论文总字数：22874字

摘 要

行李安检设备是一种利用X射线对行李进行无损检查的电子设备，有反恐、防暴的重要意义，一般应用于机场、火车站、汽车站等。其中控制系统控制电机和传送带的运行、X射线线性阵列探测器的图像采集和X射线发生器的开关等，使设备对工作人员的命令或外界情况作出响应，是整个系统的重要组成部分。本文目标为在以STM32为核心控制部件的硬件平台上设计并实现一款行李安检设备的控制软件。

首先，本文研究了选题的背景、意义，并阐述了课题的主要内容。接着，本文对硬件平台进行了简介和分析。继而通过需求分析，明确了行李安检设备控制系统软件的功能需求和性能需求。第三章对软件进行了设计和实现,包括：设计硬件通信协议、设计软件运行的流程，以功能模块为逻辑顺序编写软件代码。最终，在以STM32为核心，包括射线源、电机、开关等模块的硬件平台上，设计并实现了通信模块、日志模块等。使系统能够按照工作人员的命令正常工作。

本文还从传输和日志生成功能两个方面对软件进行了测试，并依据测试结果对软件进行了优化。经过测试与优化，本控制系统软件实现了STM32与各个模块之间的稳定通信及控制，达到了课题目标。

关键词：行李安检设备；控制软件；STM32；C语言

THE DESIGN OF CONTROL SYSTERM SOFTWARE OF BAGGAGE SCREENING EQUIPMENT

Abstract

Baggage screening equipment is a kind of electronic equipment using X-ray to inspect baggage without causing any destruction. It plays an important role in the fields of anti-terrorism and is generally used in airports, railway stations, bus stations, etc. In the equipment, the control system controls the operation of the motor and conveyor, decides when to turn on or turn off the X-ray source ,which can get the image of the baggage. So the whole system can operate according to the stuff's order or the surroundings. This program aims to design a control system software of baggage screening equipment, in which the STM32 is the core part.

the requirement analysis of this control system software was done to make out the functional requirements and performance requirements of this software, following the analysis of the platform. After a preliminary design of the hardware communication protocols, the flow path is designed to make sure the software can operate correctly. Then this paper introduces the process to achieve the software using C language. Different functional modules, including the delay module, the communication module, the diary module and etc. are designed based on the hardware platform.

At the end of the paper, it introduces the test of the software. Then improvements are made according to the test results. After the tests and improvements, this software can run stably on the platform and control different modules correctly.

KEY WORDS: Baggage screening equipment; Control system software; STM32; C language

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 课题背景 1

1.1.1 行李安检设备介绍 1

1.1.2 国内外行李安检设备的发展趋势 2

1.2 意义 2

1.3 课题主要内容 3

1.4 本章小结 3

1. 行李安检设备的需求分析与硬件平台分析 4

2.1 硬件平台分析 5

2.2 软件需求分析 5

2.2.1 功能需求 5

2.2.2 性能需求 7

2.3 本章小结 7

1. 软件的设计与实现 9

3.1 硬件通信协议设计 9

2.2.1 主控板命令和工控机软件应答定义 9

2.2.2 工控机软件命令和主控板应答定义 10

2.2.3 主控板命令和键盘应答定义 11

2.2.4 键盘命令和主控板应答定义 11

3.2 软件流程设计 12

3.2.1 准备工作阶段流程设计 12

3.2.2 过包阶段流程设计 14

3.3 软件功能模块的划分与设计 19

3.3.1 延时模块 20

3.3.2 日志模块 21

3.3.3 通讯模块 22

3.3.4 其他模块 23

3.4 本章小结 24

1. 软件测试与优化 23

4.1 传输测试与优化 25

4.2 日志生成功能测试与优化 25

4.4 本章小结 28

第五章 总结与展望 29

5.1 总结 29

5.2 展望 29

致 谢 30

参考文献（References） 31

绪 论

1.1课题背景

1.1.1行李安检设备简介

行李安检机是利用X射线进行无损检查的电子设备，一般应用于机场、火车站、汽车站等。乘客进站后将行李放到安检机的传送带上，通过传送带传送，接受X光检查。一旦出现疑似危险物品的时候，工作人员会进行开包检查。运用安检机，无需对所有乘客进行开包检查，一般乘客在十几秒内就可以完成安检，大大减少了安检人员的工作量，提高了效率。

典型的X射线成像系统主要由滚筒电机及传送装置、X射线发生器、装有图像采集卡的PC、系统集成和辐射屏蔽所需的机械结构、x射线线性阵列探测器及用于控制图像采集的光触发传感器组成^[1]。

图1-1 行李安检设备的系统框图

图1-1是行李安检设备的系统框图^[2]。待检物体在传动机构的拖动下进入X射线照射区域。X射线T通过准直缝穿过被检物体，继而到达上方的射线探测器，经过射线探测器的光电转换，透射x射线束被转换为微弱的电信号，经过一系列放大和A/D转换，由图像采集和传输单元传送到工控机，经过工控机内部的图像处理软件处理，得到一个截面的图像。在传动机构的带动下，对物体进行多个截面的图像获取，最终将待检物体的图像显示到显示器上。一般以不同颜色区分不同的物质属性。检测人员可以依据图像包含的物质属性，作以判断，使此待检物体正常通过或对其进行开包检测。在此过程中，工控机实现图像的处理和显示，控制板负责对系统的外围设备作以监控，将其状态信息实时反馈给系统软件，进行相应处理，同时对工作人员的命令做出相应的动作。

其中控制系统是整个系统的重要组成部分,它控制筒电机和传送带的运行及X射线线性阵列探测器的图像采集、X射线发生器的开关等^[3]。

1.1.2国内外行李安检设备的发展趋势

1895年,德国的物理学家伦琴发现了x射线。起初，X射线被用于医疗领域，用于检查骨折的情况和确定枪伤中子弹的位置^[4]。随着技术发展，x射线逐渐被用于无损检测领域。自从1978年美国威斯康星大学推出第一台x射线数字图像处理系统以来，X射线成像系统已广泛应用于天文检测、医疗卫生、工业探伤、食品筛查、安全检测等各行各业中^[5]。

国外从七十年代开始生产和使用安检设备，国内八十年末才开始装备^[6]。德国的海曼(Heiman)公司、美国的Perldn Elmer公司等是国际上的主要安检设备供应商。中国公安部第一研究所在80年代引进德国海曼公司的技术，通过消化吸收，推出了自己的安检产品，并于80年代末开始生产^[6]。继中国公安部第一研究所进入此市场以来，清华同方、上海英吉迈东影、沈阳地泰等企业也逐渐参与到这项研究中。

目前X射线安全检查设备广泛用于探测隐藏在行李、物品、货物、车辆内以及人体携带的威胁物和爆炸物^[7]。一般对公共场所和交通枢纽的旅客行李进行安全检查的x射线安检设备使用能量较低的X射线源，且主要采用线扫描或者点扫描原理成像，所以设备的单次检查剂量和射线源泄露剂量都维持在一个较低的水平^[7]，适合各公共环境等没有特殊防护措施的应用领域，多应用于机场、海关、铁路公路等客运枢纽以及其他会议、公众场所。

目前，X射线行李安检设备主要有以下几种分类方式及相应的类型，如表1-1^[8].

表1-1 X射线行李安检设备分类

1.2意义

1988年12月21日，泛美航空103次航班在苏格兰边境小镇洛比克上空爆炸，造成270人死亡，爆炸原因为托运行李中的一个硬手提箱里装有爆炸品；2001年9月11日上午，震惊世界的911事件发生，2996人遇难，美国经济损失达2000亿美元；2005年7月7日早上交通尖峰时间，伦敦连环发生的至少7起爆炸案，52人罹难，伤者逾百；近日，“伊斯兰国”IS极端分子又发布名为“We Will Burn America”的视频，宣称将对美国发起另一次“911袭击”。而我国又是一个多民族融合的国家，藏独、东突各种活动频繁发生：2005年新疆奎屯中巴车发生爆炸，2013年连霍高速货车爆炸，桥面垮塌。

在恐怖袭击日益猖狂的今天，反恐成为了一个棘手而又刻不容缓的问题^[9]。行李安检是一种直接有效的反恐防暴措施，但单纯的开包检测早已不能满足需要。行李安检仪器是一种非开包、无损的检测仪器，很好地实现了对行李进行爆炸物、管制刀具的检查，是交通枢纽必不可少的仪器。而我国经济快速增长，人口流动日创新高，这对公共场合和交通枢纽的安检提出了更高的要求，加之我国幅员辽阔，人口基数大，这些因素决定了安检设备的市场前景很广^[3]。但同时，我国安检机研究起步较国外晚，目前国内安检市场进口设备占有率较高，价格一直居高不下，而国内可以自行研发安检设备的厂家屈指可数，形成了一种技术垄断的势头。基于此，研究X射线安检设备的技术改进，提高设备性价比，可以增强同类产品市场竞争力，意义深远。

本课题要求设计一款行李安检设备控制软件，控制电机、X射线源、光障等外设，使其在都能够正常、稳定地运行，以满足市场需求。具体功能如下：完成整体系统的初始化；实现控制板与计算机、射线源、键盘之间的通信；利用光障判断物体的有无及方位，从而控制电机和X射线工作状态；通过键盘控制系统的工作状态；生成工作日志，记录系统的工作状态和射线源使用的时间。

1.3课题内容

本课题主要研究了如下的内容：硬件平台分析和软件需求分析、软件的设计和实现过程、软件的测试过程。将本论文的章节进行如下的划分：

第一章、绪论。首先介绍课题背景，包括行李安检设备简介和国内外的发展趋势两个个方面。继而分析了此课题的研究意义和研究目标。最后对课题的主要内容进行阐述。

第二章、行李安检设备的硬件平台分析与需求分析。本章为下文具体设计和实现软件做好准备工作，首先介绍软件运行的硬件平，然后为软件确定需求，分别从功能需求和性能需求两方面进行阐述，为后续的软件设计划定下指标。

第三章、软件的设计与实现：主要完成三个部分的工作，包括：设计硬件的通讯协议，设计软件的工作流程，划分和具体实现各个功能模块。其中，功能模块将着重阐述日志模块、延时模块和通讯模块三个部分的实现方法。本章是本文的重点，主要阐述了控制系统软件的设计思想和过程。

第四章、软件测试和优化：在软件初步编写完成之后，本章主要对软件进行了传输测试、日志生成功能测试和稳定性测试。介绍了测试方案、测试过程和测试结果，再针对测试结果对软件进行优化。

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