稳定性好的特点,为组建功率计、频谱分析仪、任意波形/函数发生器、数字多用表的综合数字仪器自动检定系统提供了参考。


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发表于:2008-5-9 12:06:31
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常用的宝石鉴定仪器

  宝石的鉴定,一般可以分为原石和成品两大类。

  对于原石的鉴定,又可以分为野外鉴定和室内鉴定。野外鉴定多数采用放大镜和小刀等简单工具,用以初步对宝石矿物进行定名。室内鉴定主要是利用各种手段和仪器,进一步测定宝石矿物的数据,为鉴别宝石提供重要依据。

  对于宝石成品的鉴定,必须是在不破坏宝石完整性的前提下去鉴别所测定的宝石。

  目前常用的、易于掌握的宝石鉴定仪器有以下几种:

  1.笔式聚光手电:用来观察浓色宝石的透明度。聚光手电的电珠应凹于笔头面,不能凸出笔头面,否则不便于观察。

  2.放大镜:是宝石放大观察的仪器之一。最常用的是10倍放大镜,还有20、30倍的几种。放大镜是宝石专家的关键工具和必备之物,便于携带。可用它来鉴定宝石的品种和真伪。用放大镜可以观察:(1)宝石的表面损伤、划痕、缺陷。(2)琢型质量。(3)抛光的质量。(4)宝石内部的缺陷、包裹体。(5)颜色的分布和生长线等。鉴定时,应将宝石置于离10倍放大镜约2.5厘米的强光之下,慢慢调节距离,直到看清楚为止。选择放大镜的质量也很重要,质量差者在放大时将产生图形畸变。

  3.二色镜:有的宝石具有多色性,观察宝石多色性最好的仪器是二色镜。二色镜是一种结构合理、价格便宜、小巧简单的光学仪器。二色镜使用的是一块合适的透明的无色方解石(冰洲石)菱面体,由于冰洲石的双折射率较高,该仪器可以将穿过宝石的两条平面偏振光线分离开来。要求必须是有颜色透明的单晶体宝石才能够检测出多色性,玉石不能检测多色性。二色镜主要用于区别红宝石和红色尖晶石、红色紫牙乌;区别蓝色尖晶石和细小的蓝碧玺;区别蓝宝石和蓝色人工合成尖晶石等。用二色镜检测宝石时必须不断转动宝石,直到两个差异最大的颜色出现在窗口上为止。对于宝石的三色性的确定,必须认真地反复检测,从三个不同的方向观测,出现三种颜色才是三色性。检测时注意:眼睛、二色镜和宝石样品,其间距应不超过2-5毫米。

  4.折光仪:折光率是透明宝石重要的光学常数,是鉴定宝石品种的主要依据。测折光率的方法主要有两种:一种是直接测量法,用折光仪测量;另一种是相对测量法,用液体浸没法。折光仪是根据光的全反射的原理制造的。目前常用的折光仪只适用于折光率为1.36-1.81范围内的宝石。宝玉石的折光率(N)的计算方法为光在空气中的传播速度(V1)与在宝石中的传播速度(V2)之比为一个常数,即N=V1 /V2 。均质体宝石,光在其中传播,传播速度不变,折光率相等,称之为单折光率。非均质体宝石,在折光仪中有两个读数,最大、最小折光率值之间的差值,称之为双折光率。折光仪是宝石学家最常使用的仪器之一,它的体积小,使用方便。他既可以测试刻面宝石的折光率,还可以用点测法测出弧面宝石的折光率。

  5.查尔斯滤色镜:滤色镜是利用吸收光的特定波长这一特征而设计的。它由两片仅让深红色和黄绿色光通过的明胶滤色镜组成的宝石鉴定仪器。滤色镜小巧轻便,便于携带,对识别一些染色宝石和人造宝石特别有效,对识别炝色翡翠非常有效。它可以鉴别祖母绿和其它仿造品,而要准确地确定,还要借助于其它方法综合考虑。在滤色镜下祖母绿呈现红色或粉红色,而其它和祖母绿相似的天然绿色宝石,在滤色镜下观察不显红色。

  6.宝石显微镜:宝石放大观察的一种重要的仪器。它能够检测10倍放大镜不能清晰地确认或观测到宝石外部和内部特征。宝石显微镜可以观察宝石内部的包裹体、解理、双晶纹、生长线、色带;观察宝石的磨工、抛光度和意外损伤;鉴别拼合宝石二层石、三层石。宝石显微镜的结构合理,辅助设备齐全,放大倍数可变幅度较大,一般是10至70倍。宝石显微镜有两种光源,一般用底灯观察宝石的内部缺陷,如包裹体、裂隙等;用反射灯观察宝石的表面特征,如断口、色带、解理面等。宝石显微镜是精密仪器,要严格按操作规则使用。

  7.热导仪:热导仪是根据钻石具有良好的传热性而设计制作的。绝大多数宝石不具备热导性或热导率极低,所以一般热导仪均为区别钻石与人造仿钻制品而设计的,是鉴别钻石与其它仿钻制品的专用仪器。钻石热导仪由金属针状测头与控制盒组成,当测头尖端触及钻石表面时,温度明显降低,由仪器表头信号灯或鸣叫声显示测定结果。热导仪长十多厘米,便于携带,使用极为方便。

  8.偏光器:是使平面偏振光垂直相交,光线通不过的原理制造的一种简单的光学仪器。偏振器是由两个震动方向垂直的偏光片、支架和底部照明灯组成。用以检测宝石的光性(是均质体还是非均质体)和多色性。在打开照明灯的偏光器中,转动观察宝石样品的明暗变化情况。(1)如果样品明亮,没有明暗变化,可能是隐晶质或微晶集合体,如玉髓、翡翠等。(2)如果样品全黑,没有明暗变化,将样品变换一个角度继续观察,如果仍然无明暗变化,样品属均质体。属均质体的宝石有等轴晶系和非晶质宝石。(3)如果转动宝石360°时,宝石样品发生四次明暗变化,这表明样品为非均质体。属非均质体的宝石有四方、六方、三方、斜方、单斜、三斜晶系中的宝石。(4)如果样品在正交偏光下转动时,可看到灰暗的蛇纹状、网格状或不规则的现象,则可能是均质体宝石所呈现的异常干涉色,此时应十分注意。利用偏光器,还可以检测宝石的多色性,能够验证宝石的非均质性和均质性。

  此外,常用的宝石鉴定仪器还有吸收光谱摄谱仪、荧光灯、X射线衍射仪、电子探针等。

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发表于:2008-5-9 12:04:15
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数据通信测试仪表的配备

  数据通信网络包括很多系统和相关设备, 可能有数字传输系统, 分组交换、DDN、帧中继、ATM、Internet系统,公用电话交换网、市话电缆线,以及路由器、网关、网桥、复用器、频带或基带调制解调器、用户终端设备等。在网络建设中进行系统连接、安装调试、网络验收时,在网络建成后的维护检查、判断和排除故障时,都离不开测试仪表。数据通信测试仪表主要有通信规程测试、传输差错测试、传输信道测试和接口测试等测试设备。

 

一、规程分析(测试)仪

 

  数据通信是人和计算机或计算机和计算机之间的通信,要实现有效、快速、可靠的通信,就需要有一套通信的规约,称之为通信协议或通信规程。为此国际上提出了开放系统互连的七层模式,每一层都有其特定的功能,上一层利用下层的功能所提供的服务。为了使网内的设备能协同工作,实现正确有效的通信,就要求它们在整个通信过程中,包括在任何可能发生的细节上都要遵循共同的协议。因此规程测试在数据通信中是非常重要的。
规程测试分析仪可能提供的功能概述如下:

 

⑴. 在线监测功能

 

  
  将规程测试分析仪跨接在接口处,监测两个方向传输的数据,用来监视工作状态、跟踪规程和查找错误。
  - 接口状态监测。
  - 实时捕获数据到磁盘或缓冲区,以便进一步调出分析。
  - 事件触发功能,即当所定义的事件发生时,引起仪表的相应动作。
  - 过滤功能,用来监测符合用户定义条件的数据。
  - 实时解码,将数据流按帧以分层方式解码。
  - 统计,包括流量和事件的统计。

 

⑵. 仿真功能

 

  要能仿真"用户", 测试网络的相关性能;仿真"网络" ,测试用户设备的相应功能。内装仿真应用程序,自动产生相应规程的仿真。能够自动应答查询,建立和维护链路管理,进行流控以及网络的建链和拆线等。用户可自行定义规程的参数。

  当仿真时,能使用实时功能,同时显示仿真和实时状态,进行各层的译码、统计,也可捕获数据。

 

⑶. 分析功能

 

  可实时分析统计或事后回送分析,能将分析结果编辑、列表和打印。
  - 按不同的元素,如源地址、目的地址、地址对、协议等,分析网络的传输错误。
  - 从译码数据状态中实时"聚焦放大",就是选择与某元素相关的数据流,进行详尽的分析。
  - 用户确认的各种状态的显示。
  - 带时间间隔刻度的状态图。
  - 明细表统计。包括帧分布统计、利用率、业务流量、差错等。

 

⑷. 专家系统

 

  捕捉按用户确认的事件,按用户制定的规则对网络进行分析,识别事件,分析问题,指出原因,提出解决办法。一般只有在高档的规程分析仪中才具备专家系统。

 

⑸. 多端口实时监测

 

  用于测试网际联接的参数,如网际间的传输时延,路由器的时延,显示运行状态等。

 

⑹. 过滤功能

 

  配合监测、分析和专家系统,用以筛选出感兴趣的数据。

 

⑺. 报表生成和打印功能

 

  配备规程测试仪时,如下问题可供参考:

 

  一种型号的规程测试仪可以测试的规程是多种的,可适用于分组交换、帧中继、ATM等广域网和以太网、令牌网、FDDI等局域网,ASYNC、SYNC(BSC)、HDLC、SDLC、X.25、FR、ATM、TCP/IP、PPP、SLIP等等,要选择能支持你系统中所涉及的各种规程的仪表,用不到的规程选件可不选购。很多型号的仪表是具有扩展功能的,将来需要时可再购买相应的模块和软件包。

 

  物理接口及其速率要满足您的需要。

 

  高档的规程分析仪功能齐全,价钱也比较高(几十万元),适于配置在省或地区级维护中心。在基层维护单位可装备一般档次的仪表,它们也具有监视、仿真、捕获和分析功能,能满足一般维护和开通用户的需要;可由用户根据需要进行编程;可与维护中心的高档规程分析仪对测;若需要进一步分析,可将捕获的数据转存,以便事后调出,再做更完善的工作。很多一般档次的规程测试仪是便携式仪表,价格不高(一般价格在几万元),使用方便,很适于用户开通和日常维护中使用。

 

二、误码测试仪

 

  数据电路的质量是以差错率来衡量的。传输差错可分为离散差错和突发差错两种类型,对不同系统的影响也不一样。现在多用反馈重发差错控制方法,系统的质量是以传输效率来衡量的,出现差错而重发的次数越多,则效率越低,离散差错对传输效率的影响要比突发差错大。而对那些实时传输的系统有时突发差错的影响要更大一些。为此,常用误码率、误字率、误组率、无差错秒等从不同的角度对差错进行统计。

 

  误码仪是数据通信维护中经常使用的仪表。要按下列指标(主要是前三项)选择适用的仪表:数据速率、接口类型(V.24、V.35、X.21、RS-449、RS-530、G.703等)、数据格式(同步、异步等)、工作模式(DCE和DTE)、测试码型(511、2047、FOX等)、时钟选择、流控选择、测试时间控制、差错纪录统计分析能力、差错插入能力等。

 

  应该指出的是,规程分析仪内一般都带有误码测试功能,这样就没有必要重复配备误码仪了。

 


三、数据传输信道测试仪表

 

  X.25分组交换、DDN、帧中继、ATM、Internet等节点之间的连接,路由器、网关、网桥、复用器、频带或基带调制解调器、用户终端等用户设备与数据通信节点的连接,以及用户设备之间经专线的连接等,都需要通过各种类型的数据传输信道。数据传输信道的好坏直接影响着数据网络的通信质量,对它的测试也是非常必要的。

 

  数据传输信道可分为数字信道和模拟信道两类。

 

⑴. 数字信道测试仪表

 

  随着SDH的应用,现在主要使用2.048Mb/s E1和155.52Mb/s STM-1 (OC-3 ) 数字信道,随着宽带网的发展,用于数据传输的数字信道还要向更高的速率发展。随着2.048Mb/s E1用户和中继数量的迅速增加,在数据通信运维部门就有必要配备E1信道测试仪了。而更高速率的数字信道测试仪表,除了大型数据通信中心或与数字传输中心分处两地等情况外,我认为没有必要与数字传输中心进行重复的配备。

 

  针对数据传输,E1信道测试仪表应具有以下主要功能:

 

  G.703 E1差错测试,对电路的数据传输质量进行测试和分析。使用29-1、211-1、215-1等符合ITU-T O.151、O.152、O.153的随机码型和全"0"、全"1"、"1""0"交替等固定码型,测试比特差错、编码差错、成帧差错、CRC差错、E-bit差错和双极性差错,具有ITU-T G.821分析能力(或再增加G.826、M2100/550分析能力)。

 

  能对时隙进行分出和插入。可在不干扰其他时隙业务的情况下,测试某时隙或FE1的数据传输质量。测试N×64kb/s数据的差错并进行分析。

 

  E1线路信号质量在线监测。包括信号电平和频率的测量,脉冲模框分析和差错监测等。
  帧和定时滑动测试,用于分析E1线路的同步问题。
  实时状态和告警的监视,告警的功能测试。
  可对非成帧和成帧(包括PCM-30、PCM-30 CRC、PCM31、PCM31 CRC)结构进行测试,以适应不同帧结构的应用情况。
  可以端接测试、桥接测试和接在带保护的检测端子上进行测试。便于在不同的接入点进行测试。
  符合上述要求的一些便携式或手持式E1信道测试仪非常实用而且使用方便,很受运维人员的青睐。

 

⑵. 模拟信道测试仪表

  模拟信道有电话交换网、市话电缆、长途模拟专线等,模拟信道的一些特性会对数据传输产生影响,这些特性称之为"损伤因素",主要有总衰减、衰减频率失真、群时延失真、非线性失真、噪音、量化噪声、相位抖动、频率偏差、回波、脉冲噪声、瞬断、相位突变和幅度突变等。

 

  不同类型的模拟信道所需测量的损伤参数是不同的。对于市话电缆线路,它的群时延失真很小,可不考虑;因为没有介入任何有源的传输设备,不会产生非线性失真、量化噪声、相位抖动、频率偏差、相位突变和幅度突变。载波话路不用测试量化噪声。对于PCM话路和程控电话交换电路也不用考虑相位抖动、频率偏差、相位突变和幅度突变。只有对二线电路才考虑测试回波。在所需测量的损伤参数中,一些是必测的主要参数,一些是要根据具体情况而测试的参数。

 

  现在,通过载波电路传输数据的情况已经非常少了。随着X.25、DDN、FR、ATM网的应用,利用长途PCM话路的数据用户也不多了。随着Internet的广泛应用,人们已经不再愿意通过电话交换网进行点对点的数据传输了。因此当前模拟信道的维护和测试的重点就转到了用户至X.25、DDN、FR、ATM节点或Internet ISP的用户线上了。

 

  另一方面,在用户线上的数据传输速率已经从音频MODEM的低速发展到了64/128kb/s基带或ISDN,N×64kb/s基带,直至2.048Mb/s的HDSL和8Mb/s的ADSL。传输速率的提高和传输频带的加宽对市话电缆用户线的质量提出了更高的要求。

 

  因此要重视市话电缆用户线的维护和测量,配备相应的仪表。随着高速宽带数据业务的发展,这将变得越来越迫切和重要。

 

  市话电缆用户线路测试仪表应具备下述功能:

 

  用户线路直流环阻、绝缘电阻(线间和导线对地)、工作电容的测试。

 

  这些是检查电缆线质量多年来采用的最基本的测试。用直流环阻可计算线路长度,判断混线地点;用工作电容判断开路地点。对数据线路来说,只用这些测试是远远不够的,还需要进行下面的测试。

 

  线路传输衰减和衰减频率特性的测试

 

  由于ISDN、基带MODEM、HDSL和ADSL在市话电缆线路上传输的信号具有相应的频带宽度,所以对测试仪表的带宽也应有一定的要求,例如对HDSL线路,要求测试仪表的带宽应达到500kHz,对ADSL要求1100kHz以上。

 

  空闲噪声的测试。

 

  有两种噪声测试方法,发送测试单音(820Hz或1004Hz或1020Hz)法和不发送测试单音法。由于音频频带MODEM、ISDN、基带MODEM、HDSL和ADSL信号拥有自己相应的频带宽度,只有落到该频带内的噪声才对数传产生影响,所以仪表内应具有相应频带的噪声滤波器,它们是D-滤波器(音频)、E-滤波器(ISDN和64/128kb/s 2B1Q编码方式的基带MODEM)、F-滤波器(HDSL)、G-滤波器(ADSL)。可计算出或从仪表中读出信噪比。

 

   线路阻抗/回波损耗的测试。

 

  要在相应的测试带宽内测试线路阻抗/回波损耗。

 

  脉冲噪声测试。

 

  根据所需的频带宽度,用D(或O.71)或E或F或G滤波器,测试不同门限电平下的脉冲噪声计数。

 

  在线路工程竣工测试和选择数据线对时,还需测试线路串音(主要是近端串音),这就需要有宽频选频功能,一般需要另外配备相应仪表。

 

  现在市场上的用户线路测试仪表趋向便携式或掌上型,价钱已不昂贵,使用十分方便。

 

  这类仪表也可用于PCM话路测试,测试它的衰减、衰减频率失真、空闲电路噪声、量化噪声(单频法)、脉冲噪声和回波等主要参数。有的还具有拨号和直流保持功能,又可用于电话交换网的测试,使之用途更为广泛,称之为"模拟线路测试仪"或"传输线路测试仪"。配备这类仪表可用于数据传输用的各种模拟信道,特别是用户线的测量。

 

四、接口测试

 

  常用V.24(RS-232)、V.35、V.36、X.21、RS449、RS530等接口标准。电气特性标准有V.28、V.10、V.11等,分为双流平衡和双流不平衡两类。常用接口测试器,用于各接口线的状态指示、为接口线提供正或负电压进行状态试验、接口线的连接试验、连接示波器或逻辑分析仪观察接口信号波形和时间关系,连接规程分析仪等。

 

  接口测试盒是常用的小测试设备,但在解决具体的接口问题时还是非常有用的。

 

  随着CPU技术的发展和大规模集成电路、数字信号处理技术的应用,现在数据通信测试仪表已向新技术、小型化、多功能、低价位、使用方便等方向发展。这些仪表的配备必将显著提高维护水平和维护质量。

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基于51单片机超声波测距器设计

作者:中国矿业大学徐海学院电子04-1 鲍海鸿

摘要超声波测距器,可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控,也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。要求测量范围在0.10-5.00m,测量精度1cm,测量时与被测物体无直接接触,能够清晰稳定地显示测量结果。由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因而超声波经常用于距离的测量,如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制,并且在测量精度方面能达到工业实用的要求,因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。

关键词 单片机AT82S51超声波传感器测量距离

一、设计要求

设计一个超声波测距器,可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控,也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。要求测量范围在0.10-3.00m,测量精度1cm,测量时与被测物体无直接接触,能够清晰稳定地显示测量结果。

二、设计思路

超声波传感器及其测距原理

超声波是指频率高于20KHz的机械波。为了以超声波作为检测手段,必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器,习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器,但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化,即在发射超声波的时候,将电能转换,发射超声波;而在收到回波的时候,则将超声振动转换成电信号。

超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF(timeofflight)。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间,再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离

测量距离的方法有很多种,短距离的可以用尺,远距离的有激光测距等,超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒,由单片机负责计时,单片机使用12.0M晶振,所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。

由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播距离远,因而超声波可以用于距离的测量。利用超声波检测距离,设计比较方便,计算处理也较简单,并且在测量精度方面也能达到要求。

超声波发生器可以分为两类:一类是用电气方式产生超声波,一类是用机械方式产生超声波。本课题属于近距离测量,可以采用常用的压电式超声波换能器来实现。

根据设计要求并综合各方面因素,可以采用AT89S51单片机作为主控制器,用动态扫描法实现LED数字显示,超声波驱动信号用单片机的定时器完成,超声波测距器的系统框图如下图所示:

超声波测距器系统设计框图

三、系统组成

硬件部分

主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分组成。采用AT89S51来实现对CX20106A红外接收芯片和TCT40-10系列超声波转换模块的控制。单片机通过P1.0引脚经反相器来控制超声波的发送,然后单片机不停的检测INT0引脚,当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的时间,通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。

软件部分

主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序及显示子程序等部分。

四、系统硬件电路设计

1.单片机系统及显示电路

单片机采用89S51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振,以获得较稳定的时钟频率,减小测量误差。单片机用P1.0端口输出超声波转化器所需的40KHz方波信号,利用外中断0口检测超声波接受电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管,段码用74LS244驱动,位码用PNP三极管驱动。单片机系统及显示电路如下图所示

单片机及显示电路原理图

2.超声波发射电路原理图参考期刊如图所示:

超声波发射电路原理图

压电超声波转换器的功能:利用压电晶体谐振工作。内部结构上图所示,它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号,其频率等于压电晶片的固有振荡频率时,压电晶片将会发生共振,并带动共振板振动产生超声波,这时它就是一超声波发生器;如没加电压,当共振板接受到超声波时,将压迫压电振荡器作振动,将机械能转换为电信号,这时它就成为超声波接受转换器。超声波发射转换器与接受转换器其结构稍有不同。

3.超声波检测接受电路

参考红外转化接收期刊的电路采用集成电路CX20106A,这是一款红外线检波接收的专用芯片,常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38KHz与测距超声波频率40KHz较为接近,可以利用它作为超声波检测电路。实验证明其具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当改变C4的大小,可改变接受电路的灵敏度和抗干扰能力。

超声波接收电路图

五、系统程序设计

超声波测距软件设计主要由主程序,超声波发射子程序,超声波接受中断程序及显示子程序组成。下面对超声波测距器的算法,主程序,超声波发射子程序和超声波接受中断程序逐一介绍。

1.超声波测距器的算法设计

下图示意了超声波测距的原理,即超声波发生器T在某一时刻发出的一个超声波信号,当超声波遇到被测物体后反射回来,就被超声波接收器R所接受。这样只要计算出发生信号到接受返回信号所用的时间,就可算出超声波发生器与反射物体的距离。

距离计算公式:d=s/2=(c*t)/2

*d为被测物与测距器的距离,s为声波的来回路程,c为声速,t为声波来回所用的时间

声速c与温度有关,如温度变化不大,则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后,只要测得超声波往返时间,即可求得距离。在系统加入温度传感器来监测环境温度,可进行温度被偿。这里可以用DS18B20测量环境温度,根据不同的环境温度确定一声速提高测距的稳定性。为了增强系统的可靠性,应在软硬件上采用抗干扰措施。

不同温度下的超声波声速表

温度/

-30

-20

-10

0

10

20

30

100

声速c(m/s)

313

319

325

323

338

344

349

386

2.主程序

主程序首先对系统环境初始化,设置定时器T0工作模式为16位的定时计数器模式,置位总中断允许位EA并给显示端口P0和P2清0。然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲,为避免超声波从发射器直接传送到接收器引起的直接波触发,需延迟0.1ms(这也就是测距器会有一个最小可测距离的原因)后,才打开外中断0接收返回的超声波信号。由于采用12MHz的晶振,机器周期为1us,当主程序检测到接收成功的标志位后,将计数器T0中的数(即超声波来回所用的时间)按下式计算即可测得被测物体与测距仪之间的距离,设计时取20℃时的声速为344m/s则有:

d=(C*T0)/2=172T0/10000cm(其中T0为计数器T0的计数值)

测出距离后结果将以十进制BCD码方式LED,然后再发超声波脉冲重复测量过程。主程序框图如下

 

3.超声波发生子程序和超声波接收中断程序

超声波发生子程序的作用是通过P1.0端口发送2个左右的超声波信号频率约40KHz的方波,脉冲宽度为12us左右,同时把计数器T0打开进行计时。超声波测距器主程序利用外中断0检测返回超声波信号,一旦接收到返回超声波信号(INT0引脚出现低电平),立即进入中断程序。进入该中断后就立即关闭计时器T0停止计时,并将测距成功标志字赋值1。如果当计时器溢出时还未检测到超声波返回信号,则定时器T0溢出中断将外中断0关闭,并将测距成功标志字赋值2以表示此次测距不成功。

点击看大图

六.软硬件调试及性能

超声波测距仪的制作和调试,其中超声波发射和接收采用Φ15的超声波换能器TCT40-10F1(T发射)和TCT40-10S1(R接收),中心频率为40kHz,安装时应保持两换能器中心轴线平行并相距4~8cm,其余元件无特殊要求。若能将超声波接收电路用金属壳屏蔽起来,则可提高抗干扰能力。根据测量范围要求不同,可适当调整与接收换能器并接的滤波电容C4的大小,以获得合适的接收灵敏度和抗干扰能力。

硬件电路制作完成并调试好后,便可将程序编译好下载到单片机试运行。根据实际情况可以修改超声波发生子程序每次发送的脉冲宽度和两次测量的间隔时间,以适应不同距离的测量需要。根据所设计的电路参数和程序,测距仪能测的范围为0.07~5.5m,测距仪最大误差不超过1cm。系统调试完后应对测量误差和重复一致性进行多次实验分析,不断优化系统使其达到实际使用的测量要求。

相关程序请点击下载

作者:中国矿业大学徐海学院电子04-1 鲍海鸿

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发表于:2008-5-6 12:34:33
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基于单片机的车载超级电容测试系统设计

   

    伴随着科技的进步,电动汽车技术得到迅速的发展,相比内燃机汽车,电动汽车具有零排放、高性能效率、低噪声、低热辐射、易操纵和易维护等优点,将是未来汽车发展的方向,也是现行研究的热点。

    

    电动汽车的动力电池有如下三类:燃料电池、蓄电池和超级电容。燃料电池、蓄电池和超级电容在能量密度和功率密度上有互补性[1]。单一使用蓄电池、绕料电池或者超级电容,难以用作电动汽车的动力源。混合电池是一比较理想的解决方法,采用混合电池驱动系统,特别利用超级电容快速充放电能实现汽车制动能量回收,以及燃料电池超大能量密度支持汽车持久行驶,使得燃料电池/超级电容组成的混合驱动系统成为电动车驱动的最佳方案[2]。

    

    对于车载用电源,为达到较高功率和能量,超级电容往往采用多块单体串联的形式,伴随着电容串级的提升,电池整体电压也随之提高,对于车载电池,超级电容工作电压常达到几百伏,而这样高峰值的电压引起的波动会带来强烈的电磁干扰,为电容组件的检测带来很大的困难,同时由于串联超级电容往往采用大电流充放电(通常在50A-150A之间),电压、电流变化十分迅速,如中型客车用超级电容以150A电流放电时,端电压会在1分钟之内由300V减到70V,而200V恒压冲电时电流也会在几分钟内由50A增大到150A左右,这样迅速的充放电速度和幅度带来的噪音影响也是十分巨大。

    

    针对超级电容特殊的工作状况,本论文给出一种超级电容电池检测系统,通过对超级电容组件进行充放电循环试验采集其电压、电流参数、并与标准参数对比,从而验证出本检测系统能在强电压电流变化情况下快速实现较高的检测精度。

    

    1 检测系统原理及各模块实现

    

    1.1 检测对象

    

    测试用超级电容采用上海奥威科技开发有限公司提供的两组串联不对称电极双电层超级电容组件。

    

    1.2 系统原理介绍

    

    超级电容管理系统可以实现对超级电容工作电流和电压的实时采集,超级电容管理系统整体结构框图如图1所示,系统共由3个主要模块组成:现场电压、电流、采集与调理模块(即采集模块),信号隔离与MCU信号处理模块(即中央处理模块),电源管理模块,采集模块内、霍尔电压、霍尔电流传感器分别为超级电容电压和电流进行现场采集,采集信号经过仪用放大、然后转化为4mA-20mA电流信号并发送到中央处理模块,中央处理模块内,采集模块发送的4mA-20mA电流信号,经过电流电压变换后,再进行隔离放大、AD转换并送到MCU,MCU将数据处理后通过CAN接口传送到上位机,当检测到数据异常时MCU输出故障信号,以便工作人员能及时采取措施,电源管理模块为各功能模块提供稳定隔离的电压,增加RS232通信串口,以便MCU程序烧录。

    

    

    

    1.3 各主要模块的实现

    

    本测试系统分别采用四块电路板,以实现三大功能模块——采集模块、中央处理模块和电源管理模块。即电压采集与初调理板、中央处理板以及电源板,下边着重介绍电压、电流采集模块和中央处理模块的实现。

    

    1.3.1 采集模块的实现

    

    采集模块包括总线电流的采集、总线电压的采集两个部分,图2即为电流采集原理图,采用霍尔电流传感器隔离被测系统,比传统的基于电阻采样的电流分压电路精度高,安全性能好,抗干扰能力强,本文选用Honywell公司的基于磁补偿原理的霍尔闭环电流传感器CSNK591,测量范围±1200A,线性精度达到0.1%,总体精度达到0.5%,响应速度小于1μs,完全满足了系统的要求。采集信号经精密电阻转变为电压信号,再由仪用放大器放大为±5V双极性电压信号,系统选用AD620BR仪用放大芯片,该芯片在增益较低时具有较大的共模抑制比(G=10时,共模抑制比最小为100dB),能较强地抑制由于温度、电磁噪声等因素引起的共模干扰,放大信号通过OP27GS芯片抬升至0-10V单极性信号,经过射极跟随器送至变送器XTR110KU,转为4mA-20mA的电流信号送到中央处理模块,之所以将采集信号转变为4mA-20mA电流信号,是考虑到与工业接口标准的统一,并采用电流传感抗干扰能力强。

    

    总线电压的采集同样选用基于磁补偿原理的闭环霍尔电压传感器VSM025A,实现原理与电流采集相同。

    

    点击看大图

    

    1.3.2 中央处理模块实现

    

    中央处理模块是测试系统的核心部分,包括MCU和AD单元、模拟信号二次调理单元、故障输出单元和CAN接口单元等,如图3所示。

    

    点击看大图

    

    采集模块输入的4mA-20mA电流信号首先经过模拟信号二次调理单元,进行信号的变送、隔离、滤波和放大。模拟信号的隔离方式很多,常用的方法为隔离放大器、线性光耦以及电压频率转化,其中隔离放大器和线性光耦隔离电压高、抗干扰能力强、线性度高,但线性光耦隔离线路复杂,需要调整的参数较多,并且当输出电压比较小时,线性度较差,故本文选用BB公司高精度ISO124U隔离运算放大器完成输入模拟信号的隔离,隔离后的信号经5阶Butterworth低通滤波MAX280电路过滤高频干扰,随后通过一射极跟随器送出。

    

    二次调理后的采集信号,经过12位高速AD7891送至MCU,MCU对数据进行处理并将数据通过CAN接口传送到上位机,单片机选用STC系列8位高速单片机STC89C58RD+。该单片机具有强抗干扰性,4kV快速脉冲干扰(EFT)和高抗静电(ESD),可通过6000V静电,很好地满足了超级电容高电压大电流的工作环境,该单片机可实现6时钟模式,在本系统采用24M晶振情况下,单片机工作频率可达到4MIPS,相当于普通51系列单片机运行速度的4倍。

    

    另外,测试系统设置3通道故障诊断输出,能显示欠压、过压、过流等状态,测试系统与上位机采用抗干扰能力强、稳定性好的CAN通信方式,保证测试系统送入上位机数据的可靠性。

    

    实际系统有模拟±15V,数字±5V,模拟±12V供电需求,电源管理模块在提供系统各部分所需电压的同时,进行模拟、数字电路隔离,从而避免两类电压互相影响,各部分电源入口都增加了TVS保护,防止浪涌电压对系统的损坏,同时在诸多电源入口处设置相应的滤波电路,如在AD供电入口处增加了π形滤波电路,较好地消除电源信号对所供电路的干扰。

    

    另外,外部连线均采用屏蔽线,能较强地屏蔽线路传输中的电磁干扰,所有电流板使用型材铝盒包装,采用标准航空接头与外界联线,这样在保护电路板的同时隔离外界磁场。

    

    2 测试系统实测结果对比及分析

    

    2.1 测试内容

    

    实验选定以70A和150A两种模式对两组串联的超级电容组件进行充放电测试,首先,对电容进行恒流充电,当总线电压达到300V时,转为恒压充电,当总线电流降低到10A时进行70A恒流放电,如此循环测试5个周期。

    

    2.2 实验结果及分析

    

    图4、图5、图6给出了两种情况下的测试曲线对比,其中,图4表示70A和150A的两种标准测试情况下,电流的变化曲线,图5、图6表示两种情况下,电压曲线特性,可以看出两者的匹配程度很好,电压测试精度高于电流测试精度,这是由于一方面充放电系统本身电压比电流控制精度要高,另一方面电流传感器安置在电容箱体内并且仅靠单体电容,电容充放电时产生的噪声干扰比较严重,同时,霍尔电流传感器孔径较大,穿过电流总线后仍有一定空隙,在一定程度上影响了测试精度,对比各组电流曲线,可以看出随着电流的增大,测试结果的相对误差减小,但绝对误差保持一致,不超过3A。

    

    

    

    

    

    本文给出一种车载超级电容测试系统,该系统采用基于磁补偿原理的霍尔闭环电流、电压传感器采集总线信号,以抗高压脉冲干扰的STC51高速单片机进行信号处理,并采用仪用放大、电流传输、模拟信号隔离、5阶低通滤波等措施,尽可能地减少信号传输过程的噪音,通过对超级电容组件充放电测试,表明本系统具有抗干扰能力强,检测精度高等优点,能很好的满足车载超级电容高电压大电流环境下的测试要求。

来源:电子技术应用 作者:刘显文 雷金红 贾志军 李小民

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发表于:2008-5-6 12:33:08
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人脸检测系统的SoPC设计

 作者:西安电子科技大学电路CAD研究所 孙莹涛 李玉山

    

    引言

    

    人脸检测跟踪是计算机视觉中十分重要的研究领域,正受到越来越多的关注。传统基于PC平台的人脸检测跟踪系统体积大,不能满足便携的要求,更不适合露天使用;而采用通用的DSP芯片组成的系统,外围电路较复杂,设计与调试都需要较长的时间,且系统的可扩展性和移植性不好。利用32位Nios Ⅱ软核处理器在FPGA上完成设计,减小了系统的体积,而且在PC上开发的程序可移植到Nios Ⅱ处理器上,实现了片上系统。采用Nios Ⅱ处理器的自定义指令,用硬件实现部分算法,大大提高了数据的处理速度,保证了较好的实时性。在外围电路不变的情况下,通过更新FPGA内部的电路设计,能使系统功能升级和增强。

    

    系统组成及工作原理

    

    人脸检测跟踪系统根据具体应用场合可以定制为不同的功能,而且不同的功能只需要在Nios中写入相应的C语言程序即可,不需要再做硬件板,非常方便。下面介绍一种比较通用的人脸检测跟踪系统。系统的结构如图1所示。

    

    本文设计的人脸检测跟踪系统主要包括三个模块:图像采集模块,人脸检测跟踪模块以及数据通信模块。

    

    图像采集模块

    

    该模块主要包括摄像头和外扩SRAM。本系统采用的图像传感器是OV7620OV7620是美国OmniVision 公司开发的1/ 3英寸,30 万像素CMOS 彩色图像传感器,该芯片将CMOS 光感应核与外围辅助电路集成在一起,具有可编程控制与视频模/ 数混合输出等功能。该芯片的主要特性有:最大分辨率为664 ×492 ,同时支持VGA (640 ×480 分辨率) 和QVGA(320 ×240 分辨率) 两种模式。输出帧频在0.5fps~30fps 之间可调。输出窗口尺寸在4 ×2~ 664 ×492 之间可调。图像数据输出格式可以为8 位/ 16 位的YCrCb 4 : 2 :2 ITU2656 、IR2601GRB 4 :2 :2或RGB Raw Data。能工作在逐行/隔行扫描方式下,也能工作在彩色/ 黑白模式下。上述的所有性能,用户可以根据自己的需要,通过SC2CB 接口设置芯片内相应的寄存器进行选择。

    

    人脸检测跟踪模块

    

    该模块采用的FPGA选择Altera公司Stratix系列的EP1S25。该芯片的片上资源比较丰富,有25660个逻辑单元(LE),1944576 bit的RAM,10个DSP模块,6个数字锁相环(DPLL),用户可用的I/O最多达到702个。在EP1S25中嵌入Nios软核,控制连接在外部总线上的SRAM和Flash,用它的以太网模块单元控制以太网接口芯片LAN91C11。

    

    其中FPGA 是主芯片,在1 片FPGA 中包含了Nios 处理器、SRAM 控制器、SDRAM 控制器、Flash控制器、UART 以及摄像头和外扩SRAM 控制器的用户逻辑模块。这正体现了Nios 的优势,将很多资源集中在FPGA中为设计PCB 带来了便利, 而且对系统的更改也变得非常容易,只要重新在FPGA 中添加不同的模块就可以了。SRAM 中存储嵌入式系统所用的向量表、数据和程序。Flash 用于在系统掉电的情况下存储程序和数据。

    

    数据通信模块

    

    根据实际情况选择用以太网或GPRS把人脸检测跟踪后的结果发送到主控制站。在有以太网连接的条件下优先选用以太网连接,可以提供较高的传输速率和可靠性,在没有以太网的条件下选用GPRS进行通信。同时,如果用户需要,也可以直接在LCD上显示。

    

    

    

    图1 基于Nios Ⅱ软核的人脸检测系统设计

    

    人脸检测跟踪算法的实现

    

    在实现人脸检测跟踪算法之前,图像的预处理很重要。图像预处理主要有噪声滤除和图像增强,提高图像的质量。本系统采用中值滤波进行噪声滤除。与其它滤波方法相比,中值滤波不仅能有效滤除图像中的孤立噪声点,还能保护边界信息。图像增强技术主要包括直方图修改处理、图像平滑处理和图像锐化处理等。所以,实际的人脸检测系统采用图像增强来消除光照影响。

    

    本系统采用基于肤色和差分帧相结合的方法来确定视频序列中的人脸。这样不但可以排除类似肤色背景的干扰,提高人脸检测的准确性,还可以保证检测与跟踪的实时性。大量实验表明,人脸肤色在YCrCb 空间内的Cr和Cb 值分布在特定的范围之内,Cr 范围为135~156,Cb 的范围为108~123。由此建立人脸肤色聚类模型,即彩色图像的像素B 满足条件:108 ≤Cb ≤123 和135≤Cr≤156,则B 是肤色点。

    

    (1)根据公式

    

    可将图像转化为一个二值图像,其中白色像素点为肤色点,黑色像素点为非肤色点。由于头部与背景的相对运动,差分帧法是运动图像分析的有效方法。它检测图像序列相邻两帧之间的变化,即直接比较两帧图像对应像素点的灰度值。帧与帧之间的变化可用一个二值差分图像表示:

    

    (2)式中的T是阈值

    

    使用Nios II 的定制指令,可以将一个复杂的标准指令序列简化为一个用硬件实现的单一指令,从而简化系统软件设计并加快系统运行速度。在人脸检测跟踪算法中,对图像的处理数据运算量大,循环数目多,而Nios II 的定制指令个数已增加到256个,可以使用定制指令完成许多循环内的数据处理,从而加速数据处理的速度。定制指令逻辑和Nios II 的连接在SoPC Builder 中完成。Nios II CPU 配置向导提供了一个可添加256 条定制指令的图形用户界面,在该界面中导入设计文件,设置定制指令名,并分配定制指令所需的CPU 时钟周期数目。系统生成时,Nios II IDE 为每条用户指令产生一个在系统头文件中定义的宏,可以在C 或C + + 应用程序代码中直接调用这个宏。

    

    结语

    

    本文的人脸检测跟踪系统利用32 位Nios Ⅱ软核处理器在FPGA上完成设计, 减小了系统的体积, 而且在PC上开发的程序可移植到Nios Ⅱ处理器上,实现了片上系统。Nios 是性价比较高的微处理器软核,可以方便地把用户需要的接口和自定义的逻辑加入到系统中。本文介绍的方法体现了SoPC 嵌入式系统的灵活性。因此,这种方法能够有效地缩短开发周期、 同时能够延长产品的生命周期、 可以不断地在原有产品的基础上进行升级设计。

 

转自E代电子

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发表于:2008-5-6 12:30:40
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极品串口源程序

转自CPUBBS

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发表于:2008-5-6 12:28:46
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如何用LV制作用事件响应菜单点击的例子和文档

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感觉不错的东东,拿来和大家分享

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发表于:2008-5-6 12:27:03
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采用声卡做的双通道函数信号发生器

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    采用声卡做的双通道函数信号发生器,可以代替一般的信号基准源了。
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    发表于:2008-5-6 12:02:49
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    没有PLC硬件怎么知道LV是否连上了OPC服务器?

    用LV通过OPC跟PLC通讯,但没有硬件,
    请问各位高手,没有PLC硬件怎么知道LV是否连上了OPC服务器?

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