广东科学中心比特球展项的控制系统设计与实现

论文摘要

本文所述是为广东科学中心数码世界展区“比特球”展项所做的研究工作。“比特球”展项是以球模型代替图片中像素点的方式为人们阐述数字图象中解析度的概念。展项根据参观者的照片数据,通过对机械装置的操作将大小不同的黑白球依次发落至展示面板的球道上组成参观者的头像。本文主要对“比特球”系统硬件部分设计进行详述,包括数据传输、驱动控制、黑白球分拣等三大模块,并对机械结构和图像处理软件加以简要说明。硬件系统控制核心为4块单片机,采用主从式逻辑结构,包括主单片机1块和从单片机3块,它们在三大模块中功能均不同。数据传输模块是将PC处理后的数据接收下来作为发球的依据,采用了串口(UART)通信技术,包含PC与单片机以及单片机之间的通信,并用一片PLD编写的信道控制器连接于PC和单片机之间解决了多点通信问题。驱动控制模块是对单片机I/O口的控制信号进行电压和电流放大,以驱动机械装置有效工作。同时在放大电路上添加保护机制,采用防浪涌二极管和自恢复保险等器件对电磁阀内部触点加以保护;黑白球分拣电路是将混合在一起的黑白球区分并回收,它主要利用黑白球对红外线反射率不同这一原理进行搭建。包括“有无球”检测和“黑白球”检测两种。本系统在多次调试后的最终方案较最初方案有很大的改进,文章在最后给出了调试过程,遇到的困难和解决办法,并对所有改进方案给出了条件和依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 概述
• 1.1 项目介绍
• 1.2 相关概念和原理
• 1.3 展项要求
• 2 系统总体方案
• 2.1 系统结构
• 2.2 图像分辨率及球的选择
• 3 机械结构
• 3.1 发球模块
• 3.2 显示模块
• 3.3 分拣模块
• 3.4 提升模块
• 4 硬件控制系统设计
• 4.1 通信电路设计
• 4.2 驱动电路设计
• 4.3 分球检测电路设计
• 4.4 硬件系统程序设计
• 5 比特球图像处理软件
• 6 调试情况与总结
• 6.1 分球速度
• 6.2 发球速度
• 6.3 发球方式
• 6.4 噪音
• 6.5 最终效果
• 致谢
• 参考文献
• 附录