CN107291002A - 一种基于单片机控制模块的微滴喷射测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
用于微滴喷射过程图像检测的测量模式，由单片机模块作为整个观测系统的控制核心。以单片机为控制核心的下位机和上位机PC等构成的微滴喷射控制系统模块，负责产生微滴喷射驱动信号、CCD触发信号、光源LED的频闪信号；频闪模块接收微滴喷射控制系统模块产生特定波形作为驱动信号驱动，产生LED频闪光源；图像采集处理模块基于频闪成像技术，通过接收由微滴喷射控制系统模块产生的TTL电平实现操作；微滴喷头驱动模块由微滴喷射控制系统模块产生驱动信号实现操作，进行微滴喷射。通过这种测量方式实现对微滴喷射过程图像的精确采集以及对微滴喷射过程相关参数的精准测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种3D打印微滴喷射的测量技术，特别涉及一种基于单片机控制模块，由单片机系统作为整个测量系统控制核心的微滴喷射测量技术。
背景技术
在微滴喷射系统中，微滴的喷射速度很快，往往完成一个微滴喷射过程所需的时间是在毫秒级，甚至在微秒级。同时微滴喷射所产生的微滴尺寸也非常之小，体积大小一般在几十皮升，也有达到飞升级别的。因此，要准确观测微滴喷射过程，就必须搭建图像采集系统，将微滴喷射过程通过高速成像技术采集起来，这样微滴喷过程会被一帧帧图像呈现处理，经过图像处理软件处理后就可以获得最直接信息数据。
目前的相关技术应用中，目前，在微滴喷射过程进行参数测量的方法主要有机械测量法和光学测量法。机械测量法是在微滴喷射沉积后对其进行收集，然后利用显微镜进行观察和测量，可以得到微滴的直径，通过测量一定时间内沉积产生的微滴的质量，可以间接获得喷嘴内的微滴喷射速度。这种方法操作简单，但是计算误差大，且不易控制。光学测量法主要有激光多普勒粒子分析技术和基于高速采集相机的图像技术。激光多普勒粒子分析技术的测量精度高，但是进行检测所需的仪器成本高，且对喷射的微滴的透光性有很高的要求，因此测量的局限性很高。采用高速摄像机采集微滴喷射过程图像，得到的实验数据精度较高，但是该种方法价格十分昂贵，不利于普及推广。另外，还有采用以FPGA为控制核心的微滴喷射图像采集系统进行微滴过程采集，但是该方法在键控、显示和系统协调方面较差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种一种基于单片机控制模块的微滴喷射测量方式。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
(1)以单片机为控制核心的下位机和上位机PC等构成的微滴喷射控制系统模块。该模块作为整个系统的控制核心，负责产生微滴喷射驱动信号、CCD触发信号、光源LED的频闪信号。同时整个控制系统由PC机控制，PC机负责向单片机发送的控制信号包括频率控制字、延迟时间，同时还发送微滴喷头所需的驱动波形数据。PC机与单片机之间的通信则选用比较通用、简单的RS232通信标准来实现，通过MAX232芯片实现RS232电平与TTL电平之间的转换。
(2)频闪模块。该模块由微滴喷射控制系统模块产生特定波形作为驱动信号驱动，可接收5V～12V外触发脉冲信号，频率为1800次/min～5400次/min，可完成单次工作时间的设定与修改。(单次工作时间是指频闪灯从工作到自动停止的连续工作时间)停止内光灯时，屏幕显示“PAUSE”字样，此时按任意键重新开始频闪工作状态。关闭电源开关，按住方式键不放，然后打开电源开关，显示屏显示原来设定的数值，每一单位为10秒(如显示12即为120秒)按+，－键修改数据值，完成后5秒自动储存并确认。
(3)图像采集处理模块。该模块基于频闪成像技术，通过接收由微滴喷射控制系统模块产生的TTL电平实现操作。微滴喷射系统在同一驱动信号下的喷射过程是一致的，即重复性的，这样保证了每一次频闪在同一位置所获得的图像是一致的。同时微滴喷射的频率与频闪频率是相同的。这样通过控制光源的照明时间，保证光源照明时间足够短，就可以将微滴冻结某一位置上，得到高速运动的微滴的清晰图像。同时在CCD单次采集时间内对微滴运动的同一位置进行多次频闪，使CCD能够得到足够的光源而采集到清晰图像。之后CCD将采集到的图像传回PC上位机端，进行后续的图像处理。
(4)微滴喷头驱动模块。该部分由微滴喷射控制系统模块产生驱动信号实现操作，主要包括D/A转换电路、滤波电路、电压幅值调节电路和高压放大电路等几个部分。该模块关键技术在于微滴喷头的驱动信号频率和频闪光源的控制信号频率必须要严格保持一致，同时频闪的控制信号的起始信号与微滴喷头的驱动信号的相位必须一致，这样才能采集指定时间的微滴的运动状态图像。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：解决了传统的微滴喷射图像检测方式存在的计算误差大，控制难度高，测量局限性大以及成本昂贵等问题，调节时序灵活，编程简单，并具备非接触性、实时性、灵活性和高可靠性等优点。
附图说明
图1是本发明的总体方案示意图；
图2是串口模块电平转换电路图；
图3是CCD触发模块电路示意图。
图1中，1.PC，2.RS232串口模块，3.下位机处理系统，4.CCD相机，5，微滴喷头，6，频闪光源。
图2中，7.0.1μF电解电容，8.0.1μF电解电容，9.0.1μF电解电容，10.0.1μF电解电容,11.MAX232芯片，12.DB9串口。
图3中，13.4引脚排阻，14.2kΩ电阻，15.10μF电解电容，16.AT89C1051单片机，17.102pF电容，18.56Ω电阻，19.1kΩ电阻，20.LM393数字放大器，21.510pF电容，22.510pF电容，23.1kΩ电阻，24.1kΩ电阻，25.LED，26.LED，27.1kΩ电阻，28.1kΩ电阻，29.CCD，30.1kΩ电阻，31.0.1μF电容，32.10pF电解电容。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例：整个图像检测处理进行分析可知，以单片机为控制核心的下位机和上位机PC等构成的微滴喷射控制系统模块需要三个信号，分别是微滴喷头驱动信号、CCD控制信号、光源频闪模块控制信号。详细工作步骤如下：
(1)由PC上位机软件发送指令，在上位机界面中，需要完成波形数据和命令控制参数的产生和转换，同时其向下位机发生波形数据存储命令、命令控制参数存储命令、频率控制字，延时时间和信号幅值增益等多个信号控制参数，同时还负责向下位机传递波形数据，通过RS232串口模块进行RS232电平与TTL电平的转换，发送到下位机单片机上。
(2)以单片机为控制核心的下位机首先输出微滴喷头的驱动信号，同时对光源施加频闪所需的与驱动信号同频率的脉冲信号，且延时。只要保证延时时间与所需要的拍摄图像位置一致。若将频闪信号时间延时100us，那么经过多次频闪曝光之后将得到这一位置的微滴状态图像。图像采集模块能够工作的关键技术在于微滴喷头驱动信号的频率与频闪信号频率必须要保持严格一致且同步。而频闪脉冲信号的脉宽应该尽量的短，这样才能尽可能的采集指定时间的微滴的运动状态图像。
(3)CCD相机的工作触发信号需要持续一段时间的低电平段，触发后，摄像机进入曝光状态，待曝光完成后通过数据线将数据读取到PC机，然后等待下次触发信号的到来。在CCD相机的每一次曝光过程里，由脉冲信号发出多次脉冲，受其控制的频闪光源对驱动信号同一位置处进行多次曝光，从而实现成像所需的要求。之后，CCD相机将采集到的图像发送回PC，进行后续的图像分析处理和参数测量。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种用于进行微滴喷射图像检测的测量系统，其特征在于，包括以单片机为控制核心的下位机和上位机PC构成的第一微滴喷射控制系统模块(1)、第二微滴喷射控制系统模块(2)、第三微滴喷射控制系统模块(3)，频闪模块(6)、图像采集处理模块(4)和微滴喷头驱动模块(5)。
2.一种应用权利要求1所述的微滴喷射图像检测的测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下工作步骤：
S1、由PC上位机软件发送指令，在上位机界面中，完成波形数据和命令控制参数的产生和转换，同时其向下位机发送多个信号控制参数，同时还负责向下位机传递波形数据。
S2、通过RS232串口模块进行RS232电平与TTL电平的转换，发送到下位机单片机控制模块上。
S3、以单片机为控制核心的下位机首先输出微滴喷头的驱动信号，同时对光源施加频闪所需的与驱动信号同频率的脉冲信号，且延时，同时保证延时时间与所需要的拍摄图像位置一致。
S4、CCD相机的工作触发信号需要持续一段时间的低电平段，触发后，摄像机进入曝光状态，待曝光完成后通过数据线将数据读取到PC机，然后等待下次触发信号的到来。
S5、CCD相机将采集到的图像发送回PC，进行后续的图像分析处理和参数测量。
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|---|---|
| CN (1) | CN107291002A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108031573A (zh) * | 2018-01-28 | 2018-05-15 | 北京工业大学 | 单液滴静电喷射系统稳定工作的调控方法 |
| CN112433483A (zh) * | 2020-09-03 | 2021-03-02 | 南京理工大学 | 基于多微处理器结构的时序控制器 |
| CN114979427A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-08-30 | 天津大学 | 高速同步频闪转子叶尖图像采集装置及方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103792874A (zh) * | 2014-01-22 | 2014-05-14 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 用于激光主动成像的嵌入式距离选通主控系统 |
| CN103898619A (zh) * | 2014-03-07 | 2014-07-02 | 广东工业大学 | 一种连续无针电纺纳米纤维轨迹采集装置 |
| CN204429531U (zh) * | 2015-02-03 | 2015-07-01 | 厦门理工学院 | 一种实验用电磁微滴喷射控制系统 |
| CN105451999A (zh) * | 2013-08-13 | 2016-03-30 | 富士胶片戴麦提克斯公司 | 提供用于微滴喷射的具有弯月面控制的多脉冲波形的方法、装置和系统 |
| CN205430740U (zh) * | 2016-04-07 | 2016-08-03 | 杭州汇萃智能科技有限公司 | 一种新型的机器视觉照明控制系统 |
-
2017
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105451999A (zh) * | 2013-08-13 | 2016-03-30 | 富士胶片戴麦提克斯公司 | 提供用于微滴喷射的具有弯月面控制的多脉冲波形的方法、装置和系统 |
| CN103792874A (zh) * | 2014-01-22 | 2014-05-14 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 用于激光主动成像的嵌入式距离选通主控系统 |
| CN103898619A (zh) * | 2014-03-07 | 2014-07-02 | 广东工业大学 | 一种连续无针电纺纳米纤维轨迹采集装置 |
| CN204429531U (zh) * | 2015-02-03 | 2015-07-01 | 厦门理工学院 | 一种实验用电磁微滴喷射控制系统 |
| CN205430740U (zh) * | 2016-04-07 | 2016-08-03 | 杭州汇萃智能科技有限公司 | 一种新型的机器视觉照明控制系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张津瑞等: "《气动式微滴喷射控制系统的设计与实现》", 《西安工程大学学报》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108031573A (zh) * | 2018-01-28 | 2018-05-15 | 北京工业大学 | 单液滴静电喷射系统稳定工作的调控方法 |
| CN112433483A (zh) * | 2020-09-03 | 2021-03-02 | 南京理工大学 | 基于多微处理器结构的时序控制器 |
| CN114979427A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-08-30 | 天津大学 | 高速同步频闪转子叶尖图像采集装置及方法 |
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