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自动翻页扫描仪控制系统的研究

作　者: 胡东平
导　师: 葛召炎; 闵跃进
学　校: 湖南大学
专　业: 控制工程
关键词: 扫描仪自动翻页模糊-PID双模控制三相混合式步进电机模型仿真
分类号: TP334.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着互联网的发展以及数字时代的来临,人们非常希望足不出户就能够通过网络博览群书,但是目前大部分的书籍都是以纸质的形式存在的,因此,研究人员遇到了怎样把大量纸质图书扫描成电子图书的问题。传统的扫描仪由于需要人工翻页,所以效率低下,不再适应对大量的纸质图书进行扫描,所以急需研究一款能够具有自动翻页功能的扫描仪。首先,本文分析了自动翻页扫描仪的总体结构,并深入研究了其中的翻页控制系统,最终设计出了一款功能齐全的自动翻页控制装置,该装置能够满足顺利翻起书页、确保每次翻过的书页均为1页和适应对不同尺寸的书本进行翻页等基本条件。其次,为了降低自动翻页扫描仪的生产成本,自动翻页控制系统的12个驱动电机均采用步进电机,这其中包括4个三相混合式步进电机,6个三相混合式直线步进电机和2个三相反应式步进电机。同时,为了提高各步进电机的响应速度和运行精度,本文运用模糊-PID双模控制理论、采用细分驱动技术对电机进行闭环控制。再次,在对整个自动翻页控制系统进行详细研究的基础上,选取性能优异的Atmega169/Atmega16单片机作为系统的主/从控制芯片,选取STK673-010芯片作为三相步进电机的驱动芯片,选取JSP5208-401G-010绝对式光电编码器用于获取电机的位置信号,选取MPX5100和GPAUT0-L6B-Z用于获取气压信号和压力信号,并根据系统的要求搭建了完整的硬件电路。最后,为了检测步进电机的运行效果,本文采用Matlab/Simulink仿真工具搭建了闭环控制系统的各功能模块,并通过调节相关参数,最终获得了直观的波形图。结果表明,步进电机在上述控制方法的作用下运行状况良好,这意味着本文研究的自动翻页扫描仪控制系统不仅能够实现所有的功能,而且能够获得比较优异的性能。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-13
  1.1 课题的研究背景与意义  10-11
  1.2 自动翻页扫描仪技术的国内外研究现状  11-12
  1.3 论文的主要研究内容  12-13
第2章自动翻页扫描仪的总体设计  13-24
  2.1 自动翻页扫描仪的总体结构  13
  2.2 字符识别系统  13-15
    2.2.1 OCR 技术的概述  13-14
    2.2.2 字符识别系统的工作流程  14
    2.2.3 OCR 软件选型  14-15
  2.3 图像采集系统  15
  2.4 翻页控制系统  15-21
    2.4.1 翻页控制系统总体结构  15-16
    2.4.2 自动翻页扫描仪载书平台  16-17
    2.4.3 书页固定装置  17-18
    2.4.4 翻页机械臂装置  18-20
    2.4.5 书本垂直移动限位装置  20-21
  2.5 自动翻页控制系统的工作流程  21-23
  2.6 本章小结  23-24
第3章自动翻页控制系统中步进电机的控制研究  24-31
  3.1 自动翻页控制系统步进电机的选型  24-25
  3.2 三相混合式步进电机的研究  25-27
    3.2.1 三相混合步进电机的基本结构  25
    3.2.2 三相混合步进电机的工作原理  25-26
    3.2.3 三相混合步进电机的数学模型  26-27
  3.3 步进电机的细分驱动技术介绍  27-28
  3.4 模糊-PID 双模控制器设计  28-30
  3.5 本章小结  30-31
第4章自动翻页控制系统的实现  31-41
  4.1 翻页控制系统的硬件结构  31
  4.2 控制芯片的选型  31-33
    4.2.1 AVR 单片机的优点  32
    4.2.2 Atmega16/169 单片机的简介  32-33
  4.3 步进电机控制电路的实现  33-38
    4.3.1 STK673-010 三相步进电机驱动芯片  33-36
      4.3.1.1 STK673-010 的特性  34
      4.3.1.2 STK673-010 的功能分析  34-36
    4.3.2 JSP5208-401G-011 光电编码器  36-38
  4.4 压力测量电路的实现  38
    4.4.1 AUT0-L68-Z 压力传感器  38
    4.4.2 AD623 放大芯片  38
  4.5 电磁阀控制电路的实现  38-40
    4.5.1 3V210-06-NO-DC12 电磁阀  38-39
    4.5.2 SRD-05VDC 继电器  39
    4.5.3 ULN2003 驱动芯片  39
    4.5.4 MPX5100GP 气压传感器  39-40
  4.6 本章小结  40-41
第5章自动翻页控制系统的步进电机控制仿真  41-50
  5.1 Matlab/Simulink 的简介  41
  5.2 三相混合式步进电机各仿真模型的搭建  41-47
    5.2.1 三相混合式步进电机数学模型的模块创建  41-42
    5.2.2 STK673-010 驱动模块的创建  42-44
    5.2.3 增量式PID 控制模块的创建  44
    5.2.4 模糊控制模块的创建  44-47
  5.3 三相混合式步进电机的总体仿真  47-49
  5.4 本章小结  49-50
结论  50-52
参考文献  52-54
致谢  54

自动翻页扫描仪控制系统的研究

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