异性纤维检测系统研究及硬件实现
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摘要
摘 要
棉花杂质检验是整个棉花检测工作中的一个重要组成部分。通过杂质检验可
确定棉花的含杂量。检验杂质的含量和分析杂质的种类，有助于改进棉花初步加
工的工艺措施，提高皮棉品质。棉纺厂可以据此正确计算用棉量，采用相应工艺
措施，使成纱疵点减少、条干均匀，显著提高生产效率和成品质量，降低成本。
因此杂质检验具有重要意义。
本课题所设计的异性纤维检测系统即是针对这一杂质检测问题开发的。本系
统基于数字信号处理器 ADSP-21535 定点 DSP,以工控机为核心，由 CPLD 和 FPGA
提供系统的逻辑控制信号，进行高速实时图像处理，排除棉花异性纤维。系统包
含 CCD 摄像头，ADSP-21535 数字处理器子板，基于 FPGA 的 I/O 控制子板，工
控机等。
系统通过 CCD 摄像头采样棉花图像数据，用 DSP 依照设计的算法对数据进行
高速处理，通过工控机总体协调控制相应外围设备,剔除不符合标准的杂质并能
在 PC 机上设置能够实时显示管道中流动的棉花的界面。
信号处理部分的主体是 DSP 子系统。通过 PCI 插卡板的形式 DSP 子系统内置
于工控机内。通过 PCI 接口的连接，能够有效地利用 PC 机资源，降低开发成本，
尤其通过 PC 机的图形界面操作极大地方便了 DSP 系统调试,具有很强的应用价
值。本文主要讲述系统的硬件设计和图象处理原理以及系统部分软件设计。
本论文先介绍异纤分拣系统背景发展状况，然后依次论述检测核心算法（检
测和示教），系统方案设计，系统硬件设计，及 ADSP-21535 应用开发等。
Detecting impurity for cotton is an important part for all detecting cotton work. Through
detecting impurity, we may know the impure content in the cotton. Inspecting amount of impurity
and analyzing kinds of impure cotton help to improve on technologic methods for elementary
processing cotton and lint of good quality. According to impurity inspection, spinning mill could
accurately compute the amount of cotton required and through adopting the correct technologic
methods, finished yarn could decrease the defects, reduce the cost, improve the quality and
uniform the strips. So impurity inspection is very important.
The thesis mainly describes detecting system is developed for the impurity detection. The
system is base on fixed signal processor ADSP-21535 to do the high-speed real time image
process to clean out the foreign fibre. The core of the system is industry PC,CPLD and FPGA
provide the system logical control signals. System include CCD camera, ADSP-21535 DSP
board,I/O control board base on FPGA,industrial PC etc.
The system sample data by CCD camera, process the data by DSP using designed algorithm
and harmonize the peripheral equipments by PC for sorting the impurity and displaying the cotton
in the pipeline .
The DSP subsystem is the main part of the signal process segment. It is setted into the
industry PC by PCI add-in card form.Through PCI slot we can effectivly use the PC`s resource,
reduce the cost of system development. Especially through the graphics interface of the PC, debug
DSP system become very convenience. So it has very wide application meaning.This thesis is
mainly describe the hardware design,detecting algorithm,and part of software design of the
system..
Firstly, the thesis introduces the development background of the foreign fibre detection. Then,
It sets forth in turn the core, system scheme design, system hareware design, and application of
ADSP-21535.
棉花杂质检验是整个棉花检测工作中的一个重要组成部分。通过杂质检验可
确定棉花的含杂量。检验杂质的含量和分析杂质的种类，有助于改进棉花初步加
工的工艺措施，提高皮棉品质。棉纺厂可以据此正确计算用棉量，采用相应工艺
措施，使成纱疵点减少、条干均匀，显著提高生产效率和成品质量，降低成本。
因此杂质检验具有重要意义。
本课题所设计的异性纤维检测系统即是针对这一杂质检测问题开发的。本系
统基于数字信号处理器 ADSP-21535 定点 DSP,以工控机为核心，由 CPLD 和 FPGA
提供系统的逻辑控制信号，进行高速实时图像处理，排除棉花异性纤维。系统包
含 CCD 摄像头，ADSP-21535 数字处理器子板，基于 FPGA 的 I/O 控制子板，工
控机等。
系统通过 CCD 摄像头采样棉花图像数据，用 DSP 依照设计的算法对数据进行
高速处理，通过工控机总体协调控制相应外围设备,剔除不符合标准的杂质并能
在 PC 机上设置能够实时显示管道中流动的棉花的界面。
信号处理部分的主体是 DSP 子系统。通过 PCI 插卡板的形式 DSP 子系统内置
于工控机内。通过 PCI 接口的连接，能够有效地利用 PC 机资源，降低开发成本，
尤其通过 PC 机的图形界面操作极大地方便了 DSP 系统调试,具有很强的应用价
值。本文主要讲述系统的硬件设计和图象处理原理以及系统部分软件设计。
本论文先介绍异纤分拣系统背景发展状况，然后依次论述检测核心算法（检
测和示教），系统方案设计，系统硬件设计，及 ADSP-21535 应用开发等。
Detecting impurity for cotton is an important part for all detecting cotton work. Through
detecting impurity, we may know the impure content in the cotton. Inspecting amount of impurity
and analyzing kinds of impure cotton help to improve on technologic methods for elementary
processing cotton and lint of good quality. According to impurity inspection, spinning mill could
accurately compute the amount of cotton required and through adopting the correct technologic
methods, finished yarn could decrease the defects, reduce the cost, improve the quality and
uniform the strips. So impurity inspection is very important.
The thesis mainly describes detecting system is developed for the impurity detection. The
system is base on fixed signal processor ADSP-21535 to do the high-speed real time image
process to clean out the foreign fibre. The core of the system is industry PC,CPLD and FPGA
provide the system logical control signals. System include CCD camera, ADSP-21535 DSP
board,I/O control board base on FPGA,industrial PC etc.
The system sample data by CCD camera, process the data by DSP using designed algorithm
and harmonize the peripheral equipments by PC for sorting the impurity and displaying the cotton
in the pipeline .
The DSP subsystem is the main part of the signal process segment. It is setted into the
industry PC by PCI add-in card form.Through PCI slot we can effectivly use the PC`s resource,
reduce the cost of system development. Especially through the graphics interface of the PC, debug
DSP system become very convenience. So it has very wide application meaning.This thesis is
mainly describe the hardware design,detecting algorithm,and part of software design of the
system..
Firstly, the thesis introduces the development background of the foreign fibre detection. Then,
It sets forth in turn the core, system scheme design, system hareware design, and application of
ADSP-21535.
引文
参考文献
1 王新龙,李娜. 棉花中异性纤维专题综述 中国棉花加工 2002年05期
2 祝宪民 CITME2000清梳设备综述.中国纺织机械集团：集团动态
3 韩培嵩、竺林.异性纤维溯源及对策.中国棉花加工.2000，4
4 Trützschler纺纱准备技术有新进展.第八届中国国际纺织机械展览会
5 马 琳,于永玲. SECUROMAT SCFO 异性纤维检测清除系统工作原理分析 棉纺织技术
6 李强.异性纤维用仪器测定的可行性分析.中国棉花加工.2001，06
7 石庚尧.一种新型的异性纤维检测清除系统.北京纺织.22（6）
8 K.R.Castleman著.朱志刚、林学訚、石定机等译.数字图像处理(DIGITAL IMAGE
PROCESSING).电子工业出版社.PRENTICE HALL出版公司
9 沈庭之、方子文编著.数字图像处理及模式识别.北京理工大学出版社
10 张瑛 异性纤维分拣机
11 李林、张亮.Instant Delphi6 实例解析Delphi 6.0应用编程.宇航出版社.北京希望电子出版
社.2002
12 于英民.计算机接口技术.电子工业出版社.1996
13 BASLER L301bc User`s Manual .Document ID Number:DA033501.2001.11
14 任丽香、马淑芬、李方慧.TMS320C6000系列DSPs的原理与应用.2000，7
15 ANALOG DEVICE ADSP21535 Preliminary Technical Data
16 徐新华著.Delphi3 编程指南.宇航出版社.1998，6
17 IDT 72V231 Date Sheet.IDT.2003
18 Analog Devices Inc．EE-Note 68 “Analog Devices JTAG Emulation Technical Reference
(2.0)”，1999
19 敏渊，金伟正，胡志雄，黄建中．ADSP系列数字信号处理其原理．北京：电子工业 出
版社，2002 :301~303 381~383
20 陈娟 检测接收机多DSP处理模块的设计与应用
21 ANALOG DEVICE BlackfinTM DSP Hardware Reference 1 Revision1.0
part number 82-000410-13
22 ANALOG DEVICE BlackfinTM DSP Hardware Reference 2 Revision1.0
part number 82-000410-13
67
北京工业大学工学硕士学位论文
23 吴勇.高速嵌入式系统研究与实现
24 杨波,王跃科,杨俊,邢克飞. ADSP-BF535 与大容量同步动态存储器的高速接口.计算机
应用 2003,11
25 黄讯. 基于PCI总线的DSP数据运算平台设计. 电子产品世界. 2001.5
26 Tom Shanley, Don Anderson. PCI System Architecture Fourth Edition MindShare Com.
27 孙莉,吴顺君,苏涛.DSP与PCI总线接口设计及实现 微电子学与计算机.2002,3
28 王福勋,余恬,任思成. PCI总线接口设计中的几点体会 半导体技术 2001，08
29 任秀丽 如何访问PCI 设备的内部寄存器/ 存储器. 松辽学刊.2001,02
30 Texas Instruments.TMS320C62x/C67x Programmer’s Guide.1999，
31 褚振勇,翁木云.FPGA设计及应用.西安电子科技大学出版社
32 徐志军，徐光辉．CPLD/FPGA的开发与应用．北京：电子工业出版社，2002:12~14 127~157
33 OMRON.可编程控制器 CPM2A 操作手册 2000 年 1 月
34 OMRON.可编程控制器 CPM2A 编程手册 2000 年 1 月
35 ANALOG DEVICE.VisualDSP++ 3.0 Getting Started Guidefor Blackfin DSPs
36 ANALOG DEVICE. VisualDSP++ 3.0 Assembler and Preprocessor Manual for Blackfin
DSPs
37 ANALOG DEVICE. VisualDSP++ 3.0 Product Bulletin for Blackfin DSPs
38 任丽香,马淑芬,李方慧.TMS320C6000系列DSPs的原理与应用.电子工业出版社.2000
39 戴逸民,梁晓雯,裴小平等.基于DSP的现代电子系统设计.电子工业出版社.2001
40 ANALOG DEVICE.BlackfinTMDSP Instruction Set Reference part number 82-000410-14
41 ADSP-21535 EZ-KIT LITE.Evaluation System Manual. Part Number 82-000603-01
42 ANALOG DEVICE.Summit-ICE EmulatorHardware User’s Guide.2000
43 杨波，王越科等. ADSP2BF535 存储器的分级管理机制及其性能评估.电子器件 Vol 26，
No.4 2003 Dec.
44 杜春燕,吕宇涛,刘秀兰.异性纤维检测系统图像处理数学模型和算法的研究.第 9 届青通
会，重庆，重庆邮电学院，2004
1 王新龙,李娜. 棉花中异性纤维专题综述 中国棉花加工 2002年05期
2 祝宪民 CITME2000清梳设备综述.中国纺织机械集团：集团动态
3 韩培嵩、竺林.异性纤维溯源及对策.中国棉花加工.2000，4
4 Trützschler纺纱准备技术有新进展.第八届中国国际纺织机械展览会
5 马 琳,于永玲. SECUROMAT SCFO 异性纤维检测清除系统工作原理分析 棉纺织技术
6 李强.异性纤维用仪器测定的可行性分析.中国棉花加工.2001，06
7 石庚尧.一种新型的异性纤维检测清除系统.北京纺织.22（6）
8 K.R.Castleman著.朱志刚、林学訚、石定机等译.数字图像处理(DIGITAL IMAGE
PROCESSING).电子工业出版社.PRENTICE HALL出版公司
9 沈庭之、方子文编著.数字图像处理及模式识别.北京理工大学出版社
10 张瑛 异性纤维分拣机
11 李林、张亮.Instant Delphi6 实例解析Delphi 6.0应用编程.宇航出版社.北京希望电子出版
社.2002
12 于英民.计算机接口技术.电子工业出版社.1996
13 BASLER L301bc User`s Manual .Document ID Number:DA033501.2001.11
14 任丽香、马淑芬、李方慧.TMS320C6000系列DSPs的原理与应用.2000，7
15 ANALOG DEVICE ADSP21535 Preliminary Technical Data
16 徐新华著.Delphi3 编程指南.宇航出版社.1998，6
17 IDT 72V231 Date Sheet.IDT.2003
18 Analog Devices Inc．EE-Note 68 “Analog Devices JTAG Emulation Technical Reference
(2.0)”，1999
19 敏渊，金伟正，胡志雄，黄建中．ADSP系列数字信号处理其原理．北京：电子工业 出
版社，2002 :301~303 381~383
20 陈娟 检测接收机多DSP处理模块的设计与应用
21 ANALOG DEVICE BlackfinTM DSP Hardware Reference 1 Revision1.0
part number 82-000410-13
22 ANALOG DEVICE BlackfinTM DSP Hardware Reference 2 Revision1.0
part number 82-000410-13
67
北京工业大学工学硕士学位论文
23 吴勇.高速嵌入式系统研究与实现
24 杨波,王跃科,杨俊,邢克飞. ADSP-BF535 与大容量同步动态存储器的高速接口.计算机
应用 2003,11
25 黄讯. 基于PCI总线的DSP数据运算平台设计. 电子产品世界. 2001.5
26 Tom Shanley, Don Anderson. PCI System Architecture Fourth Edition MindShare Com.
27 孙莉,吴顺君,苏涛.DSP与PCI总线接口设计及实现 微电子学与计算机.2002,3
28 王福勋,余恬,任思成. PCI总线接口设计中的几点体会 半导体技术 2001，08
29 任秀丽 如何访问PCI 设备的内部寄存器/ 存储器. 松辽学刊.2001,02
30 Texas Instruments.TMS320C62x/C67x Programmer’s Guide.1999，
31 褚振勇,翁木云.FPGA设计及应用.西安电子科技大学出版社
32 徐志军，徐光辉．CPLD/FPGA的开发与应用．北京：电子工业出版社，2002:12~14 127~157
33 OMRON.可编程控制器 CPM2A 操作手册 2000 年 1 月
34 OMRON.可编程控制器 CPM2A 编程手册 2000 年 1 月
35 ANALOG DEVICE.VisualDSP++ 3.0 Getting Started Guidefor Blackfin DSPs
36 ANALOG DEVICE. VisualDSP++ 3.0 Assembler and Preprocessor Manual for Blackfin
DSPs
37 ANALOG DEVICE. VisualDSP++ 3.0 Product Bulletin for Blackfin DSPs
38 任丽香,马淑芬,李方慧.TMS320C6000系列DSPs的原理与应用.电子工业出版社.2000
39 戴逸民,梁晓雯,裴小平等.基于DSP的现代电子系统设计.电子工业出版社.2001
40 ANALOG DEVICE.BlackfinTMDSP Instruction Set Reference part number 82-000410-14
41 ADSP-21535 EZ-KIT LITE.Evaluation System Manual. Part Number 82-000603-01
42 ANALOG DEVICE.Summit-ICE EmulatorHardware User’s Guide.2000
43 杨波，王越科等. ADSP2BF535 存储器的分级管理机制及其性能评估.电子器件 Vol 26，
No.4 2003 Dec.
44 杜春燕,吕宇涛,刘秀兰.异性纤维检测系统图像处理数学模型和算法的研究.第 9 届青通
会，重庆，重庆邮电学院，2004