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基于模糊聚类的色选机上位软件系统研究与设计

李敏慧  
【摘要】:上位软件系统的主要功能是当色选机启动之后,用于采集色选机当前状态信息,并根据用户要求通过参数设置的方式控制色选机的实际工作。论文根据实际需求,在完成系统分析的基础上,研究并设计了关键算法与主要系统模块,并进行了软件调试。首先,本文利用工业彩色线阵CCD相机和上位机完成图像采集,得到图像颜色RGB颜色分量及其两两差值组合,建立了六维颜色特征矩阵,为了提高算法的效率,对待分选物料图像进行预处理,应用均值滤波法结合动态区域划分对采集到的颗粒物料图像进行均值滤波,实现特征矩阵数据量化简,为后面实时色选算法的研究与设计提供必要的前提条件。采用聚类分析的方法根据图像内部特征将数据分类,得到了最优分类矩阵、不合格物料类及其相应位置,引入包裹模型和一致性度量对颜色特征进行选择,有效消除无关和冗余特征,结合模式识别理论建立了颗粒物料的预选理论模型,使系统具备基于模糊聚类的分选阈值参数的动态调整的能力。根据采集的样图,计算出最优特征子集及其分选阈值参数,设计并编写了对应的实时色选算法代码,验证所建立的色选算法是可靠有效的,可以用来控制分选。其次,结合上下位机通讯实际传输的数据类型和数据量的需求对色选机系统设计进行了讨论,对CAN总线结构组成及基本概念做出阐述,分析大数据量图像传输对顺序性和准确性的需求,基于扩展帧格式对仲裁域标识符和数据域定义了协议的主要参数与功能,即优先级、X坐标、源地址、目标地址、功能号和数据格式,研究并设计了基于CAN总线的图像传输的算法和上下位机通讯方案,实现了大数据量的图像的可靠传输。试验研究了算法的时间传输性能,取得了良好的效果,满足预期使用要求,为后续的软件系统设计提供了有效的通讯方案支持。然后,围绕上位系统的实际需求进行了系统分析、界面设计与操作流程设计,设计并实现了六个主要系统模块,系统采用可视化界面,即喷吹设置与测试、清洁设置、相机设置、背景设置、预选与色选设置、模式存储和用户管理,具备人机交互功能,使色选的效率提升、准确度提高,达到上位软件对色选机的统一控制的目的,其中预选功能降低了下位系统的工作量,实现软件系统在提高工作效率和分选准确性方面的应用。最后,采用调试的方法对上位软件的图像传输算法进行分析,上位软件发送请求数据命令,将下位机的SDRAM中写入的数据经由CAN总线传输至上位机,并以图像的方式在上位软件上显示,接着上位软件向下发送该图像,下位机接收并写入SDRAM,试验结果验证了图像传输算法及本文设计的上位软件读写的准确性。目前系统的各项功能及有关参数已在实验室环境下测试完毕,上位软件系统性能已基本达到设计目标与应用要求。


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