基于图像处理的石英晶体片分选系统

　　分选机构单元由步进电机、检测盘、分选盘和电磁铁组成。检测盘和分选盘安装在步进电机轴上，由步进电机驱动同步旋转。检测盘和分选盘上都均匀分布了8个孔，分选盘底部带有翻盖，并在翻盖上安装有永久磁钢。当检测盘静止时。直振的出口对准检测盘上的一个孔，石英晶体片可以落入检测盘。同时检测盘上的下一个孔位与光学显微镜头相对应。分选盘静止位置下安装有电磁铁。电磁铁通电后翻盖打开，使该孔内的石英晶体片落入料盒内。

　　图像采集单元由光学显微镜、CCD摄像头和高分辨率图像捕捉卡组成。图像捕捉卡安装在电脑主机中。通过调节光学显微镜的焦距和放大倍数，可以获得满意的图像。CCD摄像头实现图像的光电转换，图像捕捉卡最终完成计算机成像。

　　控制器单元由单片机和USB通信接口、步进电机驱动电路、电磁铁驱动电路、振动盘输料器控制电路等组成。单片机通过USB通信接口接收控制命令和分类命令，从而控制整个系统的机械动作。

　　图像处理软件是基于Windows操作系统的应用软件，具有人机对话、样本生成、图像数字处理、分类及管理全系统的功能。该软件采用VC++语言编写。

　　以一个石英晶体片的分选过程为例，系统工作原理如下：

　　1) 控制器控制直振起振，一个石英晶体片落人检测盘的孔内。直振上的光电信号反馈到控制器，直振停止。

　　2) 步进电机旋转45°，刚落入检测盘的石英晶体片被送到光学显微镜的镜头下，控制器向电脑主机发出定位完成信号。

　　3) 接收到定位完成信号后，电脑主机上的图像处理软件包首先调用摄像程序，拍摄石英晶体片图像。然后电脑主机再向控制器发出摄像完毕信号，调用图像处理程序，按事先制订的规则分类，并将分类结果发送至控制器。

　　4) 控制器接收到摄像完毕信号后启动步进电机。

　　5) 在步进电机旋转过程中，石英晶体片从检测盘落入分选盘。

　　6) 控制器接收到分类结果后，在步进电机停止时，根据分类结果驱动相应的电磁铁，使翻盖打开，石英晶体片落入相应的容器内。

　　在生产中上述步骤是连续、同步的，由于检测盘的运行速度较慢，图像处理基本上是在检测盘运行过程中进行的。而装入石英晶体片、摄像、卸料等动作是在步进电机的每一次停止中实现的。

　　3 系统硬件电路设计

　　硬件电路包括USB接口器件CH375、电磁铁驱动桥路、直振光电信号比较器、单片机P89LPC932以及步进电机驱动器等。

　　步进电机驱动器与步进电机配套使用，本系统选用的驱动器旋转方向可以一次设定，不再更改。驱动信号为脉冲串，脉冲数决定了旋转角度，脉冲频率决定了旋转速率。脉冲输入使得单片机与驱动器的连接非常简单，本系统中单片机的T2定时器设置成自动重装载时间常数的定时器，用以控制脉冲频率。将P1.0设置成自动装载脉冲输出并与T0连接，T0设置成计数器方式，装入输出脉冲数，当其中的计数减为0时，停止P1.0的脉冲输出。

　　电磁铁驱动桥路如图2所示。分选盘的翻盖上镶嵌一个永久磁钢，翻盖本身是靠弹簧施压关闭的。给电磁铁通电使其产生与磁钢相反的磁性，就可打开翻盖。再给电磁铁反向通电，使其产生与磁钢相同的磁性，加快翻盖关闭速度。电磁铁驱动电路采用全桥结构，线圈接在两个桥臂的中点上。当两个输入端中的任意一个为高电平时，使一个桥臂的上半部分和另一个桥臂的下半部分导通，电磁铁动作。当输入端都是低电平时，桥路不关断，电磁铁不动作。

　　控制器与电脑主机的通讯是通过CH375 USB接口电路实现的。为了提高生产效率，希望尽可能提高控制器与电脑主机通讯的实时性，考虑到传输的数据量并不大，采用USB通讯的响应速度可以满足要求。单片机的中断输入INT0接收CH375的INT信号，P1.1输出连接CH375的A0，选择数据／命令方式。T1设置为定时器模式，用于控制电磁铁的导通时间。

　　控制器的中断源分配为：INT0：USB口中断；INT1：直振光电信号；T0：计数器方式，驱动步进电机的脉冲计数；T1：定时器方式，电磁铁导通时间定时。

　　4 控制器软件设计

　　进行控制器软件设计时，考虑到有4个中断源，因此将一些耗时较长的复杂计算、判断等放在主循环程序中。程序采用C51编写、调试，INT0中断(CH375)函数流程如图3所示，T1、T0中断函数流程分别如图4、图5所示。