CN104568307B - 一种基于嵌入式系统力/位移检测装置的曲线评估方法 - Google Patents

Abstract

一种基于嵌入式系统力/位移检测装置的曲线评估方法，利用一片ARM芯片作为控制器，采用嵌入式图形用户界面工具emWin进行标准曲线、待测曲线和评估标准（包含以下四种方法的任意组合：线程窗评估方法、通过窗评估方法、块窗评估方法、包络评估方法）的显示，采用计算水平线与多边形交点的方法进行待测曲线与评估窗口关系的判断，得到测试曲线与评估标准的位置关系，进而判断此待测曲线是否合格；判断完成后，待测曲线的数据和是否合格的信息送至液晶触摸屏进行显示，同时，数据送至外部SD卡存储空间进行数据存储。

Description

一种基于嵌入式系统力/位移检测装置的曲线评估方法

技术领域

本发明涉及一种基于嵌入式系统力/位移检测装置的曲线评估方法，是采用嵌入式控制系统判别待检测曲线是否合格的一种方法。

背景技术

目前，力/位移传感器检测系统在对检测曲线评估时，多采用逐点法比较或特征值点比较。采用逐点法比较检测曲线与特征曲线或特征区间的关系，计算量大，很难保证计算和显示的实时性；采用特征值点进行比较，只能对曲线设定的区间进行判断，影响了使用的灵活性。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有力/位移传感器检测系统中曲线评估方法实时性差、使用灵活性差等方面的缺陷，采用嵌入式系统，设计了一种针对待测曲线进行评估的方法，该方法具有运算速度快、人机界面友好、具有实时存储和实时显示等优点。

本发明的技术解决方案为：

本发明利用一片ARM处理器芯片实现对液晶触摸屏的界面显示，根据标准曲线和待测曲线的评估标准（评估标准包含以下四种方法的任意组合：线程窗评估方法、通过窗评估方法、块窗评估方法、包络评估方法）对待测曲线进行是否合格的评估；同时，可方便、直观地显示待测曲线、标准曲线和测试各种评估标准窗的位置关系。待测曲线评估完成后，系统自动将此曲线数据送至外部SD卡存储空间进行数据存储。

有益效果

本发明具有结构简单，成本低、运算速度快等优点，且具有人机界面友好、实时存储和实时显示的功能。

附图说明

图1为本发明的结构组成框图。

图2为本发明的ARM芯片与SD卡接口电路图。

图3为本发明的液晶触摸屏显示界面示意图。

图4为本发明的通过窗测试曲线示意图。

图5为本发明的水平线与多边形的交点方法原理示意图。

图6为本发明的主程序流程图。

图7为为本曲线判断方法程序流程图。

下面结合附图对本发明专利作进一步的描述。

如图1所示：本发明中的ARM芯片1是曲线评估的控制核心，通过该芯片内部集成的液晶驱动模块3与液晶触摸屏2相连接，ARM芯片1根据液晶触摸屏2传来的设置指令，可以启动片内ADC进行采样，每次采样结束后的数据通过DMA通道传送至片内存储空间，并通过定时器1定时读取片内存储空间的采样数据，达到设定的采样点数（采样点数可以设置，本发明中设定的采样点数为4000）后，对采样结果进行数字低通滤波、加权平均滤波等处理，处理完成后的数据送至液晶触摸屏2的曲线显示界面进行实时显示，同时对此曲线进行评估判断，判断完成后将此曲线送至SD卡进行存储。

如图2所示为本发明中的ARM处理器与SD卡模块接线图，其中SD方式采用六线制，使用CLK、CMD、DAT0~DAT3进行数据通信，SD卡可工作在SD方式或SPI方式，本发明采用MicroSD卡即采用SD方式，SDIO_CK 时钟是通过 PC12 引脚连接到 SD 卡的，是 SDIO 接口与 SD 卡用于同步的时钟，SDIO 的所有命令及命令响应，都是通过PD2引脚SDIO-CMD进行传输，引脚PE0（SD）是SD卡的插入检测引脚，用于检测卡槽与SD卡是否连接，引脚PC8（DAT0）、PC9（DAT1）、PC10（DAT2）、PC11（DAT3）是与SD卡进行数据传输的四条数据线，引脚4、引脚6分别是电源、电源地；对SD卡的读写操作主要是通过使用文件系统FATFS，即调用文件系统FATFS内部的函数即可对SD卡进行读写操作；本发明中每次显示完一组数据后都会调用系统FATFS内部函数以当前时间为文件名保存本次的数据。

如图3所示所示为是本发明的液晶触摸屏曲线测试界面示意图。该设置界面包含：曲线显示界面、曲线信息界面、开始按键、返回按键四个部分。进入此界面后，曲线信息界面在未开始测试前会显示标准曲线的力和位移的最大值坐标，开始后则实时显示测试曲线的力和位移的最大值坐标以及每个采样点的实时坐标。曲线显示界面会显示标定曲线以及评估标准窗或包络，图中1为通过窗，2为包络，3为块窗，4为标准曲线，5为测试曲线。可根据实际需要移动三种窗的位置。三种窗的位置不同，其坐标就会不一样，该坐标将作为测试曲线判断的依据。移动好窗后，若点开始按键，则启动采样，当采样完成一组数据后，该组数据就会以不同于标定曲线的颜色在曲线显示界面显示出一条曲线。然后系统就会以标准曲线为基础通过设置的评估窗或包络对本曲线进行判断。由于本发明中评估方式可任意搭配，所以评估的标准也会不同。对于线程窗，只有当测试曲线从其左侧进入右侧离开这样曲线才算合格；对于通过窗，测试只有根据评估设置界面中设置的进入侧和离开侧进入和离开这样曲线才算合格；对于块窗则曲线只能进入不能离开才合格；而对于包络，测试曲线只能从左侧进入右侧离开并整个曲线不能超出包络的范围才合格。由于测试界面中评估方式任意搭配，所以在曲线评估时只要曲线不满足其中一个评估方式就不算合格。当所有评估方式都满足时曲线判定为合格，并且曲线信息界面的合格数加1并保存到SD卡，否则曲线信息界面的不合格数加1并保存到SD卡。曲线信息界面的合格数和不合格数用于记录合格的产品数量和不合格的产品数量。当一组测试曲线判断并保存完成后，就会进行下一组曲线的采样显示判断并保存，如此反复进行。当按下返回按键时停止采样，退出测试界面。

如图4所示，以通过窗为例说明本发明的工作原理。假设通过窗已经设置完成，且通过窗的顶点为p0、p1、p2和p3，其中：p0和p1的横坐标相等、p2和p3的横坐标相等、p0和p3的纵坐标相等、p2和p4的纵坐标相等。若待测曲线通过这种窗的进入和离开侧，并且没有接触任何其它侧，则判定该待测曲线为合格曲线，否则为不合格曲线。进入侧和离开侧可以自由设置(上、下、左、右)。在本发明中假设已经设置好进入侧和离开侧。如图4（1）所示为左侧设置为进入侧，右侧设置为离开侧（即左进右出），4（2）所示为左侧设置为进入侧，上侧设置为离开侧（即左进上出）。待测曲线由一系列点（x_i,y_i）组成。首先判断y_i的值是否大于p0点的纵坐标且小于p1点的纵坐标，即判断测试曲线上的点是否位于通过窗上下两边之内；若满足该判断，则将x_i与p0点的横坐标做差,并取绝对值,设该值为x1_min；相同条件取下一个点x_i+1，将x_i+1与p0点的横坐标做差,并取绝对值, 该绝对值与x1_min 做比较，将结果较小的值赋给x1_min，依次比较整条曲线对应的点，最终，最小值x1_min对应的横坐标点即为图4（1）中的x1点。同理，可以得到图4（1）中的x2点。得到测试曲线上的x1和x2后，对于测试曲线上从x1到x2的点逐个调用水平线与多边形的交点法，判断测试曲线中从x1到x2的所有点与通过窗的包含关系，当这些点完全包含于通过窗内时，且x1点的前一个点的横坐标小于P0点的横坐标，x2点的后一个点的横坐标大于P3点的横坐标，则表示待测曲线和通过窗的关系是左进右出，此时曲线合格，否则不合格。如图4（1）中a图所示曲线从左侧进入、右侧离开并且期间没有接触其它侧，曲线判定为合格，否则，如图（1）b图所示的曲线就不合格。在图4（2）中，设置通过窗的左侧为进入侧、上侧为离开侧。在这种情况也是采用上述相同的方法查找出测试曲线上的两个点x1、x2。并调用水平线与多边形的交点方法，判断测试曲线上从x1到x2的点与通过窗的包含关系。不同的是要判断x2点的是否位于通过窗的上边界。当这些点完全包含于通过窗内时，且x1点的前一个点的横坐标小于p0点的横坐标，x2点的后一个点的纵坐标大于p2点的纵坐标，则表示待测曲线和通过窗的关系是左进上出，此时曲线合格，否则不合格。如图4（2）中c图所示曲线从左侧进入、上侧离开并且期间没有接触其它侧，曲线判定为合格，否则，如图4（2）中d图所示的曲线就不合格。

如图5所示为本发明的水平线与多边形交点法判别原理示意图。水平线与多边形的交点法是一种判断平面上的点是否位于同一平面任意一个多边形内的方法。本发明中水平线与多边形的交点法设计如下：当点位于多边形内部时，过该点任意做一条直线（本发明中所做的直线为水平线），统计位于点单侧的直线与多边形边的交点数，此交点数一定为奇数。当点位于多边形外部时，过该点任意做一条直线与多边形相交，统计位于点单侧的直线与多边形边的交点数，此时交点数一定为偶数。由图5可以看出，在图5的（1）图中，过“。”点做任意一条直线， “。”点一侧与多边形相交的点数为1或3（奇数），则可以判断“。”点位于多边形内部；在（2）图中，过“。”点做任意一条直线， “。”点一侧与多边形相交的点数为2（偶数），则可以判断“。”点位于多边形外部。

如图6所示给出了本发明中水平线与多边形的交点方法流程图，本流程图以图4中待测曲线中的任意一点与通过窗的关系为例。首先，输入待测点的坐标为（x,y），输入通过窗的顶点坐标数组，以通过窗的任意顶点为起始点，以相邻的顶点为终点，分别得到p0p1边、p1p2边、p2p3边和p3p0边。其次，判断p0点的纵坐标与p1点的纵坐标是否相等，如果相等则说明p0p1边与x轴平行,即过（x,y）的水平线与p0p1边重合或不会有交点，此时，继续该点与下一条边的关系进行判断；如果不相等，则判断待测点（x,y）的纵坐标与p0p1边的纵坐标的关系，若前者大于后者的最大值或小于后者的最小值，则说明通过该点的水平线与p0p1边不会有交点，此时继续该点与下一条边的关系进行判断；若前者介于后者的最大值和最小值之间，则说明过该点的水平线与p0p1边有一个交点，根据相似三角形原理求出该交点的横坐标，当交点的横坐标大于待测点（x,y）的横坐标时，Num值加1。

采用上述方法依次判断该待测点（x,y）与其他3条边的关系（flag=3时，说明待测点与4条边关系的判断已经进行完成），得到最终的Num值。如果Num为奇数，则说明点在多边形内部，如果Num为偶数，则说明点在多边形外部。

如图7所示，给出了本发明中ARM控制器的曲线评估方法设计主程序流程图，在该主程序中，硬件初始化包括IO端口、初始化液晶显示、初始化触摸设置、分别初始化AD、初始化定时器等、软件初始化emWin、界面设计、开定时器中断、界面显示。在界面显示的同时，当采样数据达到采样点后，就会在液晶屏上显示本次采样曲线，同时进行曲线的评估算法的运算，评估算法完成后将曲线数据和计算结果保存到SD卡，如此反复。

Claims (2)

1.一种基于嵌入式系统力/位移的曲线检测评估装置，其特征在于包括：ARM芯片(1)作为曲线标定过程实现的核心处理单元，ARM芯片(1)通过内部集成的液晶驱动模块(3)与液晶触摸屏(2)相连接，根据液晶屏的触发指令进行相应的设置和操作，采样的曲线在液晶触摸屏(2)上实时显示；ARM芯片(1)通过内部集成的AD模块(4)与调理电路(5)相连接，接收传感器(6)的信号；ARM芯片(1)通过SDIO通信方式与SD卡(7)相连接，用于评估液晶触摸屏(2)的曲线显示界面显示的曲线；

所述ARM芯片(1)采用嵌入式图形用户界面工具emWin进行曲线评估界面的设计并在液晶触摸屏(2)上进行显示，液晶触摸屏(2)显示的评估界面包含：曲线显示界面、曲线信息界面、开始按键、返回按键四个部分，其中曲线信息界面在未开始测试前会显示标准曲线的力和位移的最大值坐标，开始后则实时显示待测曲线的力和位移的最大值坐标以及每个采样点的实时坐标；曲线显示界面会显示标定曲线以及评估标准窗或包络，可根据实际需要移动三种窗的位置，三种窗的位置不同，其坐标就会不一样，该坐标将作为测试曲线判断的依据；三种窗移动完成后，若点开始按键，则启动采样，当采样完一组数据后，该组数据就会以不同于标定曲线的颜色在曲线显示界面显示一条曲线，然后系统就会以标准曲线为基础通过设置的评估窗或包络对本待测曲线进行判断。

2.一种基于嵌入式系统力/位移的曲线检测评估方法，其特征在于包括：

ARM芯片(1)根据液晶触摸屏(2)传来的设置指令，启动片内ADC进行采样；

采样结束后的数据通过DMA通道传送至片内存储空间；

通过定时器定时读取片内存储空间的采样数据，达到设定的采样点数；

对采样结果进行数字低通滤波、加权平均滤波处理，处理完成后的数据送至液晶触摸屏(2)的曲线显示界面进行实时显示；

对处理完后的数据显示的曲线进行评估判断，判断完成后将此曲线送至SD卡进行存储；

采用计算水平线与多边形交点的方法进行待测曲线与评估窗口关系的判断：

把曲线显示界面当成一个以左下角为原点的坐标平面，由于所有曲线以及评估标准窗都在一个平面内显示，所以待测曲线、标准曲线以及评估标准窗和包络在曲线显示界面都可以找到其坐标，又由于评估标准中的窗和包络在在平面内都是一些不同形状的多边形，待测曲线又是一个个坐标点，所以只要找到平面上点与多边形的包含关系，就可确定待测曲线与各类判断窗及包络的位置关系，从待测曲线与各类判断窗及包络的位置关系，即可判断此待测曲线是否合格；对于线程窗，只有当测试曲线从其左侧进入右侧离开这样曲线才算合格；对于通过窗，测试只有根据评估设置界面中设置的进入侧和离开侧进入和离开这样曲线才算合格；对于块窗则曲线只能进入不能离开才合格；而对于包络，测试曲线只能从左侧进入右侧离开并整个曲线不能超出包络的范围才合格；由于测试界面中评估方式任意搭配，所以在曲线评估时只要曲线不满足其中一个评估方式就不算合格，当所有评估方式都满足时曲线判定为合格。