護坡植被根系監(jiān)測分析儀CCD運動控制系統(tǒng)的研究與實現(xiàn).pdf

1、植被護坡是近年來逐漸興起的一種邊坡加固技術,它是利用植被根系涵水固土的原理穩(wěn)定邊坡。目前關于植被護坡研究的一個重點是對不同種類植物的邊坡加固效果進行監(jiān)測評價,并且要在獲取根系及其微觀環(huán)境圖像信息的基礎上進行。由于根系生長在地下,準確取樣、測定、觀察存在一定困難,而目前現(xiàn)有的采樣方法破壞性大、工作量大,阻礙了根系研究的深入開展。護坡植被根系監(jiān)測分析系統(tǒng)可以很好的解決這個問題。
　　 本設計的根系監(jiān)測分析系統(tǒng)采用內窺型圖像獲取方法,

2、首先通過向根系土壤中插入透明管,將面陣CCD(攝像機)安裝在管內,對管壁與土壤間界面根系圖像進行攝取,并驅動CCD旋轉和直線運動以實現(xiàn)整個管壁柱面形視場的全景掃描。根據(jù)圖像預處理技術和分形理論去除土壤環(huán)境噪聲、提取根系圖像,建立根系形態(tài)的空間分布模型和時間-生長模型,實現(xiàn)對根系形態(tài)的原位無損監(jiān)測和分析,進而可以采取相應的措施改善護坡效果。如何采集到根系圖像的全景是監(jiān)測系統(tǒng)要解決的一個難題,需要驅動CCD運動來采集多幅圖片實現(xiàn)全景掃描,所

3、以CCD運動控制系統(tǒng)是本論文的研究重點,本論文結合國家自然科學基金“基于根際微結構動態(tài)模型分析的植被固破作用機理研究”設計了基于步進電機的CCD運動控制系統(tǒng),所做的工作包括:
　　 (1)介紹了根系監(jiān)測系統(tǒng)的結構組成,分析系統(tǒng)的原理。
　　 (2)結合一般運動控制系統(tǒng)的組成原理,分析了根系監(jiān)測儀運動控制系統(tǒng)的構成,包括運動控制器、步進電機和機械傳動系統(tǒng)。分析步進電機的驅動控制方法和機械傳動系統(tǒng)的設計。
　　 (3

4、)介紹了該運動控制器的硬件構成,主要由主控制部分、顯示按鍵部分、電機驅動部分三部分構成。結合各個部分的原理進行電路設計,繪制相應的原理圖和PCB。
　　 (4)根據(jù)控制方案設計了總體軟件流程圖和各個子模塊的流程圖,分析CCD的運動規(guī)律,對運動控制算法進行研究。
　　 (5)對系統(tǒng)進行硬件調試、軟件調試、聯(lián)機實驗,排查硬件軟件設計中的錯誤并加以修改,聯(lián)機采集根系的圖片,觀察實驗效果。
　　 實驗證明本系統(tǒng)設計的CC