检测系统设计论文

下面是小编精心推荐的《检测系统设计论文(精选3篇)》，供大家参考借鉴，希望可以帮助到有需要的朋友。摘要：本文要探讨的交叉杆自动检测系统，就是通过PLC控制机械手的升降、抓取、释放、移动、窗户的升降、小车的进退，且经过较为复杂的编程使这一系列的动作自动有序完成。

第一篇：检测系统设计论文

100Gbps误码检测系统设计与实现

摘要：文章提出一种100Gbps误码检测系统设计方案，可应用于100Gbps数字传输系统、光纤通讯系统的误码检测和告警监测。该系统支持IEEE 802.3ba 100GE标准和ITU OTL 4.4 OTU4标准业务速率，支持被测对象进行误码告警检测，误码率监测以及接收灵敏度测试。本误码检测系统体积小、检测效率高、操作简便、成本优势明显，可用于数字传输系统产品、光纤通信系统产品误码检测和告警监测，亦可大量装配于生产线供产品生产调试使用。

关键词：100Gbps;100GE;OTU4;误码检测

随着运营商和企业网市场对提升网络带宽的迫切需要，市场对100Gbps光通讯产品的需求迎来爆发式的增长。由于100Gbps光通讯仪表昂贵的价格，光通讯企业在产品生产中面临巨大的成本压力。文章提出一种100Gbps误码检测系统设计方案，可应用于数字传输系统、光纤通讯系统的误码检测和告警监测的离线测试系统，支持100Gbps IEEE 802.3ba100GE标准和ITU OTL 4.4 OTU4标准业务速率。可大量装配于上述产品的生产线供产品生产调试使用。

1 100G误码检测系统设计与实现

1.1 误码检测系统方案介绍

误码检测系统由发送部分、接收部分、控制部分、软件系统四部分组成。

发送部分主要由码型发生器组成，负责4路25Gbps高速PRBS信号生成。

接收部分由码型检测模块、告警监测模块构成。码型检测模块执行误码统计，在误码统计基础上，误码检测软件系统计算当前误码率、产生误码告警。告警监测提供：接收信号丢失告警(LOS)、接收信号失锁告警(LOL)。

控制部分完成对发送、接收、时钟CMU控制，并提供系统与终端设备间通讯接口。

软件系统包括终端软件和误码检测装置嵌入式软件。终端软件系统提供人机交互界面，完成用户输入配置和误码检测装置运行状态输出显示;嵌入式软件负责对误码检测系统发送、接收部分控制、误码计数、误码率统计、告警监测，与终端软件系统数据交互。

1.2 误码检测系统硬件设计

本设计采用博通BCM84xxx芯片实现发送和接收的码型发生和检测功能。BCM84xxx芯片是应用于100GMSACFP模块内部的GearBox芯片，其功能是实现收发双向4×25Gbps到10×10Gbps数据转换，芯片4×25Gbps侧提供PRBs码型发生和检测模块，本设计将BCM84xxx4～25Gbps侧发送侧4路高速差分CML信号和接收侧4路高速差分CML信号与CFP2连接器4X25Gbps高速侧相连，PRBS信号通过CFP2/CFP4模块发送侧环回到接收侧，完成对待测模块通路检测。

如图1所示，系统控制部分由MCu和FPGA配合实现。FPGA实现SPI总线与MDIO总线协议转换。MCu通过FPGA实现对BCM84xxx芯片访问控制。MCU对外提供网口供终端与本系统交互。

本系统支持IEEE 802.3ba 100GE标准和ITU OTL4.4(OTU4)标准，在100GE和OTU4两种模式下工作，BCM84xxx需要不同参考时钟支持。时钟倍频单元(CMU)提供100GE和OTU4两种业务模式下时钟生成，19.44MHz晶振经过CMU可以输出满足IEEE 802.3ba 100GE标准和ITU OTL 4.4(OTU4)标准的161.1328125MHz和174.7030837MHz参考时钟。参考时钟生成和切换由系统MCU控制。

用户配置误码检测系统发送模式，包括PRBS7，PRBS15，PRBS31，64位用户编程定义码型、64位随机码型可选，开启误码检测。4X25Gbps高速数据信号接入被测对象，通过被测系统信道环回至误码检测系统接收侧。系统接收侧检测告警(接收信号丢失告警、接收信号失锁告警)，若无告警上报，则开始误码统计，计算误码率和误码告警。若告警检测部分发现告警，输出告警给用户，用户可根据告警信息定位被测对象故障。

1.3 误码检测系统软件设计

本系统软件包括终端软件(用户UI部分)和嵌入式软件两部分，两者通过TCP/IP协议交互。终端软件提供人机交互，嵌入式软件完成本系统的主要工作，包括控制时钟单元，PRBS码型发生和检测、告警检测、误码率计算等。

误码检测系统默认工作在100GE模式。MCU驱动CMU单元生成161.1328125MHz时钟提供给BCM84xxx配置100GE业务使用，若时钟配置失败，系统对外提示错误并终止启动过程。待时钟准备好，初始化BCM84xxx，配置100GE业务启动，若BCM84xxx初始化失败，系统对外提示错误并终止启动过程。

时钟和业务模式配置完成，系统进入等待模式。用户发起100GE业务测试操作，系统确认当前是否100GE业务模式，否则强行切换100GE模式，OTU4业务测试亦同上述操作。业务模式配置成功，系统开启PRBS发送和检测，实时检测系统运行状态，包括告警、误码计数、误码率统计、被测对象状态监控等。

接收信号丢失告警(LOS)、接收信号失锁告警(LOL)优先级高于误码计数、误码率统计，若系统检测到LOS，LOL告警，则不再更新误码计数、误码率统计信息，直至LOS，LOL告警消失，如图2所示。

2 误码检测系统验证

使用某司100GCFP2模块，在本误码检测系统与某厂家100G误码测试仪做长期业务可靠性和灵敏度对比测试，结果如表1-2所示。测试均在100GE业务速率进行。

长期业务可靠性测试中CFP2模块network侧通过光纤自环，模块入光功率为-3dBm。

分析测试数据，测试结果基本与仪表测试一致，验证通过。

3 结语

本方案设计实现的100G误码检测系统，已经完成工程验证，可以满足IEEE 802.3ba 100GE标准和ITU OTL 4.4(OTU4)标准的测试要求。

作者：田园

第二篇：交叉杆自动检测系统设计研究

摘 要：本文要探讨的交叉杆自动检测系统，就是通过PLC控制机械手的升降、抓取、释放、移动、窗户的升降、小车的进退，且经过较为复杂的编程使这一系列的动作自动有序完成。

关键词：交叉杆；自动检测；系统；研究

1 PLC的控制特点

PLC集中了计算机的功能完善、灵活性、通用性强和继电器控制系统的简单、易懂、操作方便等优点，它与传统继电器逻辑控制和计算机控制相比，具有如下特点：

①可靠性高，抗干扰能力强；②硬件配套齐全，功能强，通用性好；③系统的设计、安装、调试工作量少，维修方便；④联网方便、便于系统集成。

由于PLC具有上述一系列优点，已经广泛应用于冶金、化工、轻工、机械、电力、建筑、交通、运输等行业。

由于该检测环境比较恶劣，存在一定的电磁干扰，而且检测室密闭不透光，这就使得交叉杆的定位要求比较高，同时机械手和暗室窗户的动作顺序和连贯性要求也比较高。因此，这些动作的顺序就要涉及一些传感器的使用，而PLC在这方面具有强大的功能，而且PLC的I/O接线只需将信号的设备（如传感器、开关、按钮等）与其输入端子直接连接，将接收输出信号执行控制任务的执行元件（接触器、电磁阀等）与PLC的输出端子直接连接。传统继电器控制中的一些中间继电器、计时器、计数器等功能是由处理器内部完成的，这就大大减少了控制柜的设计、安装、接线等工作量。而计算机控制还要在输入、输出接口上做大量工作，才能与现场设备连接，而且调试也比较烦琐。PLC的故障率很低，并且具有完善的诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的指示灯或编程器提供的信息迅速地查明故障原因，用更滑模块的方法可以迅速地排除PLC的故障。

2 基于PLC的交叉杆全自动检测系统的设计

2.1 设计原理交叉杆全自动检测系统的特点是快速、准确的将交叉杆由外部移动到银光探伤机的工作位，为银光探伤机的工作做辅助。

2.2 设计方案

2.2.1 机械结构方案的设计

根据工作环境的要求，该系统分为两部分（一部分是辅助进料，一部分辅助出料，如图1）。

图1 交叉杆进、出料示意

该装置通过减速电动机实现机械手的左、右移动，行程位置是靠安装在主体架的接近开关控制。而机械手的动作是通过PLC控制气缸的动作实现。

机械手升降（如图2）是气缸1动作实现，机械手对交叉杆的抓取和释放是气缸2实现。

图2 机械手机构示意图

2.2.2 驱动方案的设计

交叉杆全自动检测系统的执行元件采用气动驱动方式。气压传动系统对工作环境适应性比较好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣环境中，比液压、电子、电气传动和控制优越；气体压力具有较强的自保持能力，及时压缩机停机，关闭气阀，但装置仍然可以维持一个稳定的压力，保证机械手不会因外界突然断气而发生意外。

2.2.3 控制方案的设计

为了不受外界工作环境的影响，以及实现自动控制，我们采用PLC控制整个检测系统。

①PLC的结构（如图3）。PLC是一种工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，一般由中央处理器（CPU）单元、存储器单元、输入输出接口及外设接口等组成。

CPU是PLC控制系统的核心部分，是PLC的运算和控制中心，用来实现各种运算功能，并通过输入接口读入外部设备的状态，按照所编程序去处理，根据处理结果通过输出接口控制外部输出设备（气压电磁阀），从而实现对整个PLC内部和外部数据的控制。

图3 PLC结构图

②系统输入/输出分布表。

进料侧I/O端子分布表

[＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&][名称

小车移动

机械手抓取

机械手升降

机械手行走

窗户升降][I/O

端子

I0.0

I0.1

I0.2

I0.3

I0.4

I0.5

I0.6

I0.7

I1.0

I1.1][备注

磁性开关（近）

磁性开关（远）

磁性开关（近）

磁性开关（远）

磁性开关（近）

磁性开关（远）

接近开关（近）

接近开关（远）

磁性开关（近）

磁性开关（远）][名称

小车移动

机械手抓取

机械手升降

机械手行走

窗户升降][I/O

端子

Q0.0

Q0.1

Q0.2

Q0.3

Q0.4

Q0.5

Q0.6

Q0.7

Q1.0

Q1.1][备注

1#电磁阀

2#电磁阀

3#电磁阀

4#电磁阀

5#电磁阀

6#电磁阀

1#接触器

2#接触器

7#电磁阀

8#电磁阀][输入][输出]

出料侧I/O端子分布表

[＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&][名称

小车移动

机械手抓取

机械手升降

机械手行走

窗户升降][名称

小车移动

机械手抓取

机械手升降

机械手行走

窗户升降][输入][输出][I/O

端子

I2.3

I2.2

I1.6

I1.7

I1.4

I1.5

I1.2

I1.3

I2.0

I2.1][备注

磁性开关（近）

磁性开关（远）

磁性开关（近）

磁性开关（远）

磁性开关（近）

磁性开关（远）

接近开关（近）

接近开关（远）

磁性开关（近）

磁性开关（远）][I/O

端子

Q2.3

Q2.2

Q1.6

Q1.7

Q1.4

Q1.5

Q1.2

Q1.3

Q2.0

Q2.1][备注

9#电磁阀

10#电磁阀

11#电磁阀

12#电磁阀

13#电磁阀

14#电磁阀

3#接触器

4#接触器

15#电磁阀

16#电磁阀]

③检测系统程序设计（以进料侧为例，出料侧的工作原理和进料侧相同，机械手的动作、窗户的动作等工作顺序不同）。

a机械手抓取交叉杆，首先要求交叉杆在小车上的定位，该定位是通过电磁阀控制气缸伸缩，位置是通过磁性开关设定；

b机械手抓取交叉杆，通过气缸1下降到交叉杆定位的位置，气缸2动作抓取交叉杆，然后机械手回位；

c窗户下降，该动作是通过电磁阀控制气缸伸缩，位置是通过磁性开关设定；

d机械手行走，该动作是通过控制减速电动机的正、反转使机械手到达设定位置；

e机械手释放交叉杆，通过气缸1下降到交叉杆定位的位置，气缸2动作释放交叉杆，然后机械手回位；

f机械手行走回位，窗户上升。

在整个检测系统程序中，我们加入了启动、停止、复位功能。停止是防止机械手在动作中途发生意外而设定的；复位是为每次设备开机后，保证整个系统各部位全部处于初始位置，为下一步系统工作做好准备。

3 结束语

交叉杆检测系统是一套全自动检测系统，该系统采用气动式驱动，动作快速，自动定位，控制性能好，而且不受外界环境影响，能够在各种工作环境下完成检测任务。原来需要3-4个人完成的任务，现在只需要1-2个人就可以完成，减少了人员配备，提高了工作效率。

参考文献：

[1]李凤阁，等.电气控制与可编程控制器应用技术[M].机械工业出版社，2007.

作者：李建伟

第三篇：LED路灯路面照度自动检测系统设计

摘 要：道路照明采用LED路灯导致照度降低，影响道路交通安全，研究基于自动车载平台的LED路灯路面照度检测系统，加强LED照明产品监督与检测技术。该系统检测流程根据国标制定，由自动检测装置与监控中心两部分组成，其中自动检测装置通过传感器感知照度值、距离值、角度值、路程值，角度值、路程值分别用于控制智能车直线行驶、定点定位，照度值通过ZigBee无线远程传输。通过与人工检测对比实验，结果表明：该系统较目前照度检测技术有高效率、低成本、高准确度等优点。

关键词：道路照度；车载平台；自动检测；LED

文献标志码：A

0 引 言

道路照明目的是提供安全可见度[1]。LED（light emitting diode）照明技术以节能、低成本等诸多优点[2]逐渐被道路照明所采用，但根据美、英、德等国研究表明[3]，由于采用LED路灯导致路面照度降低，使道路交通事故发生率最多增加36%，这违背道路照明目的，故需加强LED照明产品监督与检测技术。目前LED路灯质量检测国内外研究动态主要表现在：1）提出新LED质量检测指标观点，给出测试方法[4-6]，对人工检测布点法进行改进并给出实验数据[7]，但都尚未得到认证；2）针对人工测量局限性，提出用检测软件进行实验室模拟测量[8]，但模拟检测准确度达不到要求；3）提出基于车载式（测量车用于机动车）道路照明测量不用设点逐点测量，也不用为排除其他车辆车灯引起干扰和保证测量人员安全而阻断交通[9-11]，但整套装置造价昂贵，影响其推广应用；4）随着数字成像技术发展，基于CCD道路照明测量技术是一种精度较高且方便可行测试方法[12-14]，但该技术还有待深入研究，需要更高精度相机、图像处理软件来估算光度参数才可达到实时准确测量结果。针对路面检测技术检测量大、检测效率低下等问题，笔者开发一套基于自动车载平台的LED路灯路面照度检测系统。

1 LED路灯路面照度检测系统原理框图

本检测系统的外界检测量有照度值、距离值、角度值、路程值，分别由照度传感器模块、相位激光测距模块、航向角模块、编码器模块进行检测。控制量由直流电机PWM控制，由中央处理器及电机驱动模块来实现。信号传输由ZigBee无线模块、2.4 GHz无线遥控模块来实现，下位机信号显示通过液晶屏显示，上位机数据显示由软件界面显示。图1为自动检测系统模块组成图。

自动测量前，通过激光测距确定两根灯杆间距离，依据GB/T 5700——2008《照明测量方法》标准[15]，采用中心布点法确定照度参数测试点，图2为自动测量工作原理示意图。自动测量装置向前直线行进，编码器模块实时监控移动距离，到达确定测试点后装置自动进行路面照度参数测量，将结果保存在存储模块并无线上传至监控中心，进行分析显示。随着测量装置从灯杆1走到灯杆2，即完成1个车道检测，如此依次完成各个车道检测。

2 系统关键模块设计

2.1 自动检测平台

采用后轮双直流电机驱动的履带式智能车作为自动测量装置，由金属履带、金属驱动轮、钢波箱等零件组成，具有避震装置，与轮式车比较，具有如下优点：1）转向半径小，可实现零角度转向，对于直线运动控制有非常大优势；2）抓地能力强，对地面平均压强低，通过性能更好，可适应较复杂路况地面检测；3）机动性强，波箱减速比机构可大大增强车前进动力，越障与爬坡效果好。

车体长360 mm，宽220 mm，具有0～25 km/h运动速度和360°全方位移动方向，载重5 kg，使用7.2 V 5 000 mAh镍氢电池，可保证以最大速度连续作业1 h。图3为履带式智能车平台硬件结构图。

2.2 车载测量系统

1）照度值由GY-30数字光模块测量，如图4所示，通过光电元件采集光能并转成电能，通过放大器放大电流，由AD器件转换成数字信号后通过总线形式将信号传出。芯片采用BH1750FVI，測量范围为1-65535lx，模块采用I2C总线接口。

2）距离值由相位激光测距模块实现测量，具有加减勾股测量功能，在没有反射板下测量范围为0.03～60 m，测量准确度达±1 mm，测量时间间隔为0.1～3 s，模块采用串行（TTL）通信。

3）角度值由GY-25航向角模块实现测量，可以测量三轴角度值，其工作原理是通过陀螺仪与加速度传感器经过卡尔曼数据融合算法直接得到角度值。测量范围为0～360°，分辨率达到0.01°，测量准确度为1°，响应频率为100 Hz，满足角度值实时采集要求。模块采用串行（TTL）通信。

4）路程值由E6A2-CW3C欧姆龙500线编码器实现测量，其原理是将电机转动的角位移转换成电信号，再转变成计数脉冲，从而用脉冲数来表示路程的大小。该编码器转一圈可产生500个脉冲，可达到本系统位置准确度要求，响应频率在70 kHz以上，满足实时测量要求。

2.3 车载控制系统

测量系统采集到的角度值、路程值作为车载控制系统输入量，用于控制履带式智能车的双直流电机速度与启停，来实现智能车直线定点行走。图5为车载反馈控制系统框图。

由测量道路的道路方向决定智能车给定方向，通过航向角模块输出的角度值与给定方向的偏差来对PWM波进行PID调节控制，使智能车保持沿着给定方向直线行驶。

由测量前的激光测距确定的两根灯杆间距离决定智能车给定距离，通过编码器模块输出脉冲数得出智能车向前行驶路程进行启停控制来测量照度。

2.4 车载远程监控系统

测量系统采集到的照度值通过车载无线通信系统远程传输到监控中心，并可实时出测试报告。无线传输采用ZigBee模块，核心芯片采用TI公司的CC2530，其传输可靠距离>800 m，自动重连距离在600 m以上，上位机采用基于Delphi设计的无线数据接收、显示，利用SQL数据库进行历史数据存储。

3 样机的实际测试

图6为本测试系统实物图，由自动车载端（即履带式智能车）与监控中心（即计算机）两部分组成。

检测路段选取广州市天河区岳洲路路段，双车道、路段长度30 m、宽度6.5 m，该路段整体建设标准高，照明设施较为完善，选择该路段作为检测对象具有典型性。使用“LED路灯路面照度自动检测系统”进行实地测试实验，与人工检测结果进行对比验证，以测试其实际应用效果。为减少对交通的影响，避开道路高峰时间，选择道路车流量较少的时间进行检测。检测前对检测车道进行围闭，用激光测距测得两灯杆之间距离为30.44 m，确定布点间距，按照国家标准GB/T 5700——2008《照明测量方法》的中心布点法来确定被测量点，在道路中线处测量。先进行人工逐点检测记录，测量点之间距离由皮尺确定。再进行车载式自动检测，将履带式智能车放在中线起始点，自动走完整个车道后，上位机实时显示其照度数据。

表1为实验数据，通过对比实验可以清楚看到车载式自动检测相比于传统人工检测节省2/3时间，大大提高检测效率，同时用平均照度表示人工与自动的照度检测结果，其相对误差δ=1.95%，准确度满足测量要求。

4 结束语

基于自动车载平台的LED路灯路面照度检测系统具有良好实用性，相比于现有检测技术，该系统优势在于：1）效率高。快速自动检测和输出检测结果，测量时间可节省2/3；2）成本低。人力成本只用1名测试人员就可完成整个测试工作；3）准确度高。机器代人，大大降低人工检测对检测结果准确性和一致性的影响。

本研究初步设计并实验道路照度检测新技术，处于尝试与探索阶段，还存在很多问题与不足，希望能从以下两点进行改良：1）优化小车结构，提升车体性能，提高续航能力；2）改善自动控制系统，进行严格测试，提高检测系统可靠性。

参考文献

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[15] 照明测量方法：GB/T 5700—2008[S]. 北京：中国标准出版社，2008.

（编辑：刘杨）

作者：余中泼 刘桂雄 陈晓曼 万泉