مقاله کامل پایان نامه برق الکترونیک

فهرست
پيشگفتار: ……………………………………………………………………… 3
فصل 1
آشنايي با ماشين بينايي و تصوير برداري ديجيتالي …………………. 6
فصل 2
ميكروكنترلر 8051 ………………………………………………………….. 38
فصل 3
موتور پله اي و مشخصه هاي اساسي آن …………………………….. 99
فصل 4
نمونه عملي از يك ربات مسير ياب ساده …………………………… 112
پيشگفتار:
با ساخت وسايل الکترو مغنا طيسي نظير انواع الکتروموتورها، بوبين ها ،رله ها وغيره ، انسان قادر شد با بهره گيري از الکترونيک ، کنترل ابزارهاي مکانيکي را در دست گيرد و سر انجام با پيدايش ميکرو پروسسورها و با توجه به توانايي آنها در پردازش اطلاعات و اعمال کنترلي و همچنين قابليت مهم برنامه پذير بودن آنها تحول شگرفي در ساخت تجهيزات الکترونيکي و صنعتي و غيره به‌ وجود آمد.
پيشرفتها و تحولات اخير باعث پيدايش اتوماسيون صنعتي شده که در بسياري از موارد جايگزين نيروي انساني مي گردد. به عنوان نمونه انجام امور سخت در معادن و يا کارخانه ها و يا کارهايي که نيازمند دقت وسرعت بالا مي‌باشد و يا انجام آن براي نيروي انساني خطر آفرين است به انواع دستگاهها و رباتها سپرده شده است. همچنين با پيشرفت الکترونيک در زمينه ساخت سنسورها. بالا رفتن دقت آن ها، امروزه انواع گوناگوني از حسگرها در دنيا توليد مي شود که در ساخت رباتها و در زمينه اتوماسيون نقش مهمي را ايفامي‌کنند.در اين پايان نامه پس از مباحثي در مورد پردازش ديجيتالي تصوير ، معرفي ميکرو کنترلر 8051 بصورت مختصر و در حد نياز و بخش کوچکي در مورد استپ موتورها به طراحي وپياده سازي نمونه اي کوچک از يک ماشين مسير ياب پرداخته شده است .شايان ذکر است که مطالب مربوط به طراحي وساخت ماشين بگونه اي بيان شده که توسط هر فردي که آشنايي مختصري با ميکرو کنترلرها داشته باشد، قابل پياده سازي است.
فصل اول
آشنايي با ماشين بينايي و تصوير برداري ديجيتالي
1-1كليات
تكنولوژي ماشين بينايي وتصوير بر داري ديجيتالي شامل فرايند هايي است كه نيازمند بكارگيري علوم مختلف مهندسي نرم افزار كامپيوتر مي باشد اين فرايند را مي توان به چند دسته اصلي تقسيم نمود :
ايجاد تصوير به شكل ديجيتالي
بكارگيري تكنيكهاي كامپيوتري جهت پردازش ويا اصلاح داده هاي تصويري
بررسي و استفاده از نتايج پردازش شده براي اهدافي چون هدايت ربات يا كنترل نمودن تجهيزات خود كار ، كنترل كيفيت يك فرايند توليدي ، يا فراهم آوردن اطلاعات جهت تجزيه و تحليل آماري در يك سيستم توليدي كامپيوتري (MAC)
ابتدا مي بايست آشنايي كلي ، با هر يك از اجزاء سيستم پيدا كرد و از اثرات هر بخش بر روي بخش ديگر مسطح بود . ماشين بينايي و تصوير بر داري ديجيتالي از موضوعاتي است كه در آينده نزديك تلاش و تحقيق بسياري از متخصصان را بخود اختصاص خواهد بود.
در طي سه دهه گذشته تكنولوژي بينايي يا كامپيوتري بطور پراكنده در صنايع فضايي نظامي و بطور محدود در صنعت بكار برده شده است . جديد بودن تكنولوژي ، نبودن سيستم مقرون به صرفه در بازار و نبودن متخصصين اين رشته باعث شده است تا اين تكنولوژي بطور گسترده استفاده نشود .
تا مدتي قبل دوربين ها و سنسورهاي استفاده شده معمولا بصورت سفارشي ومخصوص ساخته مي شدند تا بتوانند برا ي منظورخاصي مورد استفاده قرار گيرند همچنين فرايند ساخت مدارهاي مجتمع بسيار بزرگ آنقدر پيشرفت نكرده بود تا سنسورهاي حالت جامد با رزولوشن بالا ساخته شود .
استفاده از سنسورهاي ذكر شده مستلزم اين بود كه نرم افزار ويژه اي براي آن تهيه شود و معمولا اين نرم افزارها نيز نياز به كامپيوتر هايي با توان پردازش بالا داشتند. علاوه بر همه اين مطالب مهندسين مجبور بودند كه آموزشهاي لازم را پس از فراغت از تحصيل فرا گيرند . زيرا درس ماشين بينايي در سطح آموزشهاي متداول مهندسي در دانشگاهها وبه شكل كلاسيك ارائه نمي شد .
تكنولوژي ماشين بينايي در دهه آينده تاثير مهمي بر تمامي كارهاي صنعتي خواهد گذاشت كه دليل آن پيشرفتهاي تكنولوژي اخير در زمينه هاي مرتبط با ماشين بينايي است واين پيشرفتها در حدي است كه استفاده از اين تكنولوژي هم اكنون حياتي مي باشد .
2-1-بينايي واتوماسيون كارخانه
وظايف اساسي كه مي تواند توسط سيستمهاي ماشين بينايي انجام گيرد شامل سه دسته اصلي است.
كنترل
بازرسي
ورود داده
كنترل در ساده ترين شكل آن مرتبط با تعيين موقعيت و ايجاد دستورات مناسب مي باشد تا يك مكانيزم را تحريك نموده ويا عمل خاصي صورت گيرد . هدايت نقاله هاي هدايت شونده خود كار (AGVS) در عمليات انتقال مواد در يك كارخانه هدايت مشعل جوشكاري در امتداد يك شماير يا لبه يا انتخاب يك سطح بخصوص براي انجام عمليات رنگ پاشي توسط ربات ، مثلهايي از بكار گيري ، ماشين بينايي در كنترل مي باشند . كاربردهاي ماشين بينايي در بازرسي مرتبط با تعيين برخي پارامترها مي باشد . ابعاد مكانيكي وهمچنين شكل آن ، كيفيت سطوح ، تعداد سوراخها در يك قطعه ، وجود ياعدم وجود يك ويژگي يا يك قطعه در محل خاصي از جمله پارامترهايي هستند كه توسط ماشين بينايي ممكن است ، بازرسي مي شوند عمل اندازه گيري توسط ماشين بينايي كم و بيش مشابه بكار‌گيري روشهاي سنتي استفاده از قيدها و سنجه هاي مخصوص و مقايسه ابعاد مي باشد . ساير عمليات بازرسي بجز موارد اندازه گيري شامل مواردي چون كنترل وجود بر چسب بر روي محصول بررسي رنگ قطعه ، وجود مواد خارجي در محصولات غذايي نيز با تكنيكهاي خاصي انجام مي گيرد . كار بازرسي ممكن است حتي شامل مشخص نمودن خواص يا ويژگيهايي الكتريكي يك محصول گردد . با مشاهده خروجي اندازه گيرهاي الكتريكي مي توان صحت عملكرد محصولات الكتريكي را بازرسي نمود . هر چند كه در چنين مواردي چنانچه سيستم بينايي كار ديگري بجز مورد ذكر شده انجام ندهد معمولا روش ساده تر و مقرون به
صرفه ترين بدين صورت خواهد بود كه كار بازرسي فوق توسط يك ريز پردازنده و ابزارهاي مربوط انجام گيرد .
اطلاعات مربوط به كيفيت محصول ويا مواد وهمچنين تعقيب فرايند توليد را مي توان توسط ماشين بينايي گرفته ودر بانك اطلاعاتي سيستم توليد كامپيوتري جامع بطور خود كار وارد نمود . اين روش ورود اطلاعات بسيار دقيق و قابل اعتماد است كه دليل آن حذف نيروي انساني از چرخه مزبور مي باشد . علاوه بر اين ورود اطلاعات بسيار مقرون به صرفه خواهد بود چرا كه اطلاعات بلافاصله پس از بازرسي وبه عنوان بخشي از آن جمع آوري و منتقل مي شوند .
ميزان پيچيدگي سيستم هاي بينايي متفاوت مي باشد اين سيستم ها ممكن است منحصر به يك سيستم باركدينگ معمولي كه براي مشخص نمودن محصول جهت كنترل موجودي بكار مي رود تشكيل شده باشد يا ممكن است متشكل از يك سيستم بينايي صنعتي كامل براي اهدافي چون كنترل كيفيت محصول باشد .
3-1 سرعت واكنش
زمان مورد نياز براي تصميم گيري توسط ماشين بينايي بستگي به اندازه ماتريس تصوير يا زمان پردازش لازم در كارت تصوير گير و نوع دوربين دارد . دوربيهايي نوع لاچكي كه با استاندارد Rs-170 كار مي كنند تعداد 30 تصوير در ثانيه توليد مي كنند كه اين تصاوير بر روي مونيتورهاي موجود در بازار قابل نمايش هستند . چنانچه از استاندارد Rs-170 استفاده نشود
مي توان تعداد تصاوير در ثانيه را پنج تا ده برابر افزايش داد . دوربينهاي حالت جامد مي توانند در زمان بسيار كوتاه معادل ( ميكرو ثانيه تصوير گيري كنند زمان لازم جهت خواندن سيگنال تصوير از سنسور دوربين بستگي به اندازه ماتريس سنسور سرعت پردازش و پهناي باند سيستم دارد. با استفاده از تكنيكهاي پردازش موازي مي توان زمان پردازش را متناسب با تعداد پردازشگرهاي موازي كاهش داد .
زمان واكنش سيستم بينايي انسان در حدود 6% ثانيه يا 16/1 ثانيه مي باشد اين موضوع توسط اين حقيقت تائيد مي شود كه وقتي تصاوير ، با سرعت 30 عدد در ثانيه يك صحنه متحرك را نشان مي دهند چشم انسان قادر به تشخيص انقطاع بين تصاوير نيست .
سيستم هاي ماشين بينايي مورد استفاده در صنعت كه براي كنترل بر چسب روي بطريها بكار مي رود مي توانند با سرعتي معادل 900 بطري در دقيقه يا در صورت يك بطري در 7% ثانيه كار كنند . البته مي توان با گرفتن تصاويري كه بيش از يك بطري را در بر مي گيرد سرعت كنترل را بيش از اين نيز افزايش داد . سرعت چشم انسان براي انجام كار مشابه حداكثر 60 بطري در دقيقه مي باشد كه اين سرعت در اثر خستگي و شرايط نامساعد محيطي كاهش نيز مي يابد .
بطور خلاصه تصوير گيري توسط ماشين بينايي تقريبا 10 برابر سرعت بينايي انسان مي باشد اين نسبت با پيشرفت تكنولوژي در علوم الكترونيك رو به افزايش مي باشد در حاليكه سرعت چشم انسان مقدار مشخصي است
سرعت انجام فرايند كامل توسط ماشين بينايي در حدود 15 برابر چشم انسان مي باشد .
4-1 واكنش طيف موج
چشم انسان فقط در مقابل نور قابل رويت كه طيف محدودي است مي تواند اشياء را ببيند . دامن ديد از طول موج بنفش در 390 ميكرون تا طول موج قرمز در 790 ميلي ميكرون مي باشد. واكنش سيستم ماشين بينايي در مقايسه با چشم انسان بسيار وسيع تر بوده و دامنه از پرتو گاما و X در منطقه طول موج كوتاه شروع شده وتا طول موج مادون قرمز در قسمت طول موج هاي طويلي ختم مي شود .
توانايي چشم انسان در تشخيص رنگها و پيچيده بوده ودر هنگام تشخيص رنگ مولفه هاي آن بطور مجزا در نظر گرفته نمي شوند . در عوض ميانگين ، انرژي در طول موجهاي مختلف مورد استفاده قرار گرفته ورنگ ديده شده يكي از طول موجهاي مابين آنها مي باشد .
ماشين بينايي براي شناسايي رنگها نيازمند سه دسته اطلاعات است كه همان مولفه هاي رنگ يعني طول موجهاي قرمز يا سبز و آبي مي باشد ايجاد رنگ بر روي مانيتور نيز با تحريك هر يك از مولفه ها به مقدار معين بوده بطوريكه نهايتا رنگ مورد نظر ايجاد شود .
ذخيره سازي تصاوير رنگي به حافظه اي معادل سه برابر تصاوير غير رنگي نياز دارد .
همچنين حجم پردازش تصاوير رنگي كه حاوي اجزاء B,G,R مي باشند در مقايسه با تصاوير يك رنگ بيشتر مي باشد .
بطور خلاصه طيف طول موج قابل رويت توسط ماشين بينايي بسياروسيعتر از طيف قابل رويت توسط چشم انسان مي باشد همچنين امكان تلفيق و استفاده از طول موجهاي مختلف يك تصوير توسط ماشين بينايي وجود دارد يكنواختي و دقت ماشين بينايي در مورد تصاوير رنگي بيش از چشم انسان مي باشد .
5-1مقايسه بينايي انسان و ماشين بينايي
6-1 سيستم بينايي چيست ؟
1-6-1 كليات سيستم
يك سيستم ماشين بينايي شامل تمام اجزاء لازم بمنظور تهيه ، تعريف ديجيتالي يك تصوير تغيير واصلاح داده ها وارائه نمايش داده هاي تصويري ديجيتالي به دنياي بيرون مي باشد چنين سيستمي چنانچه در يك محيط صنعتي بكار گرفته شود ، ممكن است به دليل اينكه متصل به ساير تجهيزات خط توليد مي باشد بسيار پيچيده بنظر مي رسد ولي اگر چنانچه با توجه به نقش و وظيفه سيستم بينايي اجزاء اصلي تشكيل دهنده آن بيان شوند ،
مشخص خواهد شد كه پيچيدگي زيادي در سيستم وجود ندارد اجزاء اصلي سيستم شامل سه قسمت اصلي است :
قسمت تصوير برداري
پردازش
نمايش يا وسايل خروجي اطلاعات
2-6-1 تصوير گيري
تصوير گيري در ماشين بينايي يعني تبديل اطلاعات تصويري يك شئي فيزيكي و خواص ظاهري آن بصورت داده هاي عددي است بگونه اي كه اين تصوير مي تواند از توسط پردازشگر پردازش شود تصوير گيري ممكن است شامل چهار فرايند زير باشد :
نور پردازي
تشكيل تصوير يا متمركز كردن آن
تبديل تصوير به سيگنالهاي الكتريكي
قالب بندي كردن سيگنال خروجي تصوير
3-6-1 نور پردازي
نور پردازي يك عامل كليدي وتاثير گذ ار بر روي كيفيت تصوير تشكيل شده است كه به عنوان ورودي ماشين بينايي مورد استفاده قرار مي گيرد ممكن است تا 30 درصد حجم كار و تلاش طراحي اجزاء يك سيستم ماشين بينايي را بخود اختصاص دهد .
بسياري از سيستم هاي ماشين بينايي كه در گذشته در صنعت بكار رفته اند از نور قابل رويت استفاده كرده اند كه علت آن از يك طرف در دسترس بودن آن واز طرف ديگر خود كار نمودن عمل بازرسي كه قبلا توسط كارگر انجام مي شده است مي باشد بازرسي توسط كارگر براساس توانايي چشم ودر محدوده طول موج نور قابل رويت مي باشد چهار نوع لامپ از لامپهايي كه نور قابل رويت توليد مي كنند واغلب در صنعت استفاده شده اند عبارتند از : لامپهاي التهابي فلورسنت بخار جيوه وبخار سديم استفاده از نور غير قابل رويت شبيه اشعه ايكس ماوراء بنفش و مادون قرمز بدليل نياز به انجام بررسي هاي ويژه كه توسط نور قابل رويت انجام پذير نيست ، روبه افزايش است روشهاي نور پردازي جهت كار بردهاي صنعتي ماشين بينايي شامل چهار دسته زير است :
نور پردازي از پشت
نور پردازي از مقابل
نور پردازي داراي ساختار
نور پردازي لحظه اي
نور پيرامون محيط كار كه منابعي بجز منبع اصلي نور پردازي سيستم ماشين بينايي بر مجموع ميزان نور تابيده شده برجسم اثر گذاشته وبطور كلي بصورت نويز در داده هاي تصويري ظاهر مي شود .
براي كم كردن تاثير نور پيراموني مي توان از پرده نوري يا ديواره هاي محافظ استفاده نمود تا از ورود آن به لنز دوربين جلوگيري شود .
1-3-6-1 نور پردازي از پشت :
وقتيكه شي مورد بررسي بين دوربين و منبع نور قرار مي گيرد نور پردازي را اصطلاحا نور پردازي از پشت مي گويند در اين روش سايه اي از جسم تشكيل مي شود و مرز جسم كاملا مشخص مي باشد . (شکل 1-1)
مزيت نور پردازي از پشت ايجاد تصاوير با كنتر است بالاو تفكيك آسان مرز جسم مي باشد كنتر است بالاباعث كم شدن پردازش هاي بعدي شده همچنين از حساسيت سيستم به تغييرات نوردهي منبع نور مي كاهد در مورد نور پردازي اجسامي كه مسطح نيستند ممكن است لازم باشد تا با استفاده از عدسي هاي مناسب نور به جسم تابانده شود .
روش نور دهي از پشت براي اعمالي از قبيل تشخيص ترك ، مك و وجود اشياء خارجي در قطعات شفاف ايده آل مي باشد . تشخيص ترك الستخوان در تصاوير اشعه X واندازه گيري ميزان تنش انرژي و حرارتي از يك

فایل : 138 صفحه

فرمت : Word