单片机控制下的皮革性能检测机的设计与研究

第一章绪论

1.1 课题的目的和意义
皮革柔软、丰满、弹性等皮革性能指标是皮革质量好坏的重要描述概念，决定了皮革的品级。我国目前虽然每年皮革年产很大，但并不是该行业领域的生产强国，原因在于品质难于把握，从而使得价格方面与发达国家相比仍处于弱势。传统的皮革柔软、丰满、弹性等指标的检验主要以人工检验为主，即利用有经验的工人凭手感评定皮革的质量。这种检验方法虽然直观，但是掺杂较大的主观性也在所难免。在进出口贸易中，需要有客观性的检验标准，从而为供需双方提供公认的检测数据。
目前国内所自主研发的皮革柔度等指标的测量仪器功能不够齐全，并且从人因工程学方面考虑操作不便捷。此外皮革性能指标检测的自动化、集成化是皮革行业发展的迫切要求。美国和德国等国家对皮革检测仪器研究持续时间长，而且取得了长足的进步，而我国对皮革检测仪器的研究投入的人力物力不足，使得国产皮革检测仪器长期处于低水平徘徊。为了改变上述局面，可以将单片机技术引入到皮革柔度等性能指标的检测中。由于以上原因，开发多功能皮革性能指标的自动化检测仪具有很大的现实意义。

1.2 国内外现阶段发展水平和趋势
世界范围内关于皮革检测方法及其判断标准都很多，西方发达国家在该领域内的检测方法及相应的判断标准最多，走在该行业的前列，我们可以以此作为参考。皮革性能方面的研究在国内也已经引起了学术界的重视，并且经过国内相关专家的不懈努力也已经取得了可喜的成果。成都科技大学的苏真伟教授研制的皮革柔软度测定仪、四川大学的李志强教授提出了皮革柔软度的测定方法及陕西科技大学的张晓镭教授研制的皮革柔软度和丰满度测量分级装置等，都为我国皮革检测方面的研究打下了坚实的基础。但是目前皮革行业使用的皮革力学性能测试仪器多从国外进口，国外生产厂家对我们进行技术保密。同时这些设备多为手工操作，一般只能进行皮革压缩性能检测、弯曲性能检测及顶伸性能检测中单项指标的检测，而且设备昂贵。由于发达国家对皮革检测仪器研究持续时间长，故在该领域已经走在了时代的前沿。而我国对皮革检测仪器研究投入的人力和物力均不足，使得国产皮革检测仪器长期处于低水平徘徊。国产皮革性能指标检测的自动化、集成化是皮革行业发展的迫切要求。
目前，对于皮革柔软性能、丰满性能、弹性性能等指标的测量主要运用传统的人工检测方法。
a 人工检测方法
在皮革的压缩性能，弯曲性能和柔度性能指标检测领域，目前国内是依靠检测人员双手对皮革进行多种方式的作用，通过人的神经系统将双手对皮革机械性能的感知信号反映给操作人员的大脑，通过大脑进行心理判断。这种对皮革性能做出的判定属于实证检验。这种对皮革性能所作的评价，属于主观评价，客观性不是很好，并且评价的结果精确性取决于各类生皮的鞣制工艺和制革化学材料是使用方式、配比及用量是否合理，以及皮革性能检测人员的经验基础。这种皮革性能指标的检测结果具有主观特性，不能客观表示被测革的品质，而且属于非参数化的检测结果，因此没有较高价值的意义，从而无法保证产品的质量。为了符合皮革工业的现阶段发展要求，需要一种具有客观意义的检测皮革弹性指标、丰满指标及柔软指标的方法。为了响应市场的高要求，更好的迎接市场竞争的挑战，提高国内在皮革性能指标检测方面的水平已经成为国内皮革行业的迫切的要求，通过科技创新及应用新技术，实现皮革性能指标检测的划时代转变。
b 基于PLC控制的检测机
此检测机是以PLC作为控制元件，通过同步采集检测机测头对皮革样品的作用力值及与之对应的位移量两个参数，这是两组一一对应的时间序列参数。此皮革性能指标测试机的工作原理是依靠控制元件向执行元件发出信号，执行元件提供动力，为了使得运动系统运动平稳，需要使用变速系统的对其进行减速，带动测头系统实现用户需要的特定运动方式。

1.3 本课题的技术难点 ........................13-14
    1.4 本课题研究的主要内容 ........................14-15
第二章皮革性能指标的测定 ........................15-25
    2.1 皮革性能指标参数的描述........................ 15-17
        2.1.1 皮革柔软指标的描述........................ 16
        2.1.2 皮革丰满指标的描述 ........................16-17
        2.1.3 皮革弹性指标的描述........................ 17
    2.2 皮革性能指标参数的测定方法 ........................17-20
    2.3 皮革性能指标参数测定数据的处理..................... 20-22
        2.3.1 曲线拟合的概念 20-21
        2.3.2 最小二乘法曲线拟合........................ 21-22
    2.4 皮革性能指标参数的表达模型 ........................22-24 
    2.5 本章小结 ........................24-25
第三章皮革性能指标检测仪的结构设计........................ 25-41
    3.1 检测仪总体设计方案的技术要求 ........................25-26
    3.2 检测仪的工作原理 ........................26
    3.3 检测仪的方案确定 ........................26-27
    3.4 检测仪的机械系统设计........................ 27-33
    3.5 检测仪的控制系统结构设计 ........................33-36
        3.5.1 控制系统的硬件组成........................ 33-34
        3.5.2 控制系统的主要硬件的选择 ........................34-36
    3.6 检测仪的数据采集及处理系统结构设计 ....................36-39
        3.6.1 数据采集及处理系统的硬件组成 ........................36-37
        3.6.2 数据采集及处理系统的主要硬件的选择 .................37-39
    3.7 本章小结........................ 39-41
第四章皮革性能指标检测仪的软件设计........................ 41-51
    4.1 KEIL 软件的简介及使用........................ 41-44
        4.1.1 KEIL 简介 ........................41-42
        4.1.2 KEIL 使用 ........................42-44
    4.2 运动控制系统软件设计 ........................44-46
    4.3 数据采集及处理系统软件设计........................ 46-49
        4.3.1 光栅位移传感器作原理........................ 46-47
        4.3.2 压力称重传感器工作原理........................ 47
        4.3.3 压力变送器工作原理 ........................47-48
        4.3.4 软件设计........................ 48-49
    4.4 本章小结 ........................49-51
第五章皮革性能指标检测仪的样机及相关检测实验 ...........51-57
    5.1 皮革性能指标检测仪样机 ........................51
    5.2 皮革性能指标检测仪实验 ........................51-56
        5.2.1 试验皮革样品 ........................52
        5.2.2 弯曲性能试验 ........................52-54
        5.2.3 顶伸性能试验........................ 54-55
        5.2.4 压缩性能试验........................ 55-56
    5.3 本章小结 ........................56-57

结论与展望

6.1 针对本课题的结论皮革是工业生产中比较重要的材料，人们日常生活都会或多或少的接触皮革，我国是皮革生产大国，但是生产技术还是相对落后的，在竞争日趋激烈的国内国际市场里，一些发达国家的皮革产品无时无刻不在冲击我们的市场。相比发达国家来说，我们的皮革行业中的生产设备、技术都是相对落后的，尤其是检验皮革产品质量的设计还刚处于起步阶段，国内检测皮革质量几乎还是依靠人工经验检测的方法，虽然在检测机器的研究上已经取得了一定的成就，但是还是相对落后。本课题总结先人皮革性能研究的经验知识，设计了利用皮革力学性能反映皮革性能指标特性的皮革性能指标检测仪，通过具体实验，得出该皮革性能指标检测仪在一定程度上是符合皮革性能指标检测的要求，检测结果也是相对可靠。

6.2 对本领域研究的展望本课题的论文已经截稿，但是还有一些问题有待进一步处理：
（1） 研究中所建立的反映皮革性能指标特性的数学模型有待进一步修正。
（2） 本皮革性能指标检测仪虽然在一定程度上能够判断皮革性能的好坏，但是检测手法还不够全面，能够更加、全面反映皮革性能指标的综合检测手法还需在今后的研究中进一步确定与验证。
（3）本课题研发的皮革性能指标检测仪只是一个样机，机械结构不是很完美，机体重量比较大，需要进一步改善，设计出更加符合检测要求及人因工程理论的检测仪。
（4）本检测仪欠缺一个友好的人机界面，在今后的研究中可以进一步完善，最终达到智能化水平。