1、多路电阻测试及视觉识别系统Multipath resistance tester System Design 摘要目前，随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，在当今的电子测试领域，电阻的测量已经在测量技术和产品研发中应用十分广泛。随着科技的进步，利用机械万用表或者数字式万用表测量电阻己经不能满足人们的需求，机械万用表和数字万用表测量电阻均需要手动选择量程，同时需要手动调零，一般需要经过多次测量才能得出电阻值。机械万用表测量过程中表笔操作麻烦，读数不准确，测量结果精度不高。因此，设计安全、可靠、便捷的电阻测试仪具有极大的现实必要性。本设计以 STM32 为核心，对待测电阻进行测试，经模数转换，
2、再通过对数据进行分析计算。不仅测量精度高、便于使仪表实现自动化，构成的应用系统有较大的可靠性，系统配置、扩展灵活。具有自动换挡、测量精度高、操作简单和自动显示结果并生成记录文件等特点，能自动测试被测电阻，真正实现电阻阻值测量的自动化控制。采用测试钩，适合测试色环电阻，结合视觉识别技术，由于贴片电阻小，不容易用探针直接测量，肉眼观察也很不方便，用高清工业摄像头，采集图像，匹配需要测试的电路板上的贴片电阻，设定 ROI 区域后可以识别对应的字符。关键词：STM32 ，多路测试，恒流源，恒压源 视觉识别AbstractAt present, with the development of elect
3、ronic industry, electronic components increased dramatically, in the field of electronic testing nowadays, resistance measurement has been applied in measuring technology and product development is very extensive. With the progress of science and technology, using a multimeter or digital multimeter
4、to measure resistance has been unable to meet the needs of people with mechanical machinery, 000 table and digital multimeter to measure resistance are the need to manually select the range at the same time, the need to manually reset, usually need to go through multiple measurements can be obtained
5、. The mechanical resistance probe of the multimeter measurement process of complicated operation, inaccurate readings, measurement accuracy is not high. Therefore, the design of safe, reliable, convenient resistance testInstrument has great practical necessity. This design is based on STM32, to test
6、 the resistance test, the analog to digital conversion, through the calculation and analysis of data. Not only high precision, easy to realize automation, application system has higher reliability, system configuration, flexible expansion. With automatic shift the characteristics of high measuring p
7、recision, simple operation and automatic display results and generate log files, can automatically test the measured resistance, realize the automation of resistance measurement control. The test hook, suitable for testing the color ring resistance, combined with visual recognition technology, becau
8、se the patch resistance is small, not easy to probe directlyMeasurement, the naked eye observation is also very inconvenient, with high-definition industrial camera to collect images, matching the need to test the circuit board on chip resistors, set the ROI area, you can identify the corresponding
9、charactersKeyword: STM32,multiplexers,constant-current source,constant-voltage source,Visual identification目录第 1 章 绪论 .11.1 研究背景与意义 .11.2 国内外研究现状 .21.2.2 作品的问题与难点 .3第 2 章 系统设计 .42.1 系统工作流程 .42.2 作品设计的基本思路 .4第 3 章 硬件电路设计 .63.1 电源模块 .63.1.1 EMI 滤波模块 .63.1.2 电路板电源 .73.3 光耦隔离 .83.4 主芯片模块 .93.4.1 STM32F1
10、03VET6 介绍 .93.5 AD 采集模块 .123.6 电流、电压放大电路模块 .123.7 恒流源电路 .133.8 恒压源电路模块 .14第 4 章 程序设计 .154.1 整体设计 .154.2 程序设计 .154.3 测试上位机设计 .164.4 视觉识别软件设计 .17第 5 章 实物展示与测试总结 .185.1 实物展示 .185.2 测试数据对比分析 .205.3 视觉识别贴片电阻字符 .215.3 总结与展望 .22参考文献 .24第 1 页 共 31 页第 1 章 绪论1.1 研究背景与意义目前，随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，在当今的电子测试领域，电阻的测量已
11、经在测量技术和产品研发中应用十分广泛。随着科技的进步，利用机械万用表或者数字式万用表测量电阻己经不能满足人们的需求，机械万用表和数字万用表测量电阻均需要手动选择量程，同时需要手动调零，一般需要经过多次测量才能得出电阻值。机械万用表测量过程中表笔操作麻烦，读数不准确，测量结果精度不高。因此，设计安全、可靠、便捷的电阻测试仪具有极大的现实必要性。通常情况下，电阻测量依据产生恒流源的方法分为电位降法、比例运算器法及积分运算器法。比例运算器法测量误差稍大，积分运算器法适用于大电阻的测量，这些利用纯模拟电路的仪器虽然避免了编程的麻烦，但电路复杂，所用器件较多，灵活性差，测量精度低。因此，新型的电阻测试仪
12、亟待研发。测量直流电阻是变压器试验中的一个重要项目。通过测量，可以检查出设备的导电回路有无接触不良、焊接不良、线圈故障及接线错误等缺陷。目前，电子工业的蓬勃发展，电子元器件多种多样，正在以不同型号与类型在急剧地增加。电子测量技术，特别是对元器件的测量在电子行业与电子产品的研发中得到了广泛的应用，其中测试电阻在电子元器件生产厂商及研发领域已不可缺少，设计安全、可靠、便捷的电阻测试仪具有很大的必要性。在实际工作中，对于多路电阻进行测量，一般采用直接测量法人工操作进行，虽然这种方法很成熟，但所用的配套设备较多，测量数据手工纪录、人工计算，操作繁琐、效率较低，事后的数据处理及出具测量报告既费时又费力，
13、易出现人为因素造成的错判、漏判等，难以保证测量质量，影响了科研、实验生产任务的顺利进行。图像处理与图像识别是活跃的科学与计算机分支，遥 感、车辆自动驾驶、立体成像及自动监控发展最快，图像识别技术的核心就是对数字图像中含有的信息进行提取与相关计算的过程。第 2 页 共 31 页数字图像处理就是对量化的数字图像进行处理，改善图像的外观，对图像进行修改与增强。数字图像处理是为图像分析与识别做准备工作。数字图像分析是对图像中感兴趣的目标进行检测与测量，通常包括边沿检测、尺寸、特征提取等。图像识别是对目标进行归类，输出需要的信息，分析到识别就是降低信息熵，提取有效信息，将有用的图像信息提取与调用，机器视
14、觉就是将处理、分析、识别结合起来，开发可以与人脑机能比拟。及其视觉应用非常广泛，人脸检测、商品分类、自动驾驶、字符识别。OCR 应用于需要字符识别的机器视觉中，通过阅读字符，与创建的处理图像的机器视觉软件决定目标是否与训练的字符相匹配。机器视觉程序会使用训练过程中创建的字符集来读取目标的字符，与字符集进行比较来验证字符。机器视觉的 OCR 可以运用在发动机序列号、药品标签等，这里用作识别贴片电阻，通过字符训练，字符读取与识别，快速识别阻值大小。1.2 国内外研究现状中国电子测量技术经过 40 多年的发展历程，为中国的经济发展、科学文化、特别是国防军事的发展做出了的巨大贡献。随着世界高科技发展的
15、潮流，中国电子测量仪器也步入了高速发展的道路，特别是经过“九五”期间的发展，我国电子测量技术在若干重大科技领域取得了突破性进展，为我国电子测量仪器走向世界水平奠定了良好的基础。进入 21 世纪以来，科学技术的发展已难以用日新月异来描述。新工艺、新材料、新的制造技术催生了新的一代电子元器件，同时也促使电子测量技术和电子测量仪器产生了新概念和新发展趋势。本文拟从现代电子测量技术发展的三个明显特点入手,进而介绍下一代自动测试系统的概念和基本技术, 引入合成仪器的概念。数字电路应用领域的扩展，软件技术的高度发展及其在电子测量技术与仪器上的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不
16、断出现，产品智能化、数字化已成为人们追求的一种趋势，设备的功能，性价比，实用性等受到人们的关注，尤其是电子设备的精密度和稳定性。在许多方面已经冲破了传统仪器的概念，电子测量仪器的功能和作用发生了质的变化。就目前国内外的高精度数字式仪表，硬第 3 页 共 31 页件电路设计往往比较复杂，仪器的体积比较大，不仅不便于携带，而且销售价格比较昂贵。例如，传统的半偏法，电桥平衡法等方法在测试过程中不够智能化而且体积笨重，价格昂贵，需要外围环境优越和稳定的参数，测试操作过程中需要调试很多的环境参数，对一般使用的人来说非常不方便，在 21 世纪，我国基于数字显示的仪表虽然已经很成熟了，但是价格和易于操作性，
17、便捷性特别是智能方面有待发展，价格便宜和操作方法简单易懂、智能化的仪表开发和应用存在巨大的发展空间。OCR 可以应用在需要字符识别的机器视觉中，是一个通过机器视觉软件在图像中提取字符与文本，进行处理的过程，包含训练与读取两个阶段。训练就是教机器视觉软件你需要的字符，可以训练任一个数量的字符，创建字符集。在后续的读取与验证过程中，与目标进行相应的比较，这个训练过程可以是一次性的，也可以是多次训练过程，同样的字符可以在多种环境下面进行训练，光线的不同，大小的不同，有一定的缺陷等情况下。1.2.2 作品的问题与难点本作品主要问题及难点有:1.误差源分析及解决方案的比较选择;2.对测试仪模拟电路部分的
18、设计及内部、外部影响因素的抗干扰能力;3.快速、简便的测量过程及测量的高精度设计;4.模拟电路、数字电路及总体电路调试，软、硬件联调。5.机器视觉中对多目标的匹配与识别本作品的创新点: 自动转换量程 恒源恒流源结合，测试范围广 多路测试、测试文件保存 充分结合视觉识别技术，用高清工业摄像头，采集图像，视觉匹配电路板贴片电阻，OCR 识别字符。第 4 页 共 31 页第 2 章 系统设计 2.1 系统工作流程本设计采用的是多路电阻检测系统，从系统满足功能和成本考虑，采用ARM-ConterxM3 内核的 STM32 来实现。最多可同时检测 18 个电阻，各个通道直接采用继电器切换，采用外部 16
19、 位 AD 芯片，避免由 MCU 内部 ADC 多路采集相互干扰、精度不满足要求的问题，将电阻进行自动分档测试，不同的阻值单位采用不用的增益、参考电阻，当电阻值在 1 欧姆到 1M 欧之间时，采用恒压源法，当电阻值小于 1 欧姆时，使用恒流源法。系统总体结构框图如图 2-1 所示。测试对象继电器组切换通道恒流源模块恒压源模块调理放大电路调理放大电路模数转换电路S T M3 2 主控芯片上位机图 2-1 系统总体结构框图本设计采用层次化、模块化来实现系统设计，这样便于模块的调试与系统的集成，便于移植以及后续系统升级。2.2 作品设计的基本思路2.2.1 实现方法和基本内容本系统主要分为硬件和软件
20、两大部分，相应内容有:第 5 页 共 31 页1.深入研究电阻测量理论，分析误差来源及其解决方法;2.分析和选择各种微弱信号处理芯片、电路放大芯片和 A/D 转换芯片，进行电路图的设计和绘制；3. PCB 板的绘制、制作及调试，以期达到精度要求；4.硬件与软件系统的综合调试，用对各种标准为电阻来检验测试仪误差，对其进行调理以达到预期目的。2.2 作品实现的目标及预期的效果由于对电阻测试仪宽量程的需要，因此本测试仪的测量范围确定为 0-1M 通过对电流、电压信号的精确采集、滤波、放大、补偿、A/D 以及利用STM32 对测量获得的信号进行处理与计算，达到快速测量电阻的目的。深入分析并研究电路本身
21、以及测量环境的外界各种干扰因素对测量的影响，以达到对电阻的测量精度的要求。研究的预期成果有:1.电流、电压信号的精确采集、测量以及处理，并研究电路本身以及测量环境的外界电磁干扰对测量的影响，尽量减少测量误差;2.在嵌入式开发工具上实现程序的编写、调试与仿真;3.掌握高精度微弱信号的 PCB 板绘制、制作及调试。4.测试上位机软件的编写，测试文件的生成，实现多路显示与记录功能。本仪器的适用对象:各种线圈的电阻，开关、插头等仪器的接触电阻等。电阻测量范围为:0-1M恒压源部分测量 1 以上的电阻，分为四个量程量程 1: 1-100量程 2 : 100-1K量程 3: 1K-30K量程 4: 30K-1M恒流源部分测量 1 以下的电阻工作环境:温度为 00C-400C,湿度为:90RH
