时间：2022-07-22 14:44:32
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇检测系统设计论文，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
检测系统由数据采集端、嵌入式网关远程发送端以及检测管理中心三部分组成。首先，传感器通过ZigBee协议发送所采集的植物生理参数信息到网关中的协调器节点，协调器将数据通过RS—232串口发送到基于ARM9的CDMADTU嵌入式模块，CDMADTU模块对数据进行处理后通过CDMA2000网络和Internet网络将数据发送到由PC构建的Web服务器，发送到服务器的优点是数据易存储易查询。最后，检测中心还能通过基于LabVIEW编写的上位机软件根据已知的数据分析出植物的生理生长状况，并设计了一种根据蒸腾速率和叶绿素含量等参数的自动报警界面，从而可以更精确地判断和控制植物的长势和各项经济指标。
2系统硬件设计
2．1数据采集节点硬件设计
数据采集节点组要负责采集植物的各项生理参数(茎秆与果实直径、叶绿素含量、植物茎流等)和无线发送采集到的数据。无线收发芯片选用TI公司推出的CC2530作为ZigBee网络的射频收发送模块。CC2530是应用于ZigBee网络的真正片上系统(SOC)解决方案，包括一个高性能的2．4GHz射频收发器，内含一个高性能、低功耗的增强型8051内核和一个8通道12位A/D转换器。CC2530较以往常用的CC2430芯片具有灵敏度更高、功耗更小、通信距离更远等优点，因此，满足无线传感器及其网络对高性能、低成本、低功耗的要求。本设计中需要测量的茎秆直径采用基于LVDT的植物茎秆传感器，叶绿素含量测量采用基于透射型活体叶绿素传感器，植物茎流测量采用基于热平衡法传感器，这些传感器的输出均为模拟信号，在传感器部分对输出信号进行调理就能够直接与CC2530芯片连接。
2．2嵌入式网关硬件设计
嵌入式网关主要负责对接收的数据进行处理与存储，并实现ZigBee协议与TCP/IP协议之间的转换，从而将数据发送到远程检测系统。嵌入式网关主要由协调器和基于AM9的CDMADTU模块组成，CDMADTU模块包括AM9微处理器和DTU发送模块。本设计的CDMADTU选用CDMA2000通信模块，该模块采用AM9高性能工业级嵌入式处理器，供电范围宽(5～32VDC)，数据传输速度高，系统稳定可靠。在使用CDMADTU之前需要做两步准备:一是因为本设计采用动态IP链接Internet网络与Web服务器，因此，要申请域名，申请域名解析服务后可以通过域名自动建立通信。接入CDMA网络前，需要向电信公司申请SIM卡，SIM卡可为CDMADTU提供链接Internet网络服务。二是使用前需要用终端软件或AT命令对参数设置，以决定进入网络透明数据传输模式的工作方式。
2．3锂电池供电模块设计
植物生理检测系统的实际应用环境很复杂，电源供给很难保障，因此，本设计中采用3．6V锂电池供电。但植物生理检测系统中传感器模块、CC2530等模块需要不同的电源供给，因此，本设计采用DC-DC芯片NCP500SN33G获得稳定的3．3V，该电压适用于SOC工作电压。采用TPS61040将3．6V自举到适用于各类传感器工作的12V电压。其电路图分别如图4、图5所示。
3系统软件设计
3．1数据采集节点软件设计
采集端传感器节点主要负责采集植物各项生理信息并组网将数据发送给嵌入式网关。本设计采用IAR集成开发环境自底向上构建ZigBee网络。为了节省电量，采用的传感器节点一般处于低功耗模式，直到收到上位机命令后才将对应的检测数据上传到网关。为了提高效率，上位机可设置每隔一段时间后对传感器发送上传数据命令。另外，还采用了中值平均滤波算法来消除个别传感器系统内部的随机干扰，提高了传感器的测量精度。
3．2嵌入式网关软件设计
嵌入式网关的软件设计是建立在Linuxredhatlinux操作系统上的，该操作系统具有多任务操作进程、支持硬件广泛、程序模块化、源代码公开等诸多优点而被广泛使用。使用IAR集成开发环境来建立嵌入式网关和远程检测管理中心的网络连接。
3．3上位机软件设计
系统采用LabVIEW平台编写上位机软件，根据设计要求，将软件分为数据显示模块、数据分析模块、数据存储三大模块。数据显示模块主要是将接收到的数据和分析后的结果显示在上位机的前面板上。数据分析模块主要是根据所要检测植物参数的不同选择合适的分析和处理方法。本系统分析模块实现的功能是:当测量数据在正常范围内时指示灯显示绿色，表示植物长势正常。当某一参数超出或者低于正常范围时，其对应的指示灯显示红色报警。数据存储模块主要是将数据存储到数据库中，由于LabVIEW不能直接访问数据库，因此，采用SQL语言来完成对数据库的访问。
4实验结果与分析
为了对设计的系统性能各方面进行验证，在29℃的温室环境下选择了4株番茄做为测试对象，4株番茄均匀分布于250mm×250mm的测试区域，将协调器放置在温室的中心区域从而组建星型网络结构。每株番茄同时采集茎流、叶绿素含量、番茄果实的直径等生理参数并将参数发送到上位机显示界面，采集间隔为2h，总检测时间为24h。
5结论
系统概述
待检测车辆需要经过检测通道，如图1所示。将红外摄像头放置于通道中间，获得车底部热感应图像。为了获取较广的视角以及较小形变的图像，红外摄像头安放的仰角为40°。由于监控室与检测通道的距离较远，且通道数较多，因此需要通过光端机将所获取的视频传输给监控室控制台PC机。检测软件根据本文提出的检测算法对捕获到的图像进行分析，若判断车辆底部藏人则向系统发出报警信号，以便其通过控制安全杆做出相应拦截措施。视频传输示意图，如图2所示。
软件设计
软件设计采取的基本实现策略是先定位后检测。首先进行运动车辆检测，其次根据车辆的自身特征，定位可疑目标在车辆底部可能的藏匿部位。当区域定位完成后，对该区域进行感兴趣区域（RegionOfInterest，ROI）的选取。最后对ROI进行检测，判断是否藏人。检测系统流程图如图3所示。通过对车辆的扫描检测过程，查出藏匿于车底的可疑目标，实现自动检测。
1图像去噪
图像去噪是图像预处理的一个环节，也是整个图像预处理中的关键一步。在对运动车辆定位的过程中，针对车辆与环境对比度大、信息丰富，受噪声影响较小等特点，只需对图像采用常规的均值滤波进行处理。而在检测目标时，为了在去除噪声的同时，最大程度的保存目标的边缘信息，采用了基于开关控制的组合滤波。滤波器的基本思路是将图像划分为三类区域：孤立噪声点区、平坦区和边缘信息区。其主要处理原则为：孤立噪声点区的灰度与其邻域往往有较大的差异，可按照椒盐噪声进行处理，选用中值滤波器；平坦区往往包含高斯噪声，可采用加权均值滤波器加以消除；边缘信息区包含了图像的细节信息，应作为保留区域不做处理。将处理后的三个区域加以合成，即得到了去噪后的图像。
滤波器性能的关键在于分类开关的设计，借用顺序统计滤波的思路，将滤波器设计成N×N的掩模算子，N为奇数，使该掩模在整个图像上滑动，对它所覆盖的图像中的像素点xi进行排序，得到序列x（1），x（2）……x（N^2），利用排序结果设计下面的分类规则：a、b为排序后的位置偏移量，Ta和Tb为阈值。基于开关控制的组合滤波算法就包括这么几个步骤：（1）对掩模覆盖的图像像素点进行排序；（2）利用分类规则进行三个区域划分；（3）对孤立噪声点区进行中值滤波，对平坦区进行均值滤波；（4）将处理后的区域合成，得到去噪图像。
2车辆检测及目标区域的定位
2.1运动车辆检测
对于实时性要求较高的场合，运动目标的检测一般用背景差分法和帧间差分法。背景差分法是利用序列中当前帧图像与背景图像的差分来消除背景、提取运动目标区域的一种技术。背景差分法可根据实际情况设定差分阈值，所得到的结果直接反映了运动目标的大小、形状和位置，可以得到比较精确的运动目标信息，但该方法应用于红外目标检测时易受环境温度、天气等外界条件变化的影响。帧间差分法是利用视频序列中连续的两帧或多帧图像的差异来检测和提取运动目标。该方法对场景的变化不太敏感，适用于动态环境，稳定性好。不足之处是：1）无法抽取完整的运动目标，仅能得到运动目标的边界；2）运动目标提取效果依赖于帧间时间间隔的合理选择。本文针对待检测目标所处背景在短时间内为静态背景，而较长时间内背景会发生动态变化的特点，并结合两种方法的优点，设计出改进的背景差分法。算法原理图如下：其中F(K)为当前帧，B为通过隔帧帧差法求得的当前背景图像，D为差分结果图，R为二值化图像。
该算法继承了帧间差分法对场景变化不太敏感的优点，能准确更新背景差分法所需要的当前背景图，进而提取出完整的运动目标。下面是采用基本背景差分法和改进后背景差分法，在不同时候背景更新保存的背景图片。基本背景差分法在系统长时间运行之后，会出现背景更新出错，检测流程紊乱，从而产生检测系统失效现象。而采用改进的背景差分法，即使是经过长时间运行，系统也能确保背景更新的准确。
2.2目标区域定位
由于运动车辆特性已知，在其运动的过程中，可以通过对目标局部图像进行特征提取，定位可疑区域。目标的一般特征包括点、边缘、区域和轮廓。点特征对图像的分辨率、旋转、平移、光照变化等有很好的适应性，常用的点特征描述算子如SIFT、SURF等都具有很高的精度，但这些算法复杂度高，难以满足实时检测的要求，并且红外图像特征点往往较少，采用点描述算子并不能达到令人满意的效果。因此本文根据实际目标的特性，采用了对线、面特征进行描述的方法来标注运动车辆。运动的车辆受车底传动抽、燃烧室以及空间限制，目标一般躲藏于车厢后轮位置。
为了准确定位目标区域，目标区域进入视场之前的运动车辆局部特征需要重点描述。车厢底部进入摄像头视场时如图6(a)所示。为了提取车辆的直线特征，需要对车底图像进行边缘提取。常见的边缘检测算子有：Laplace、Sobel以及Canny等。由于Laplace算子常常会产生双边界，而Sobel算子又往往会形成不闭合区域，对后面直线检测都会产生不利的影响。
Canny算子克服了上述算子的缺陷，能够尽可能多的标识出图像中的实际边缘，并且能够将较小的间断点进行连接，因此能够形成较为完整的边界线。Canny算子是最优的阶梯型边缘检测算法，本文采用选用Canny算子进行图像的边缘检测。边缘检测结果如图6(b)所示，较为明显且具有特征不变性的为直线边缘。当可能藏人的区域进入摄像头视场时，车底图像的直线特征随之消失（如图6(c)），因此可以利用图像的直线特征来定位后轮检测区域。Hough变换检测直线是较为理想的直线检测方法，由PaulHough于1962年提出。经过Hough变换后，根据已知的目标直线位置、角度、长度，选取符合条件的直线。图6(b)、(c)中白色粗线为所检测出的目标直线。
受环境因素的影响，车底直线特征可能并不明显，因此单一的直线特征提取难以满足检测精度要求，如图7所示情况。实验发现车底面特征不易受到周围环境、温度的影响，因此可以进行面特征提取。选定区域为图6(b)中虚线框内，满足要求的特征为梯度小于一定阈值，即具有平滑特征，判断方法是计数虚线框内边缘点数，判断其是否小于给定阈值。采用Sobel内核计算图像差分其中src为输入图像，dst为输出图像，xorder为x方向的差分阶数，yorder为y方向的差分阶数。
由于当车底藏人时，其进入摄像头视场会阻断车底原有的平滑特征如图6(d)，因此当平滑特征消失时，这时判断是否符合定位位置特征，若符合即可进行定位检测；若车底没有藏人时，车底平滑特征会持续到车尾部位才结束，这时只需判断到达车尾就可以结束检测流程。
实验表明，基于这种车箱底部中间区域光滑特征去定位检测对环境适应能力强，而基于两侧直线特征定位的方法又能够比较准确的定位到目标区域。综合上述两种思路，设计出的定位流程如下图8所示：应用中是否满足直线以及平滑特征是通过检测连续多帧图像来实现的，这样可以尽量减少偶然因素导致的定位失败。
3藏人的检测
3.1基于高亮度特征的ROI的选取
如图9为定位之后的待检测目标图。为了排除车底本身热源的干扰（如车轮）缩小检测范围，必须对原图进行ROI的选取。行进过程中的车轮一般在红外图像中会呈现高亮度特征。基于此特征，从图片左右两侧分别搜索列像素平均灰度值最高的部分（最可能为车轮内钢圈），加上一定偏移量即可求出ROI左边界位置（PositionofLeft，PL）。ROI下边界线也采用同样的方法，上边界采用默认值。当车轮不明显时采用默认感兴趣区域即可下面图9为采用固定ROI选取和基于高亮度特征的ROI提取结果对比。实验表明，这种基于具体特征的感兴趣区域提取方法，对于车轮出现的偏差具有良好的适应性，即使车辆行驶时发生较大的偏移也能做出正确的ROI选取。
3.2目标的检测
对于已知形状、外貌以及姿态等特征目标检测采用特征匹配、直方图反向投影等方法都能取得较为理想的效果。但对于躲藏姿势未知并且本身形状较为模糊的红外目标，采用匹配的方式效果并不明显。
红外目标与目标区域的周围存在一定的灰度差异，改变了原有区域梯度小、较为平滑的特征。针对这种改变采用评价函数f(x,y)对目标区域进行评估，若达到一定的阈值，即可预判车底藏人。评价函数依据不同区域可疑信息权重不一样而选定(ROI内中间部位权重较高、四周权重较低)，表示如下其中T为警戒阈值，Warnflag为预警标志。具体检测步骤如下：
1)对原图的感兴趣区域进行组合滤波处理；
2)对感兴趣区域进行边缘梯度检测(图10)；
3)采用评价函数对目标区域进行评分并判断是否超过给定阈值；
4)重复步骤1-3，若连续三帧超出阈值则发出报警指令，否则表示无人。对应的报警截图如图11所示
实验结果
为了验证系统工作的稳定性以及算法的可靠性，在不同的货检口岸、时间段、天气条件进行了多次实验。测试结果如下。结果表明，在不同月份检测误报率十分低，漏报率也能满足相应指标。设计出的车底藏人自动检测系统有很高的实用价值，达到了预期的目标，说明了这套检测系统的可靠性和准确性。软件界面如图12所示。
关键词：健康监测监测系统监测项目桥梁
20世纪桥梁工程领域的成就不仅体现在预应力技术的发展和大跨度索支承桥梁的建造以及对超大跨度桥梁的探索，而且反映于人们对桥梁结构实施智能控制和智能监测的设想与努力。近20年来桥梁抗风、抗震领域的研究成果以及新材料新工艺的开发推动了大距度桥梁的发展；同时，随着人们对大型重要桥梁安全性、耐久性与正常使用功能的日渐关注，桥梁健康监测的研究与监测系统的开发应运而生。由于桥梁监测数据可以为验证结构分析模型、计算假定和设计方法提供反馈信息，并可用于深入研究大跨度桥梁结构及其环境中的未知或不确定性问题，因此，桥梁设计理论的验证以及对桥梁结构和结构环境未知问题的调查与研究扩充了桥梁健康监测的内涵。本文结合近十年来桥梁健康监测的研究状况以及大跨度桥梁工程的研究与发展，较系统地阐述桥梁健康监测的内涵，并由此探讨监测系统设计的有关问题。
一、桥梁健康监测系统与理论发展简况
1．监测系统
80年代中后期开始建立各种规模的桥梁健康监测系统。例如，英国在总长522m的三跨变高度连续钢箱梁桥Foyle桥上布设传感器，监测大桥运营阶段在车辆与风载作用下主梁的振动、挠度和应变等响应，同时监测环境风和结构温度场。该系统是最早安装的较为完整的监测系统之一，它实现了实时监测、实时分析和数据网络共享。建立健康监测系统的典型桥梁还有挪威的Skarnsundet斜拉桥（主跨530m）［2］、美国主跨440m的SunshineSkywayBridge斜拉桥、丹麦主跨1624m的GreatBeltEast悬索桥［3］、英国主跨194m的Flintshire独塔斜拉桥[4]以及加拿大的ConfederatiotBridge桥[5]。我国自90年代起也在一些大型重要桥梁上建立了不同规模的结构监测系统，如香港的青马大桥、汲水门大桥和汀九大桥，内地的上海徐浦大桥以及江阴长江大桥等[6~8]。
从已经建立的监测系统的监测目标、功能以及系统运行等方面看，这些监测系统具有以下一些共同特点：
（1）通常测量结构各种响应的传感装置获取反映结构行为的各种记录；
（2）除监测结构本身的状态和行为以外，还强度对结构环境条件（如风、车辆荷载等）的监测和记录分析；同时，试图通过桥梁在正常车辆与风载下的动力响应来建立结构的"指纹"，并藉此开发实时的结构整体性与安全性评估技术；
（3）在通车运营后连续或间断地监测结构状态，力求获取的大桥结构信息连续而完整。某些桥梁监测传感器在桥梁施工阶段即开始工作并用于监控施工质量；
（4）监测系统具有快速大容量的信息采集、通讯与处理能力，并实现数据的网络共享。
这些特点使得大跨度桥梁健康监测区别于传统的桥梁检测过程。另外需要指出的是，桥梁健康监测的对象已不再局限于结构本身：一些重要辅助设施的工作状态也已纳入长期监测的范围（如斜拉索振动控制装置[4]等）。
2．理论研究
十多年来，桥梁健康监测理论的研究主要集中于结构整体性评估和损伤识别。由于基于振动信息的整体性评估技术在航天、机械等领域的深入研究和运用，这类技术被用于土木结构中除无损检测技术以外的最重要的整体性评估方法并得到广泛的研究【1，7，9～11】。人们致力于基于振动测量值的整体性评估方法研究的另一个原因是，结构振动信息可以在桥梁运营过程中利用环境振动法获得，因此这一方法具有实时监测的潜力。
结构整体性评估方法可以归结为模式识别法、系统识别法以及神经网络方法三大类【1】。结构模态参数常被用作结构的指纹特征，也是系统识别方法和神经网络法的主要输入信息。另外，基于结构应变模态、应变曲率以及其他静力响应的评估方法也在不同程度上显示了各自的检伤能力[10]。然而，尽管某些整体性评估技术已在一些简单结构上有成功的例子，但还不能可靠地应用于复杂结构。阻碍这一技术进入实用的原因主要包括：①结构与环境中的不确定性和非结构因素影响；②测量信息不完备；③测量精度不足和测量信号噪声；④桥梁结构赘余度大并且测量信号对结构局部损伤不敏感。
另外，从评估方法上，目前对大跨度桥梁的安全评估基本上仍然沿袭常规中小桥梁的定级评估方法，是一种主要围绕结构的外观状态和正常使用性能进行的定性、粗浅的安全评价。
二、桥梁健康监测新概念
桥梁健康监测的基本内涵即是通过对桥梁结构状态的监控与评估，为大桥在特殊气候、交通条件下或桥梁运营状况严重异常时触发预警信号，为桥梁维护潍修与管理决策提供依据和指导。为此，监测系统对以下几个方面进行监控：
·桥梁结构在正常环境与交通条件下运营的物理与力学状态；
·桥梁重要非结构构件（加支座）和附属设施（如振动控制元件）的工作状态；
·结构构件耐久性；
·大桥所处环境条件；等等。
与传统的检测技术不同，大型桥梁健康监测不仅要求在测试上具有快速大容量的信息采集与通讯能力，而且力求对结构整体行为的实时监控和对结构状态的智能化评估。
然而，桥梁结构健康监测不仅仅只是为了结构状态监控与评估。由于大型桥梁（尤其是斜拉桥、悬索桥）的力学和结构特点以及所处的特定环境，在大桥设计阶段完全掌握和预测结构的力学特性和行为是非常困难的。大跨度索交承桥梁的设计依赖于理论分析并过风洞、振动台模拟试验预测桥梁的动力性能并验证其动力安全性。然而，结构理论分析常基于理想化的有限元离散模型，并且分析时常以很多假定条件为前提。在进行风洞或振动台试验时对大桥的风环境和地面运动的模拟也可能与真实桥位的环境不全相符。因此，通过桥梁健康监测所获得的实际结构的动静力行为来验证大桥的理论模型、计算假定具有重要的意义。事实上，国外一些重要桥梁在建立健康监测系统时都强调利用监测信息验证结构的设计。
桥梁健康监测信息反馈于结构设计的更深远的意义在于，结构设计方法与相应的规范标准等可能得以改进；并且，对桥梁在各种交通条件和自然环境下的真实行为的理解以及对环境荷载的合理建模是将来实现桥?quot;虚拟设计"的基础。
还应看到，桥梁健康监测带来的将不仅是监测系统和对某特定桥梁设计的反思，它还可能并应该成为桥梁研究的"现场实验室"。尽管桥梁抗风、抗震领域的研究成果以及新材料新工艺的出现不断推动着桥梁的发展，但是，大跨度桥梁的设计中还存在很多未知和假定，超大跨度桥梁的设计也有许多问题需要研究。同时，桥梁结构控制与健康评估技术的深入研究与开发也需要结构现场试验与调查。桥梁健康监测为桥梁工程中的未知问题和超大跨度桥梁的研究提供了新的契机。由运营中的桥梁结构及其环境所获得的信息不仅是理论研究和实验室调查的补充，而且可以提供有关结构行为与环境规律的最真实的信息。另外，桥梁振动控制与健康评估技术的开发与应用性也需要现场试验与调查。
综上所述，大型桥梁健康监测不只是传统的桥梁检测加结构评估新技术，而是被赋予了结构监控与评估、设计验证和研究与发展三方面的意义。
三、健康监测系统设计
1．监测系统设计准则
两座大型桥梁健康监测系统的测点布置情况可以看出，两个监测系统的监测项目与规模存在很大差异。这种差异除了桥型和桥位环境因素外，主要是因为对各监测系统的投资额和（或）建立各个系统的目的（或者说是对系统的功能要求）不同。因此，桥梁监测系统的设计实际上有意或无意地遵循着某些准则。
显然，监测系统的设计应该首先考虑建立该系统的目的和功能。上节所述的桥梁健康监测三方面的意义也正是桥梁健康监测的目的和功能所在。对于特定的桥梁，建立健康监测系统的目的可以是桥梁监控与评估，或是设计验证，甚至以研究发展为目的；也可以是三者之二甚至全部。一旦建立系统的目的确定，系统的监测项目就可以基本上确定。另外，监测系统中各监测项目的规模以及所采用的传感仪器和通信设备等的确定需要考虑投资的限度。因此在设计监测系统时必须对监测系统方案进行成本一效益分析。成本-效益分析是建立高效、合理的监测系统的前提。
根据功能要求和成本一效益分析可以将监测项目和测点数设计到所需的范围，可以最优化地选择并安装系统硬件设施。因此，功能要求和效益-成本分析是设计桥梁健康监测系统的两大准则。
2．监测项目
不同的功能目标所要求的监测项目不尽相同。绝大多数大跨度桥梁监测系统的监测项目都是从结构监控与评估出发的，个别也兼顾结构设计验证甚至部分监测项目以桥梁问题的研究为目的[5]。文献［12］通过对国内多座运营中的斜拉桥进行大量病害调查与检测分析，提出了用于斜拉桥状态监控与评估的颇具代表性的监测项目。
如果监测系统考虑具有结构设计验证的功能，那就要获得较多结构系统识别所须要的信息。因此，对于大跨度余支承桥梁，须要较多的传感器布置于桥塔、加劲梁以及缆索/拉索各部位，以获得较为详细的结构动力行为并验证结构设计时的动力分析模型和响应预测。另外，在支座、挡块以及某些连结部位须安设传感器拾取反映其传力、约束状况等的信息。
目前，某些监测系统以开发结构整体性与安全性评估技术为目的之一。结合桥梁问题研究的监测系统虽不多见，但有些系统也有监测项目是专为研究服务的。与理论研究相关的监测项目可以根据待研究问题的性质来确定。从目前桥梁工程的发展状况看，以下几方面的问题可以借助桥梁健康监测进行深入研究或论证。
·抗风方面：包括风场特性观测、结构在自然风场中的行为以及抗风稳定性。
·抗震方面：包括研究各种场地地面运动的空间与时间变化、土-结构相互作用、行波效应、多点激励对结构响应的影响等。通过对墩顶与墩底应变、变形及加速度的监测建立恢复力模型对桥梁的抗震分析具有重要的意义。
·结构整体行为方面：包括研究结构在强风、强地面运动下的非线性特性，桥址处环境条件变化对结构动力特性、静力状态（内力分布、变形）的影响等。这对于发展基于监测数据的整体性评估方法非常重要。
·结构局部问题：例如边界、联接条件，钢梁焊缝疲劳及其他疲劳问题，结合梁结合面（包括剪力键）的破坏机制，等等。索支承桥梁缆（拉）索和吊杆的振动与减振、局部损伤机制等也值得进一步观察研究。
·耐久性问题：桥梁结构中的耐久性问题尚有许多问题须要深入研究。缆（拉）索与吊杆的腐蚀、锈蚀问题尤须重视。
·基础：大直径桩的采用也带来一些设计问题，直接套用原先用于中等直径桩的计算方法不很合理。借助大型桥梁监测系统调查大直径桩的变形规律、研究桩的承载力问题，也是设计部门的需要。
四、小结
（1）桥梁结构健康监测不只是传统的桥梁检测技术的简单改进，而是运用现代传感与通信技术，实时监测桥梁运营阶段在各种环境条件下的结构响应与行为，获取反映结构状况和环境因素的各种信息，由此分析结构健康状态、评估结构的可靠性，为桥梁的管理与维护决策提供科学依据。同时，大型桥梁结构健康监测对于验证与改进结构设计理论与方法、开发与实现各种结构控制技术以及深入研究大型桥梁结构的未知问题具有重要意义。因此，健康监测为桥梁工程的发展开辟了新的空间。
（2）大型桥梁健康监测三方面的意义反映了从事桥梁维护管理、设计咨询和理论研究不同领域人员所关注的问题。监测系统的设计应以功能要求和效益－成本分析为基本准则。此外，监测系统的设计应该通过布点优化分析，并且考虑到系统实施中的非常重要的通信问题。
在评测标准上，本院《放射产品使用规则》规定放射防护产品应采取目检、触检以及X透视检测三个步骤进行检测。首先，观察放射防护产品是否存在表面污迹或破损，是否完好。如果有破损，及时登记并反馈所属科室或厂家进行处理。其次，通过触摸来检测其是否有缠结或松软，并进行拉力测试，以检测其韧性是否达标。最后，通过管电压为85kV的数字胃肠机快速透视放射防护产品，观察内部的铅层是否出现裂缝或缠结。裂缝根据长度和宽度分为小裂缝、中裂缝和大裂缝三个等级:宽度小于1mm且长度小于20mm的裂缝为小裂缝;宽度大于1mm且小于3mm，长度小于50mm的裂缝为中裂缝;宽度大于3mm或长度大于50mm的裂缝为大裂缝。图1显示铅衣在双肩部产生了大面积的破损，铅层产生了断裂和缺失，在破损缺失部分该铅衣已经无法起到应有的防护作用，且由于材质的问题无法进行补救，此类放射防护产品为严重破损，应该进行报废处理。
的深黑色贯穿线为产品缠结，铅衣缠结并不会造成防护作用的下降，但缠结的存在导致缠结部分的承受力增加，导致铅层产生裂缝的几率大大增加，因而缠结也是放射防护产品检测中的重要检测项，主要是靠触摸是否有硬结以及通过X射线透视检测是否有铅层缠结来评定。在最终结果的评定上，应通过裂缝大小、裂缝位置以及是否有污渍、破损以及缠结进行综合评定，再根据评定结果对放射防护产品进行下述处理:如果出现小裂缝，且位置处于尼龙搭扣重叠区或者非辐射直接照射区域(例如腋下等)，则可认为产品防护能力基本完好，可以继续使用，但需要对出现小裂缝的放射防护产品进行备案，记录折损位置并通知所属科室。如果出现中裂缝或者在辐射直接照射区域出现小裂缝，则需要与生产厂家联络对受损铅衣进行修补，对修补后的放射防护产品进行记录、备案，再次检测通过后方能使用。如果产品出现大裂缝或者大规模破损并且难以修补，则判定该产品已经丧失了防护能力，检测评定结果为不合格，该放射防护产品不得继续使用。
2结果
我部门于2014年7月对全院222件放射防护产品进行了检测，其中涉及到骨密度室、内镜中心、麻醉手术部、PET中心、ECT室、放射科、心血管介入中心以及放射介入中心8个科室，其中包括铅衣59件，铅上衣41件，铅围裙51件，铅围脖69件，铅眼镜2件。在所检测的222件防护产品中，其中有189件合格产品，占总比例的85.1%，有11件不合格产品，占总比例的5%，有22件待处理的产品，占总比例的9.9%，这些待处理的产品中，大多数有微小的破损，需要厂家进行进一步的检测来确定其是否能继续使用、是否需要进行修补后使用等。
(1)产品类型与检验结果之间的关系。我们对每种铅系列防护产品进行了分析，根据总体的统计结果来判断得到的折损率是否具有统计学意义，并分析在铅系列产品中折损更容易产生在哪种产品上，并初步分析其产生原因，分析的统计学结果如下:铅眼镜的合格率达到100%，铅围脖的合格率为95.7%，铅上衣的合格率为85.4%，均高于总体检测合格率，而铅围裙和铅衣的合格率分别只有76.5%和79.7%。放射防护产品的透视检查发现铅层裂缝的位置多出现在尼龙搭扣的缝合处、肩膀处以及下装部分的裙摆处，这些部位的共同的特点是在穿戴时都会经常受力或者发生折叠。可以初步推断，铅系列防护产品折损率的高低与该产品是否经常受力和弯曲折叠有关。
(2)产品所属科室与检测结果之间的关系。为了观察不同科室放射防护产品保存与使用的情况，我们对数据中的科室与合格率进行了统计学处理，结果表明，放射介入中心的合格率仅为57.1%，放射科与ECT室的合格率分别为72.2%和75%，均低于总体检测合格率。骨密度室、麻醉手术部、心血管介入中心等科室产品合格率较高。结合各个使用科室的实际情况，分析放射防护产品折损的原因如下:首先，在客观条件上，各个科室所用的放射防护产品的使用时间的长短会影响检测合格率。如ECT室、放射介入中心的铅衣已经使用了两年以上，而心血管介入中心的部分防护产品为今年购入的产品，因而产品使用的时间会影响检测合格率。其次，放射防护产品的使用频率是影响铅系列产品折损率不同的主要原因。麻醉手术部、心血管介入中心、放射介入中心以及放射科的放射防护产品使用率较高，尤其是涉及放射防护产品进行手术的部门，在术中的行动往往导致放射防护产品反复弯曲折叠，而弯曲折叠是产生裂缝的主要原因，因而相比其他部门的放射防护产品有较高的折损率。最后，放射工作人员和患者及陪护人员的防护意识低、不了解放射防护产品的正确使用与存放方法也是影响防护产品检测合格率的原因之一。
(3)缠结、外观破损和污渍与产品类型之间的关系。缠结、破损和污渍也是产品是否完好的评定因素，这三种因素的存在会对铅系列产品造成一定的影响。在统计结果中，缠结、破损和污渍与产品是否合格之间没有统计学意义。外观破损虽然不会直接的导致铅系列产品屏蔽能力的下降，但是会使裂缝、断裂等因素出现的可能性大大增加。缠结区域的屏蔽能力要强于周边，但缠结会导致该区域裂缝产生的几率大大增加，从而会间接影响铅系列产品的使用寿命。另外，检测过程中发现9.5%的放射防护产品表面存在污渍，这些血渍或汗渍不能随意用酒精清洗消毒，清洁起来比较不方便，但定期的清理消毒是必要的。
3讨论
放射防护产品作为需要在X射线、γ射线下工作的医护人员的一道重要防线，其完好程度直接关系到医护人员的人身安全。在本次放射防护产品检测中，我们使用数字胃肠机对每件防护产品进行了细致的透视检查，检测的总体合格率为85.1%，总体来说，各个科室中正在使用的铅上衣、铅围裙、铅围脖、铅眼镜、连体铅衣基本符合防护要求。有瑕疵的防护产品裂缝位置大多处于衣料缝合处及缠结处:衣料缝合处的裂缝沿着衣料缝合时产生的孔洞延伸，一般为单一裂缝，且大多位于尼龙卡扣附近;缠结处的裂缝与缠结呈垂直分布，一般位于缠结中央。位于尼龙卡扣附近的裂缝产生的主要原因为在防护产品的穿戴、脱下时使用者对尼龙卡扣用力拉扯造成;位于缠结处的裂缝产生的主要原因为缠结产生后受到剪切力超出铅层的可承受应力造成。部分医护人员和病患陪护在使用放射防护产品时，没有做到使用完铅衣、铅上衣、铅围裙后悬挂保存的习惯，导致部分产品由于折叠产生缠结或裂缝。由上可见，放射防护产品的折损与生产厂家、临床使用部门和临床医学工程部都有关系，为了降低放射防护产品的折损率、增加放射防护产品的使用寿命，我们提出以下建议:
(1)对于生产厂家，建议对产品的缝合进行优化处理。数据分析表明，放射防护产品的折损主要出现在产品的缝合处，如铅衣上尼龙搭扣的缝合处，铅衣边沿的缝边。这些位置的针孔导致承力上限降低，使铅层容易发生断裂，产生裂缝。厂家在设计放射防护产品的时候应该对连接处、边沿等部位进行额外的加工处理，或者多采用一体化的产品设计，使用更细、更坚韧的缝合线来进行衣料之间的缝合。除此之外，在材料上也可选择韧性更加强的复合型铅材料作为屏蔽材料，从而降低产生缠结、裂缝的几率。
(2)对于临床使用科室，建议明确建立一套完整的放射防护产品存放规则。放射防护产品不同于普通衣物，不可折叠存放，不可随意清洗。现在很多科室对于放射防护产品并没有形成良好的存放习惯，使得产品使用寿命降低，折损几率增加。
(3)对于临床医学工程部，建议对所有放射防护产品进行详细的编码备案，并且对备案信息进行电子化处理。建议系统地对全院放射防护产品进行编号整理，是因为现阶段防护产品的编号仅由科室和序号组成，或者仅用使用者名称命名，没有一个全院统一的编码方式，不利于监管部门的统计分析。我们提议放射防护产品编号可由年份(2位)+科室(2位)+科室内编号(4位)+产品类型(2位)等十位罗马数字组成。建议对备案信息进行电子化处理，是因为现在的检测记录，仅仅是将产品是否合格进行电子化处理，什么地方有问题，出现什么问题，只是进行了纸质备案，这样一是增加了记录时的工作量，二是在修改、查阅的时候增加了工作难度。通过对放射防护产品编码，并结合条形码扫描技术，可以使信息录入电子化，简化繁杂的记录过程，方便管理部门进行统计管理，也利于放射防护产品数据库的建设。
4结语
通过RS－485总线将智能水位计、智能流量计、墒情传感器与信息采集板相连，构成信息采集单元。它采用低功耗Cortex－M3为控制核心，实现数据的采集与存储。本地通过USB接口或RS－232接口与上位机通信;远程通过GPRS网络或短信方式实时发送数据到数据库服务器，并将数据存储到数据库中。监测系统网络结构图如图1所示。
2系统硬件设计
农作物生长参数监测系统硬件设计由信息采集单元、供电单元、无线传输单元组成。信息采集单元主要完成雨量数据、土壤墒情数据和地下水位数据的采集、处理与存储，同时控制无线传输单元完成数据的发送与信息指令的接收;供电单元为整个系统提供工作电压;无线传输单元完成数据包的发送与控制指令的接收。
2．1信息采集单元硬件设计
信息采集单元主要由智能传感器、STM32F103、FLASH芯片S29AL032D、SRAM芯片IS62WV25616、LCD、触发器HEF4521BT、总线驱动器74HC245PW、232转换芯片MAX3222、带隔离的485收发器ADM2483、供电单元接口电路和MC323接口电路等组成。信息采集单元结构图如图2所示。
2．2供电单元硬件设计
供电单元由单晶太阳能电池板、可编程控制的2A充电电路、12V65AH免维护铅酸蓄电池及LDO压控转换电路等组成。太阳能电池板为铅酸蓄电池充电，同时为系统提供12V的输入电源。当太阳能电池板不工作时，铅酸蓄电池为系统提供12V的外部输入电源，12V的输入电压通过LDO转换电路，实现系统工作需要的+3、+4、+2．5、+5V。其中，+3V为全局电压，保证电路板大部分电路正常工作，包括监测系统上电后的工作电压、系统睡眠状态下的工作电压、时钟工作电压等;+4V是MC323无线通信模块的工作电压;+2．5V是AD转换电路的基准源;+5V是模拟参考电压，为运算放大器和AD电路提供工作电压;同时，输入的12V电压通过稳压电路为智能传感器提供工作电压。供电单元硬件设计结构图如图3所示。
2．3无线传输单元
选用MC323模块作为无线传输单元。该模块集成了基带处理器、射频处理器、MCP存储器和电源管理芯片等功能，同时内嵌TCP/IP协议和支持800MHz的工作频段，能够提供语音传输和短消息发送。将stm32f103的UART3与该模块的串口相连，同时外接SIM卡电路，实现雨量数据、墒情数据、地下水位数据和控制指令的无线发送。无线传输单元结构图如图4所示。
3系统软件设计
3．1采集单元软件设计
采集单元软件设计包括传感器事件、定时事件和命令事件。传感器事件即通过土壤墒情传感器、智能水位计、智能水质传感器和翻斗式雨量计等采集农作物生长环境参数;定时事件指系统将采集到的数据、系统状态、蓄电池电压和设备工作温度等参数定时自记和发送;命令事件指通过上位机软件或LCD液晶屏配置系统工作状态、传感器类型等。当3个事件中的某一事件处理完毕后，判断有无其他事件发生;若有，则进入相应事件处理程序;若没有，则进行现场保护，系统进入待机状态。采集单元软件设计流程图如图5所示。
3．2监测单元软件设计
监测单元通过电话呼叫或短信方式对信息采集单元进行远程唤醒，触发其上电。采集单元上电工作后，响应监测单元命令或按彼此协商好的时间定时上电，定时等待监测单元的命令。当采集的水位、雨量等参数超过设定的阈值时，向数据库服务器发送实时水位等数据或按设定的周期定时发送最新的水位数据、设备状态数据等。系统正常工作时，监测单元各状态之间的转换流程图如图6所示。
4系统测试
采集后的数据经过解析、整编和入库后，通过浏览器可以实时访问数据，而且还能进行历史数据和设备状态的查询。通过该系统，即使在远离观测现场的异地，也能实现对雨量、土壤墒情和地下水位数据的实时采集、存储与发送，真正实现对农作物生长环境参数的远程实时监测。系统测试效果图如图7所示。
5结语
关键词：检测系统；毕业设计（论文）；思考
作者简介：王长鹏（1977-），男，江苏南京人，三江学院教务处，讲师；华沙（1978-），男，江苏南京人，三江学院教务处，副研究员。（江苏 南京 210012）
中图分类号：G642.477 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）08-0200-01
毕业设计（论文）是深化教学改革、提高教学质量、培养具有创新精神和实践能力的高等学校培养人才的不可缺少的重要教学环节，是评价学生综合素质、专业技术、思维方法和实践能力的重要内容。学生毕业设计（论文）的质量是评价高校教学质量的重要指标。近年来，高校本科生毕业设计（论文）的质量普遍下滑，引起了教育界专家的广泛关注。2013年1月1日教育部颁发了《学位论文作假行为处理办法》，针对论文作假行为制定相应的处理办法，加大处罚力度，从制度上进行遏制，以促进学风建设，保证高等教育事业科学发展。为了更好地执行教育部颁布的此办法，许多高校纷纷采购了论文抄袭检测系统对本校的论文进行抽查或普查。如何通过检测系统保证和提高毕业设计（论文）的质量已成为当前高校关注和研究的课题。
一、主要问题分析
1.学生因素
各高校的毕业设计（论文）工作基本上在第七学期末或者第八学期初启动，而且大部分都持续16周，即每年的12月（1月）至次年的6月上旬。而这段时间正是毕业生毕业实习或找工作的高峰期，在当前找工作困难的形势下毕业生不得不提前准备，参加各类招聘会场和用人单位的面试，有的毕业生往往在第七学期末就早早向学校提交了用人单位开具的实习证明，使得毕业设计（论文）与学生就业之间的矛盾越来越明显。由于学生在实习期间忙于熟悉单位业务操作，因此投入在毕业设计（论文）中的精力也非常有限。在就业压力的冲击下本科毕业设计（论文）整体质量有下降的趋势。
毕业设计（论文）是实现培养目标的重要教学环节，是理论联系实际、教育与社会实践相结合的重要体现，是培养大学生的创新意识、创造能力和创业精神的重要手段。然而，大部分论文基本上是借鉴了前人的研究成果，自己独创的东西少，理论阐述深度不足。个别同学的论文复制比太高，抄袭严重。有些学生选题大而空，或者不能做到与专业培养目标紧密联系。这些也是造成毕业设计（论文）质量下降的因素。
2.指导老师因素
在教育大众化背景下，高校经过连续几年的扩招，学生人数猛增，一个教师指导学生的数量也逐渐增多，许多院校一般都达到10名学生左右。此外，高校给每个教师规定了工作量，除了完成课堂教学任务外还有其他相关的科研项目。如果教师指导学生人数过多，由于精力有限，自然就会影响论文指导的质量。而对于民办本科院校来说，一方面专职年青教师自身的科研水平有限，没有能力指导学生完成高水平的毕业设计（论文）；另一方面兼职指导教师比较多，会出现个别的兼职教师责任心不强，对学生要求不严格，也使得毕业设计（论文）质量难以保证。
3.管理制度因素
各高校虽然都制订了比较全面的毕业设计（论文）的有关工作规程和管理办法，但是只能保证毕业设计（论文）程序、流程、格式等方面的规范，而毕业设计（论文）的本身质量却依然无法保证，如论文工作量不足、对知识和技能的应用过于简单、叙述不深入、图表制作粗糙等质量问题。学校缺乏对毕业设计（论文）全方位的质量评价和监控体系，答辩环节往往出现过于集中或“走过场”的现象。这些因素都使得毕业设计（论文）的质量得不到保证。
二、方法与措施
1.加强过程管理
为了严把毕业设计（论文）质量关，需要重视过程管理中的以下几个环节：选题方向和内容要符合本学科专业培养目标，达到科学研究和实践能力培养的目的，难易度要满足专业培养方案中对素质、能力和知识结构的要求，难易适中，工作量适当；虽然毕业生由于毕业实习或找工作难以返校集中进行当面指导，但是除了通过电话、电子邮件、QQ等通讯方式之外，仍要保证当面指导的次数和时间；对学生的毕业设计（论文）通过系统进行，低于某个比例（江苏地区各高校自行制订的，基本上以20%和30%为标准）才允许答辩，抄袭严重者推迟答辩；答辩前指导教师、评阅教师和答辩教师须认真审阅学生论文，严把论文质量关，答辩工作不能流于形式。为保证答辩的质量，学生答辩的时间不得少于25～30分钟，合理安排答辩工作的时间、批次及流程等。
2.培养实践能力
为了避免学生毕业设计（论文）出现纸上谈兵、抄袭资料、拼凑论文等现象，应该从源头抓起，在入校后就要有意识地让学生接受科学研究方法、工程设计方法与实践技能的基本训练，实现实践能力、创新能力与综合素质的全面提高。鼓励学生参加大学生创新创业训练计划项目和相关的学科竞赛，在实践过程中锻炼能力，毕业设计（论文）可以在创新项目和学科竞赛的研究成果基础上进行提升和深化。理工科学生能够运用本专业设计或研究的方法、手段和工具开展课题的设计与研究工作。指导教师在下达任务书时必须明确学生完成毕业设计（论文）工作的具体任务和参数指标，同时，在答辩之前院（系）还要参照任务书的参数指标对学生设计的实物进行验收，填写《软硬件验收表》。文管类学生能够综合应用所学知识对课题所研究的问题进行分析。指导教师对学生论文的研究目标要明确，内容要具体，且具有一定的深度。同时，文管类学生要尽量通过实地考察和实证研究撰写毕业论文。
3.加强校企合作
理工类学生在校内进行三年半的理论知识学习和模拟实践后，最后一学期全程参与到实际项目和工作环境中，将毕业实习与设计结合起来，在校内和校外指导教师的联合指导下完成毕业设计。现场教师都是拥有丰富实践经验的技术人员，他们在学生具体工作中的指导不仅及时解决了学生的问题，更重要的是教给了学生课堂上、实验室中无法接触到的最新的技术知识、解决问题的思路以及言传身教的做人、做事道理。他们是校外毕业设计的师资队伍补充，也是学生刚踏上社会的领路人。毕业设计改革后，实际校内教师指导仅指导了理论部分，实践部分由现场教师指导完成，即由2名及2名以上指导教师指导1名毕业生，实行了双导师制，因此，在落实好企业导师指导的前提下校内指导学生人数可适当增加，缓解专职指导教师人数紧张的压力。
4.规范论文撰写
通过对结果的分析，有许多高复制比率的论文是因为学生引用不规范或无引用造成的。因此，论文中的术语、图表、数据、公式、引用、标注及参考文献的引用及著录要符合学校毕业设计（论文）工作规程的规范要求。尤其在借鉴和引用前人研究成果时一定要将引用部分标明清楚，避免发生因为引用和标注的不规范而造成论文复制比增高的情况。
三、结语
各高校刚刚接触系统，而检测系统能否成为提高当前毕业设计（论文）整体质量的良药仍需要今后多年的实践来证明。笔者认为检测系统只是提供判断论文是否抄袭的一个标准，而提高毕业设计（论文）整体质量则不是一蹴而就的，需要学校、院系、指导教师和学生的共同努力，这样才能达到标本兼治的效果。
参考文献：
[1]薛宏丽，马朝兴.高校毕业设计（论文）质量保障体系的研究与实践[J].职业时空，2009，（10）.
网络类毕业设计论文写作方法及答辩要求
（试 行）
一、 网络类题目的特点
学生络类题目的特点主要以校园网、小型企业网、大型企业网（多地互联）为应用场合，进行网络工程设计类或网络安全类论文的写作。
二、 网络工程设计类论文的写作
1．论文写作要求
类似于投标书，但有不同于投标书，不要有商务性质的内容（项目培训、售后服务、产品说明书、产品报价……），也一般不考虑具体综合布线（职院学校的要求），主要倾向于其技术实现。
2．论文写作基本环节
采用工程业务流程，类似于软件工程：
1）需求分析
2）功能要求
3）逻辑网络设计（设计原则、拓扑结构图、背景技术简介、IP地址规划表），也称为总体设计
4）物理网络设计（实现原则、技术方案对比，一般考虑结构化布线），也称为详细设计
5）网络实现（设备选型和综合布线属于这个阶段，但我们主要强调各种设备的配置与动态联调以实现具体目标）
6）网络测试（比较测试预期结果与实际结果）
具体实现通过采用Dynamips 模拟平台和Cisco Packet Tracer(PT)模拟平台。
3．注意事项
1）抓住题目主旨和侧重点（类似题目的需求不同，取材角度不同、参考资料的取舍也不同。不同的应用场合会采用不同的拓扑结构、路由技术（BGP、RIP、单区域和多区域的OSPF）、交换技术（Vlan、生成树、链路聚合、堆叠）、访问（接入）技术、安全技术等，只有这样题目才能各有千秋，否则就都变成了XX公司（校园）网络设计。）
2）不要有商务性质的内容（项目培训、售后服务……）
3）不要产品使用说明书和安装调试说明书
4）不建议包含综合布线的整个过程。
4．存在的问题与案例分析
1）结构不太清楚，有些环节没有
2）不应有产品说明书，具体实现要更清楚
三、 网络安全类论文的写作
1．论文写作基本环节与要求
从技术上讲主要有：
1）Internet安全接入防火墙访问控制；
2）用户认证系统；
3）入侵检测系统；
4）网络防病毒系统；
5）VPN加密系统；
6）网络设备及服务器加固；
7）数据备份系统；
从模型层次上讲主要有：
1）物理层安全风险
2）网络层安全风险
3）系统层安全风险
不同的应用需求采用不同的技术。
2. 存在的问题与案例分析
1）选题有些过于复杂而有些过于简单
2）只是简单叙述各种安全技术，没有具体实现
四、 论文答辩要求
1）论文格式：从总体上，论文的格式是否满足《韶关学院本科毕业设计规范》的要求？
2）论文提纲：设计条理是否清晰，思路是否明确；
【关键词】PCB；细分驱动；自动光学检测(AOI)；图像识别
电子产品的核心部分——印刷电路板(PCB)，是集成各种电子元器件的信息载体，在各个领域得到了广泛的应用，是电子产品中不可缺少的部分。PCB的质量成了电子产品能否长期、正常、可靠的工作的决定因素[1]。随着科技的发展，PCB产品的高密度、高复杂度、高性能发展趋势不断挑战PCB板的质量检测问题。传统PCB缺陷检测方式因接触受限、高成本、低效率等因素，己经逐渐不能满足现代检测需要，因此研究实现一种PCB缺陷的自动检测系统具有很大的学术意义和经济价值[2]。国内外研究的PCB缺陷检测技术中，AOI（Automatic Optic Inspection自动光学检测）技术越来越受到重视，其中基于图像处理的检测方法也成为自动光学检测的主流。本文通过图像处理技术研究了一种大视场、高精度、快速实时的PCB缺陷自动检测系统，设计了硬件结构和软件算法流程。通过改进的电机驱动方式配合一键式自动检测软件的设计，大大提高了系统的检测速度，对结果分析模块的缺陷识别算法的改进提高了检测结果的准确性。
1.系统结构
PCB缺陷自动检测系统主要由运动控制模块、图像采集模块、图像处理模块、结果分析模块组成。系统工作过程如下：上位机控制步进电机运动，步进电机带动二维平台运动，将CCD摄像机传输到待检测PCB上方，对PCB进行大场景图像采集，采集的图像经过图像采集卡送到上位机，上位机软件对采集的图像进行拼接、图像预处理，对处理的图像进行准确定位并校准，通过图像分割、图像形态学处理等，最后进行模板匹配、图像识别，得出缺陷检测结果。系统设计包括硬件设计和软件设计，系统软硬件相互协调工作构成一个整体。
2.系统硬件设计
PCB缺陷自动检测系统的硬件设计主要包括二维运动平台、电机运动控制板、电机驱动板、CCD摄像机、图像采集卡、PC等，其结构如图1所示。
2.1 CCD摄像机和图像采集卡
CCD摄像机的主要特性参数包括摄像机制式、光敏面尺寸、像素尺寸、分辨率、电子快门速度、同步系统的方式、最小照度、灵敏度、信噪比等。其中摄像机制式和是否在线检测决定了图像采集卡的采样频率，光敏面尺寸、像素尺寸、分辨率以及成像透镜系统的放大率的平衡选择取决于测量范围和测量精度[3]。考虑到以上各个因素以及系统要求，在实验中采用的是广州视安公司的枪式摄像机，该摄像机的特点是数字面阵CCD逐行扫描，提供AV复合视频接口和标准镜头接口，提供VC的SDK软件开发包，方便设计软件处理模块。
图像采集卡，又称视频捕捉卡，是视频卡的一种类型。图像采集卡完成的主要功能是把摄像机的连续模拟视频信号转换成为离散的数字量。其基本原理：从摄像机输出的各种制式的视频输出信号，经过输入选择模块处理后，形成能被图像采集卡识别的视频信号。模拟视频信号经过转换后，存储在卡上的帧缓存存储器内，由计算机CPU通过计算机总线控制具体的图像传递，最终存储在计算机的内存或硬盘，用于图像处理[4]。本设计采用的图像采集卡型号是：NV7004-N，将CCD摄像机模拟信号转化为数字信号传输到上位机实时显示，并能完成图像的抓拍功能。
2.2 电机运动控制器及精密二维运动平台
PCB缺陷自动检测系统的运动控制器为自行设计的MCU控制板，核心芯片为ATMEL公司生产的单片机AT89S52，控制板通过RS-232串行通信接口与上位机进行通信。通过操作人机交互界面对控制板发送命令，控制板输出控制信号以及各种频率的方波信号到步进电机驱动板，以控制步进电机的转速、方向以及移动距离。
二维运动平台由两个日本SUS Corp公司生产的精密运动导轨搭建，运动导轨为滚珠丝杆型，非常精密，误差很小。步进电机与运动导轨相连，从而带动导轨的运动。步进电机为日本TAMAGAWA公司生产的两相四线制混合式步进电机，该型号步进电机运行稳定、噪声小。
2.3 电机驱动
步进电机的驱动实际上就是通过控制步进电机的各相励磁绕组的电流，使步进电机的内部磁场合成方向发生变化，从而使步进电机转动起来。各相励磁绕组的电流产生的合成磁场矢量的幅值决定了步进电机旋转转矩的大小，相邻两合成磁场矢量之间的夹角大小决定了步距角的大小[5]。
在拍数一定的情况下，齿数越多，步距角就越小，但由于受制作工艺的限制齿数不能做得很多，因此步进电机的步距角就不可能很小。改变步进电机的拍数也可以改变步距角，拍数是指完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数。当步进电机的相数确定时，拍数也就确定。通过增加步进电机的齿数和相数来减小步距角，步距角减小的度数非常有限，很难满足生产的要求。
细分数越多，电流变化越小，从而大大减少了电机的振荡和噪音。采用阶梯状正弦波对电流进行细分时，阶梯越多(即细分数越多)，波形就越接近正弦波，通入的阶梯电流就越小，步距角也就越小[6]。从而大大减少了步进电机运行时的丢步率，降低了步进电机运行时的噪音和颤动，也使步进电机运行更加稳定，更易于控制。
3.系统软件设计
3.1 系统算法流程
手动检测可以根据需要在采集图像时直接通过控制步进电机运动将CCD摄像头运动到待测PCB板的主要部位，在进行图像处理时也可以根据图像质量来选择与之相适应的图像处理算法来实现，使系统具有交互性。自动检测初始化设置参数后，可以一键实现缺陷检测得出检测结果，减少了操作复杂度，也大大提高了检测的速度，使系统具有自动化、操作简单、速度快等优点。本文结合二者于一体，使PCB缺陷自动检测系统更加优秀，更加实用。
3.2 缺陷检测
当前印刷电路板缺陷检测方法主要分为参考比较法、非参考比较法和混合法三大类，参考比较法将被测图像和参考图像进行特征对特征的比较；非参考比较法不需要任何的参考图像，只是根据先前设计的规则标准来判断出是否有缺陷，如果不符合标准便认为此有缺陷；混合法是参考比较法和非参考比较法综合应用。本文主要使用参考比较法，通过检测PCB图像与标准图像进行对比分析，判断该PCB板是否有缺陷[7]。
3.3 缺陷识别
3.4 结果分析
4.结论
本文基于计算机视觉和图像处理设计了一个印刷电路板(PCB)缺陷自动检测系统，并对其功能进行了验证，实验结果表明该系统界面友好，操作简单，检测方法简单，检测过程迅速，检测结果准确。该系统为PCB缺陷的检测提供了一个很好的解决方案，具有重要的应用价值。
参考文献
[1]孙晓婷.PCB视觉检测系统的研究[D].长沙:中南大学硕士论文,2008.
[2]2012-2016年中国PCB连接器市场预测及投资建议报告[R].中商情报网.
[3]俞玮.AOI技术在PCB缺陷检测中的应用研究[D].成都:电子科技大学硕士论文,2007.
[4]崔怀峰.PCB表面缺陷自动光学检测技术的研究[D].江门:五邑大学硕士论文,2010.
[5]李玲娟,刘景林,王灿.两相混合式步进电机恒转矩细分驱动技术研究[J].微电机,2007,40(3):48-50.
[6]黄露.基于FPGA的步进电机控制系统设计与实现[D].重庆:重庆大学硕士论文,2011.
[7]齐立荣.基于图像处理的PCB缺陷自动光学检测系统的研究与实现[D].北京:北京邮电大学硕士论文,2010.
购物车(0)
