除杂专题复习教学设计

除杂专题复习教学设计（精选3篇）

篇1：除杂专题复习教学设计

初中化学 除杂专题

（李恒伊春市西林职业技术学校）

主要物质（杂质）除杂试剂除杂方法

1、CO（CO2）石灰水或NaOH溶液洗气

2、CO2（CO）灼热的CuO洗气

3、CO2（HCl）饱和的NaHCO3溶液洗气

4炭粉（MnO2）

5、CO2（SO2）

6、MnO2（C）

7、炭粉（CuO）

8、Cu（CuO）

9、CuO（Cu）

10、BaSO4（BaCO3）

11、Na2CO3（NaHCO3）

12、NaCl（CuSO4）

13、NaOH（Na2CO3）

14、KCl(K2CO3)

15、KNO3(KCl)

16、FeSO4（CuSO4）

17、CaCl2（HCl）

18、CaO（CaCO3）

19、NaNO3(Na2SO4)20、H2（HCl）

21、KNO3(NaCl)

22、NaCl(KNO3)

23、炭粉（Zn粉）

浓HCl饱和的NaHCO3溶液空气盐酸盐酸空气盐酸------Ba(OH)2溶液Ca(OH)2溶液BaCl2溶液AgNO3溶液铁粉CaCO3-------Ba(NO3)2溶液石灰水或NaOH溶液--------蒸发溶剂盐酸

加热过滤洗气 灼烧 过滤过滤灼烧 过滤

加热过滤 过滤 过滤 过滤 过滤 过滤 灼烧 过滤洗气

冷却热饱和溶液 结晶过滤

篇2：煤炭除杂自动化系统的设计

针对目前我国煤杂分选大多采用手选, 工人劳动强度大、生产效率低、工作环境恶劣等情况, 笔者设计了煤炭除杂自动化系统。该系统将计算机视觉系统和机械手联合起来, 大大改善了工人的工作环境, 降低了工人的劳动强度, 提高了劳动生产率, 具有良好的社会和经济效益。

1系统组成

煤炭除杂自动化系统包括计算机视觉系统、关节机械手和控制系统3个部分, 如图1所示。

2计算机视觉系统

该系统的主要功能是通过对图象的实时采集处理, 识别出输送带上产品中的杂物 (前提:产品、输送带与杂物的像素值存在着较大的差别) , 并将需取杂物的重心直角坐标转换成各个关节的运动量, 进而转换各个关节电机所需的脉冲数, 通过I/O接口送出脉冲给电机控制器, 驱动电机转动, 使机械手到达目标点, 抓取物体, 以达到除杂的效果。

2.1 硬件配置

考虑到现场的情况, 选用CMOS摄像头, 像素为3 000 000;采集卡选用北京中自公司的M10_L, 微机为586以上, 内存32 MB以上, 硬盘800 MB以上, 硬件必须和采集卡兼容 (否则易死机) ;考虑到环境的影响, 选用可见光作为光源 (白炽灯) ;为使图象获得高对比度, 照射方法选用背向照明, 即被测物放在光源和摄像机之间。

2.2 软件设计

图象的实时采集、处理、坐标转换程序均由VB语言编写 (程序略) 。图象处理部分包括:

(1) 图象的平滑处理:采用中值滤波法 (较均值滤波效果好, 但所需时间较长) 。

(2) 阈值的提取和图象的二值化:采用大净的判断分析法, 即将被分开的两部分像素之间方差最大的像素作为阈值, 阈值由程序自动产生, 根据阈值二值化图象。

(3) 二值化图象的边界跟踪:跟踪方法是在左手法则和搜索法的基础上, 针对该系统的具体情况进行改善。具体做法是围绕物体中心在360°内分成4个搜索方向, 分别对应1个搜索因子, 如图2所示。找到物体的初始点后, 先以3点钟方向为初始方向, 顺时针搜索, 当相对搜索因子大于4时, 搜索方向改为以6点钟方向为初始方向继续顺时针搜索, 依次循环, 直至与初始点重合, 停止搜索 (称其为时钟法) 。

(4) 图象填充:图象填充的目的是为了顺利找到下一个种子点, 针对1幅图象中有多个杂质的情况, 需要将已经搜索的物体重新填充为另一灰度值 (如200) 。经过图象处理最后得到杂质的面积以及该物体的重心坐标 (单位像素) , 判断最大杂物的面积是否大于一定的值, 如果大于, 即将其重心坐标进行单位转化, 转化为毫米级 (每像素长=0.5 mm, 每像素宽=0.33 mm) , 再根据物体重心坐标与各电机所需脉冲数的关系, 将坐标数转变成电机的脉冲数, 通过对VB自身的MSComm控件将脉冲数传给单片机8031。

3关节式机械手的设计

关节式机械手的驱动方式选用电力驱动, 驱动源选用步进电机, 自由度数设计为5个, 能完成5个运动, 即腰回转、肩回转、肘回转、手腕摆动和手的张合。采用点位控制方式, 能抓取最大为0.5 kg的物体 (最大体积为80 mm×80 mm×80 mm) 。手爪的张开由电机带动钢丝绳实现, 手爪的闭合由回复弹簧完成;通过电机带动链传动确保机械手爪始终垂直向下;而大、小臂的回转和底座的转动由齿轮传动实现。

底座中心布置在输送带的中间, 以机械手爪能够到达的扇形区域为依据, 由作图法确定大、小臂的长度分别为500 mm、450 mm。CMOS摄像头布置在机械手的前方, 两者之间的距离由输送带的速度和图象处理以及机械手动作所耗时间共同决定。考虑到机器人在工作过程中各关节的运动范围较大, 因而各构件重力所引起的偏重力矩很大, 如果不采取措施, 势必会引起驱动元件和传动部件尺寸和重量增大, 人工示教费力, 且不能在任意位置停机, 所以在结构中, 设计选用弹簧式平衡装置来抵消或减小偏重力矩的影响。此外, 对大、小臂的传动齿轮采用合适的制动器, 进一步确保系统的精确定位。

4运动分析

由于控制方式采用点位控制, 故无需考虑初始点与目标点之间的移动路径。由于初始点已知, 目标点可通过摄像头获取图象, 经采集卡进行模/数转换后送入PC机内存。考虑到现场输送带的速度 (1～2 m/s) , 故必须优化程序的设计, 减少程序的运行时间, 这里放弃位置求解法 (因它需要进行坐标系的连续变换, 即变换矩阵的连乘, 软件实现较困难, 且所需时间较长) , 而推出一种求运动方程的逆解法, 也可称为间接位置求解法。具体实现方法如下:

先求大、小臂的运动参数, 根据大、小臂的相对运动情况, 可将大、小臂看作为一个伸缩机构, 也就是说大、小臂通过一个关节相连接的目的是改变执行机构的长度。于是角度的转变过程便可看成是长度调整的过程, 而大臂的转动最终带动末端执行器到达所指定的坐标。小臂相对大臂转动使AC间的距离调整到AC′, 使得AC′的距离等于AE的距离。大臂转过θ1角, 相应的小臂运动到E处。其运动轨迹如图3所示 (在大、小臂所在平面内, 以大臂与底座接触中心为坐标原点建立直角坐标系) 。

图3中, 圆O0表示长度AC调节为AE时可能存在的C点的集合;圆O1表示大臂不动时, 只转动小臂上C点的集合, 它与圆O0的交点有2个:C′和C″。等价于求圆X2+Y2=AE2与圆 (X-XB) 2+ (Y-YB) 2=BC2的交点坐标。通过计算得C′和C″的坐标值, 这时可比较BC′和BC″的大小, 取其较小值。由图3可知:θ1=θ′1, 利用余弦定理可求出θ′1和θ2:

undefined

取Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别为手腕、肘、肩、腰处驱动电机, Ⅲ、Ⅳ电机的步距角为α=1.5°/步, 大臂驱动齿轮传动比i1=5 (电机配套减速器传动比为2) , 小臂驱动齿轮传动比i2=4, 则需送给Ⅲ号电机的脉冲数undefined;需送给Ⅳ电机的脉冲数undefined。Ⅱ号步进电机的功能是保证手爪始终垂直向下, 其转过的角度是Ⅲ、Ⅳ号电机转过角度之和, 因其步距角α=1.5°/步, 传动比i=1, 故需送给Ⅱ号电机的脉冲数undefined。

同理, 在水平面内建立直角坐标系, 可求出V号电机所需的脉冲数n5。

本系统中各关节步进电机 (控制手爪电机除外) 是同时工作的, 而各关节的转动量不相同, 传动比也不同, 导致输入脉冲数不同, 显然n2大于n3和n4, 各脉冲数在数据存储器的位置如下所示:

假设n5>n2、n3>n4, 从小到大重新排序:

再对各脉冲数作进一步处理:

经过上述处理后, 机械手的动作就可按顺序完成各个脉冲数。完成一个脉冲数后调整电机的选通方式继续下一个脉冲数, 这样就解决了4个电机同步工作的问题。

5控制系统设计

控制系统结构如图4所示。

步进电机的步数、方向和速度的控制都由微机实现, 通过各接口进行信号的传递, 并作必要的隔离;驱动器的作用是将脉冲信号进行功率放大。

综合考虑各方面因素, 选用8031单片机作为处理器的核心元件, 片内产生时钟信号, 振荡频率为11.059 2 MHz, 复位电路选择上电复位。对存储器、I/O口进行适当的扩展, 采用芯片8713作为脉冲分配器, 单片机只需提供步进脉冲进行速度控制和转向控制, 脉冲分配的工作交给脉冲分配器自动完成, 大大减轻了CPU的负担。

由于步进电机的驱动电流比较大, 所以单片机与步进电机连接的接口电路选用可编程接口芯片8255A。驱动器选用大功率复合管, 驱动电路选择单电压驱动。为了抗干扰或避免一旦驱动电路发生故障, 造成功率放大器中的高电平信号进入单片机而烧毁元器件, 在驱动器与单片机之间加一级光电离合器电路, 如图5所示。

因单片机采用工业供电, 可使用图6所示的电路稳压滤波。

为了能将图象处理后的各电机脉冲通过单片机送入各电机, 单片机与微机之间选用串行通信, 通信接口电路如图7所示。

6结语

该系统具有自动识别、自动控制、体积小、重量轻、运动灵活、传动简单、控制方便等特点, 通过识别并自动除去原煤中的杂物 (如矸石、木块和雷管) , 有利于提高我国原煤的精度。如果在杂物周围覆盖着大量的黑色煤尘, 这时就需要在识别之前加上去除煤尘的环节, 或者再采用其它方法作为辅助手段。

摘要：文章介绍了煤炭除杂自动化系统的设计, 给出了系统的整体结构及各组成部分的工作原理。该系统采用图象处理和识别技术对煤与杂物进行识别, 结合计算机技术和机械自动化技术实现了煤、杂物的自动分选。

关键词：煤矿,除杂,自动化,计算机视觉,关节式机械手,运动分析,控制系统

参考文献

[1]张远鹏.计算机图象处理技术基础[M].北京:北京大学出版社, 1996.

[2]王新成.高级图象处理技术[M].北京:中国科学技术出版社, 2001.

[3]刘富强.基于图象处理与识别技术的煤矿矸石自动分选[J].煤炭学报, 2000 (5) .

[4]王洪兴.机械设计工程学[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2001.

篇3：除杂专题复习教学设计

一、知识回顾梳理

环节一：听写元素符号。

两个学生在黑板上板演，其余同学在提高本上完成听写任务。

<1>组成化合物种类最多的元素是

<2>海水中含量占前四位的元素是

<3>如果缺少，容易使人造成骨质疏松的元素是

<学生活动> 学生很容易写出如下元素符号：

C O H Cl Na Ca

设计意图：从最简单的元素符号入手，给学生创造轻愉快的学习氛围，内容简单，但的确非常重要。

环节二：请利用上述元素，尽可能多的写出组成化合物的化学式，并按氧化物、酸、碱、盐进行分类。

<学生活动>

氧化物：H2O、CO2、CO、CaO、H2O2

酸：HCl、H2CO3、

碱：NaOH、Ca（OH）2

盐：NaCl、Na2CO3、NaHCO3、CaCO3、CaCl2

任意书写化学式，问题放的很开，让学生信马由缰任意挥洒，但随之而来的是按氧化物、酸、碱、盐进行分类，凌乱的知识变得有序，让学生体会到分类之美。本环节的设计旨在训练学生的开放性思维，并在此基础之上提高学生用分类的思想解决问题的能力。

环节三：利用以上物质，按化合反应、分解反应、复分解反应，各写两个反应的化学方程式

<学生活动>

化合反应：CO2+H2O■H2CO3

CaO+H2O■Ca（OH）2

分解反应：2H2O■2H2↑+ O2↑

2H2O2■2H2O+O2↑

复分解反：Ca（OH）2+2HCl■CaCl2+H2O

Na2CO3+2HCl■2NaCl+H2O+CO2↑

元素、化学式、化学方程式是初中化学最常见的化学用语，三者环环相扣，层层递进，是引导学生跨入化学之门的敲门砖。以上教学设计，从微观到宏观，从宏观再到微观，让学生充分感受化学这门学科特殊的思维模式。

<过渡>其实一套试卷不会直接让你写那么多的化学方程式，在很多情况下化学方程式只是解决问题的工具，下面完成鲁教版化学下册25页习题5相关内容，顺势引导学生进入学以致用的环节。

二、知识应用提高

环节一：完成鲁教版化学下册25页习题5相关内容

问题：鉴别盐酸、氢氧化钠、碳酸钠和氯化钠四种溶液，各取少许，分别加入四支试管，再分别滴入紫色石蕊试液。

（1）先被鉴别出来的两种物质

鉴别依据为

（2）不用其他试剂，怎样将另外两种溶液鉴别出来？写出反应的化学方程式。

<学生活动>对学生来讲，完成上述问题并不太难，涉及到的化学方程式前面也已经复习过：

Na2CO3+2HCl■2NaCl+H2O+CO2↑

设计意图：以此题为切入点，进行一题多变的训练，同时将化学方程式应用到日常生活中。

环节二：对该题进行一题多变的研究

【变式一】只用酚酞一种试剂鉴别盐酸、氢氧化钠、碳酸钠和氯化钠四种溶液。

<学生活动>此题较难，由学生分组讨论解决。

在原题的基础上增加了难度，重点考查酸碱盐之间的复分解反应，旨在培养学生提高解决问题的能力。

【变式二】NaOH溶液为什么必须密封保存？

<1>如何检验NaOH变质？

<2>如何除去NaOH 中的杂质

<学生活动> NaOH溶液为什么必须密封保存？对学生来说难度不大，但如何检验、如何除杂则具有较大的难度，且具有一定的开放性，同时此问题也是中考重要考点之一。故采取先讨论，后点拨的教学方法。

设计意图：物质的鉴别，除杂虽然目的不同，但原理相近，都要靠物之间的相互反应来解决。

<点拨>要想熟练书写上述问题涉及到的化学方程式必须从微粒入手，掌握微粒间的相互反应规律：H+碰OH-生成水，H+碰CO32-产生气体，Ca2+碰CO32-产生沉淀。

设计意图：让学生充分体会复分解反应的三大条件，都是靠微粒间的相互作用体现的。