计算机实时图形监控系统.pdf

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1、8 8 一 q I 包 钢 科 技 、1 9 9 T 年 第1 期 1凸 摘 计算机实时图形监控系统 张福 臣 (职I 大 学)了 P 2 7 7 要本文阐述了实时圈形监控系统的基本原理 计算机图形软件生成方式 计算机硬件设计原理盈 软硬件的接口。经过计算机实时图形监控系统整体谓试后+在V S T 4 8 6 微机上，实现了计算机监 控作业过程，实时图形显示速度快，完 全可以满 1 业上实时图形监控的要求，谤 系统应用 于封 闭作业环境的监控，具有一定的应用价值 关 键 调 耋 壁 里 些 苎：霹 殳 计-社 计-怍者简介张福臣 男，碰 袅 J、1 引 言 计算机实时图形监控系统是把机器的作

2、业过程全貌生动实时展现于计算机屏幕上，是监控机器作业过程 有效方法。本文是在 J S I O l型垒液压式工业机器人上进行了实 时 图形监控 系统 的设计和试验并且获碍成功。玩 监牲 该系统的基本原理是从安于机器人关节轴上 的编码器发出信号，通过方向辨别和倍频电 路以及计数板进行 实时信号采集，由微 机实 时数据 处理后进行 实时绘 图和实时图 形显 示，从而实现了实时图形监控的设想，如图 1 所示。圉 1 实时图开；监控 系统原理图 2 实 时图形监控系统的硬件设 计 实时图形监控系统的外部硬件主要有时 钟 电路、方向辨别和倍频 电路、计数板三部分 组成 2 1 时钟电路设计 时钟电路是与方

3、向辨别和倍频 电路组装 在一块 电路板上，它采用了 5 5 5芯片、电阻和 电容等元件，如图 2 所示。时钟电路是作为同 步信号，使编码器的输出信号与时钟信号同 步。为了使编码器的输出脉冲信号在计数过 程中不漏失，时钟脉冲信号的频率应远远高 于编码器输出脉冲信号的频率，同时又不能 过高，以免抗干扰的计数板无法接收到编码 器的输出脉冲信号，几种时钟的周期如表 1 所示。改变电阻R 的值和电容 C 的值，则可 改变时钟 的频率，改变 电阻 的值，则可改 变时钟 的占空 比。这里采 用了时钟 频率为 0 0 4 MHz，占空 比为 5 0 左右，即时钟周期 为 2 5 m。维普资讯 http:/ 1

4、 9 9 7年第 1期 8 9 Rl Rt C 图 2 时钟 电路 裹 l 五种阻抗下的时钟周期 内容 _ _ _ 1 组 2组 3组 4组 5组 电阻R 电阻R 2 电容 C 1 周期T 1 0 0 K 1 0 K 1 0 0 K 1 0 K 1 0 0 K 1 0K 2 3 0 n 1 0 K 9 2 0 n 1 3 K 4 7 p 1 2 蛸 2 2 0 p 3 2 蛸 3 3 0 p 4 4 峭 4 7 p 3 1 口 1 5 0 0 p 2 5 坤 2 2 方向辨别和倍额电路设计 方 向 辨 别 和 倍 频 电 路 主 要 采 用 了 7 4 L s 9 5、7 4 L S 1 5

5、3和 7 4 L S 0 4等芯片，如图 3 所示。该 电路的作用是同时接收三个编码器 的脉冲信号，经过方 向辨别和四倍频之后，同 时三路输出单 向四倍频脉冲 圈 3 方向辨别和四倍频电路 四倍移位寄存器 7 4 L S 9 5 芯 片在电路中 的作用：。如图 3所示，它是将 A相和 B相的输入 脉冲与时钟脉 冲同步，由 Q。和 Qc 输出分别 为 A 和 B，相，同时 A 和 B 相 作为双重四选 一7 4 L S 1 5 3芯片的选择输入脉冲。从 Qb和 Q d端输出两路 A 和 B，相延时 了 2 5#s的 A 和 B I 相的延时脉冲，同时反相 后获得 和 相，A B 、和 相 四路脉

6、 冲作为双重四选一芯片的脉冲输入端。双 重四选一数据选择器 7 4 L S 1 5 3芯片 在 电路 中的作用：维普资讯 http:/ 9 0 1 9 9 7 年第 l 期 数据选 择是利用 了 A，和 B 相的输入 信 号，在正转时输入信号的代码为 0 O 一1 o l l 一0 1，在反转时输入信号 的代码为。0 0 1 一 l 1 1 o，四路输入信号 A 和、和 相 在 数据选择输入信号 A 和 B 相的作用下可以 得到四倍频的正向脉 冲输 出信号或负向脉i 中 输 出信号。图 4 方向辨别和四倍频电路原理圉 2 3 计数扳 计数板使用了H Y6 2 2 0 光耦隔离式可编 程计数器，

7、定时器模板，该板 可提供八 路 1 6 位计数器 定时器，八路数字输入和八路数字 输出。板上采用了 i n t c 1 8 2 5 3 芯片作计数器 定时器，8 2 5 9芯片作中断处理，8 2 5 5芯片作 可编程 I O 接口，该板主要用于计数。3 实 时图形监控系统 的软件设 计 计算 机实时图形监控 可用二 维图形 实 现。在软件设计上使用了快速图形生成和换 页显示方 式，如图 5所示，为了提 高实时效 果，在程序设计上采用了如下措麓：对机器 上本体 和环境物的图形 固定部 分，采用 了事先绘图并且存入缓存，在每次刷 新屏幕后拷贝到所在的固定位置上，节省了 每次绘图的处理 时间。对于结

8、构固定的运动部分，采用 了事先 绘图并且存入缓存，在每次刷新屏幕后按照 实时采集的数据经墩机处理后进行动点的有 先后顺序的拷贝。对于形体变化的运动部分，按 照实时数 据采集、实时数据处理和实时绘图，在每次刷 新屏幕后实时绘制在微机的待显屏幕上，这 是决定实时显示速度的关键，编程 时尽可能 提高实时计算速度。4 实时图形监控结果 J S 1 0 1型工业机器人的实时图形监控是 在 VS T4 8 6微机上实现的，全部使用了 C语 言编程。图面刷新速度快，连续运转 无滞后 感，图片显得连续，视觉 上无明显的 动画效 果。维普资讯 http:/ 1 9 9 7年笫 期 设建变量赋初值 f 翻 形 韧

9、 蛄 化 I 纶 制由 j 嚣稻 避 无限话 体 一一 觳龋采熊趾理 l 页。广 页=o 7 1：o卜 页=1 J 拷 贝 固 定 圈 彤f l 拷 皿 固 定 图 形 I l I I 拷 见 动 态 固 定 图 形 l I 拷 见 动 志 固 定 图 形 I I i l绘 制 实 时 显 示 围 形 i j 蹬 制 实 耐 显 示 匿 形 l l l 实口信r息 示 l实 时 信I息 E 示 I I 计 算 机 实 时 图 形 显 示 H 是 否 退 出 循 环 卜 _ 凰 j 计耳机 实时圜彤监控程序框 圜 5 参考文献 l 张如渊，微型 计算机数据采集与处理 北 京工学院出版社1 8 8

10、 7 2 李大生等，C I MS加工过程实时三维动画 仿真，系统仿真学报4，1 9 9 2 3 姚宇明、李善平、徐毓 良、机器人仿真 中的 图形交互建模机器人8 1 9 9 1 4 张继禹、蔡鹤皋、王树国、付宜利、马玉林，智能机器 人机构 C AD及仿 真 系统一 一 I R S S，机 器人1 l，1 9 9 2 5 张福炎等，微型计算机 I B M P C的原理与 应用，南京大学出版社1 9 9 1 8 应道守、吴 中奇、王尔建等编，计算 机绘 图，浙江大学出版社1 9 9 0 7 戴明桢、周建江编，微型计算机接 口技术，航空工业出版社1 9 9 3 8 Ds c h r a f t R，Al t e n h e i n A，Co h n e n M，S i mmu l a t i o n a n d o I I l i n e p r o g r a mm f o r i n d u s t r i a l r o b o t Pr o e 2 n d I r t C o n f o n Ro b o t s i n t h e Au t o ma t i v e I n-d u s t r i a l，Ma y，1 9 8 5 (收穑日期，1 9 9 4 0 B 一2 3)维普资讯 http:/