基于ARM和DSP的红外热像下渣检测系统研究与设计

论文摘要

在钢铁制造工业中,高温熔化状态钢水中的钢渣检测问题是一直以来未能很好解决的难题,钢渣是钢铁冶炼过程中的副产品,钢渣本身会直接降低铸坯质量进而影响生产出的钢材质量,另外钢渣也会破坏钢铁连铸生产连续性给钢厂效益带来负面效应。因此连铸过程中钢渣检测是一个具有较大生产实际意义的研究课题。本文以钢包到中间包敞开式浇注过程中,保护浇注后期移除长水口后浇注过程中的钢水下渣检测为研究对象。在调研了国内外下渣检测技术与下渣检测设备的应用情况后,提出了一套将嵌入式技术与红外热像检测技术相结合的钢水下渣检测系统的解决方案,并搭建了系统的原型:硬件系统平台以红外热像探测器为系统的传感器,以ARM7嵌入式微处理器与DSP数字信号处理器为系统运算处理核心;软件系统平台包含基于在ARM7上移植的μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统构建的嵌入式应用程序,以及基于DSP各类支持库的嵌入式应用程序。该下渣检测系统设计方案具有非接触式检测、低成本、系统自成一体、直观显示钢水注液状态、量化钢渣含量等特点,能够协助现场工作人员检测和判断下渣,有效减少连铸过程中钢包到中间包的下渣量。本文首先,介绍了课题研究的背景,明确了研究对象,分析了连铸过程中的钢水下渣问题,调研了现有的连铸过程中钢包到中间包的钢水下渣检测方法:其次,介绍了红外热像技术相关理论和基于红外热像技术检测钢水下渣的原理,阐述了嵌入式系统解决方案的总体构架与设计思路;再次,分别介绍了系统的上、下位机系统的设计与实现,包括对系统电源、存储器等硬件模块的设计,软件部分的设计等,另外重点阐述了上、下位机HPI通信的软硬件设计与调试过程,以及嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ2.83版本在上位机ARM7硬件平台的移植方法;对系统平台原型进行了调试和实验,将HPI通信、上位机系统软件实验结果进行了分析说明;最后,对论文进行总结,并对系统的改进和优化方向进行展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1.引言
• 1.2.论文研究背景
• 1.2.1.连铸工艺与钢水下渣分析
• 1.2.2.下渣检测系统应用对象
• 1.2.3.连铸钢包下渣检测技术
• 1.2.4.下渣检测技术应用情况
• 1.3.论文研究意义与内容
• 1.3.1.研究意义
• 1.3.2.研究内容
• 1.4.论文组织结构
• 第2章 红外热像下渣检测原理
• 2.1.红外辐射基本理论
• 2.1.1.黑体模型与实际红外辐射源
• 2.1.2.基本辐射定律
• 2.2.红外热像钢渣检测原理
• 2.2.1.实际物体红外热辐射
• 2.2.2.红外热像检测下渣原理
• 2.2.3.检测光谱范围与红外热像探测器选型
• 2.3.本章小结
• 第3章 基于红外热像技术嵌入式下渣检测系统方案
• 3.1.嵌入式技术与嵌入式系统开发
• 3.1.1.嵌入式系统结构
• 3.1.2.嵌入式系统开发模式与开发流程
• 3.2.嵌入式钢水下渣检测系统方案
• 3.2.1.系统总体构架方案
• 3.2.2.嵌入式微处理器选型
• 3.2.3.嵌入式操作系统选型
• 3.3.本章小结
• 第4章 DSP下位机系统设计与实现
• 4.1.下位机硬件平台设计与实现
• 4.1.1.下位机硬件平台设计
• 4.1.2.数字视频获取模块
• 4.1.3.FPGA功能模块
• 4.1.4.DSP视频处理模块硬件设计
• 4.2.下位机软件设计与实现
• 4.2.1.下位机系统软件需求分析
• 4.2.2.下位机系统软件总体设计
• 4.2.3.下位机系统软件实现
• 4.3.本章小结
• 第5章 ARM上位机系统设计与实现
• 5.1.上位机硬件平台设计与实现
• 5.1.1.上位机硬件平台设计
• 5.1.2.系统存储器模块
• 5.1.3.人机交互模块
• 5.1.4.JTAG仿真调试模块
• 5.1.5.电源模块
• 5.2.上位机移植μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统
• 5.2.1.μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统结构
• 5.2.2.移植目标处理器
• 5.2.3.S3C44BOX移植μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统
• 5.3.上位机系统软件设计与实现
• 5.3.1.上位机系统软件需求分析
• 5.3.2.上位机系统软件总体设计
• 5.3.3.上位机系统软件实现
• 5.4.上下位机HPI通信模块设计与实现
• 5.4.1.DSP主机接口HPI
• 5.4.2.HPI接口功能
• 5.4.3.HPI通信模块硬件设计
• 5.4.4.HPI通信驱动程序设计与分析
• 5.4.5.ARM与DSP共享RAM结构
• 5.5.本章小结
• 第6章 系统调试与实验结果
• 6.1.系统硬件平台
• 6.2.HPI通讯调试及实验结果分析
• 6.3.上位机系统软件实验结果分析
• 第7章 总结与展望
• 7.1.研究总结
• 7.2.工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间科研成果
• 致谢