CCD微米級(jí)圓鋼光電測徑儀設(shè)計(jì)

　　采用高亮度LED和合適焦距的透鏡組成光源盒，并利用其特性產(chǎn)生較好的平行光，照射物體然后通過光學(xué)鏡頭在CCD上成像。CCD的輸出信號(hào)通過9針串行口將信號(hào)輸送到積分時(shí)間調(diào)整與信號(hào)處理電路模塊，然后此模塊將處理好的信號(hào)輸送到計(jì)數(shù)與通信電路模塊進(jìn)行計(jì)數(shù)測量轉(zhuǎn)換，并和顯示模塊通信將測量值發(fā)送給ARM處理器。最后由智能顯示終端顯示測量值，并實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)標(biāo)定查詢等功能。

2 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.1 積分時(shí)間調(diào)整與信號(hào)處理電路

2.1.1 硬件設(shè)計(jì)

　　積分時(shí)間調(diào)整與信號(hào)處理電路結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。

圖5 積分時(shí)間調(diào)整與信號(hào)處理電路結(jié)構(gòu)框圖

　　由于CCD的輸出信號(hào)U0受光強(qiáng)影響，光強(qiáng)越強(qiáng)U0波形幅值越大，故需對(duì)CCD進(jìn)行積分時(shí)間閉環(huán)調(diào)整，以保證信號(hào)U0的最高幅值在3～4 V范圍內(nèi)。將U0的波形通過雙比較器LM393與3 V和4 V電壓比較，并將比較結(jié)果輸入到單片機(jī)AT89C2051中，單片機(jī)根據(jù)結(jié)果通過四根數(shù)據(jù)線設(shè)置CCD驅(qū)動(dòng)器的積分時(shí)間設(shè)置擋位M0～M3（其中0000為最短積分時(shí)間，1111為最長積分時(shí)間），以保證有合適的積分時(shí)間，使U0的最高幅值在要求范圍內(nèi)，便于進(jìn)行準(zhǔn)確測量。積分時(shí)間調(diào)整好后，通過與門控制將行同步脈沖FC輸出。U0經(jīng)由4個(gè)雙運(yùn)放LM353搭建的濾波、一次微分、濾波、絕對(duì)值、放大、二次微分、濾波、電平調(diào)整進(jìn)行信號(hào)處理后再通過LM393比較器與0 V比較進(jìn)行過零檢測，并將信號(hào)輸入到單片機(jī)AT89C2051中進(jìn)行軟件二值化，二值化好以后將信號(hào)輸出。

2.1.2 軟件設(shè)計(jì)

　　積分時(shí)間調(diào)整與信號(hào)處理的程序流程如圖6所示。

圖6 積分時(shí)間調(diào)整與信號(hào)處理程序流程

　　系統(tǒng)存在外界光干擾時(shí)需實(shí)時(shí)對(duì)積分時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。程序中用行同步脈沖FC做中斷源，在行同步脈沖FC中，不斷判斷U0的幅值是否位于3～4 V范圍內(nèi)。如果不在，立即調(diào)整M0～M3的值，直到U0的幅值合適為止。此時(shí)將行同步脈沖FC通過與門控制輸出，并將過零檢測的信號(hào)軟件二值化后輸出。

2.2 計(jì)數(shù)與通信模塊
2.2.1 硬件設(shè)計(jì)

　　計(jì)數(shù)與通信模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖7所示。

圖7 計(jì)數(shù)與通信模塊結(jié)構(gòu)框圖

　　由單片機(jī)AT89C2051接收來自積分時(shí)間調(diào)整與信號(hào)處理模塊的信號(hào)。在行同步脈沖FC周期內(nèi)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)脈沖計(jì)數(shù)，可得知U0波形工件成像的兩個(gè)邊界內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)脈沖個(gè)數(shù)。找出標(biāo)準(zhǔn)脈沖與實(shí)測工件標(biāo)準(zhǔn)尺寸之間的關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定校準(zhǔn)，即可得出工件的實(shí)際尺寸。可暫時(shí)將測量值通過由74LS373和DS1225擴(kuò)展的片外RAM存儲(chǔ)下來,然后通過RS232串口發(fā)送給顯示模塊。

2.2.2 軟件設(shè)計(jì)

　　MCU中計(jì)數(shù)與通信程序框圖如圖8所示。

圖8 MCU中計(jì)數(shù)與通信程序流程

　　程序中存在串口中斷和外部中斷0，設(shè)置串口中斷為高優(yōu)先級(jí)中斷，由串口的收中斷接收來自顯示模塊中ARM微處理器的控制指令，以確定是否開始測量、存儲(chǔ)或查詢；由串口的發(fā)中斷將測量值發(fā)送給ARM微處理器進(jìn)行顯示。以行同步脈沖FC的下降沿作為外部中斷0觸發(fā)信號(hào)，F(xiàn)C的下降沿到來產(chǎn)生中斷后即開始對(duì)標(biāo)準(zhǔn)脈沖計(jì)數(shù)。當(dāng)查詢到二值化信號(hào)Q由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)記錄此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)脈沖個(gè)數(shù)N1，當(dāng)查詢到二值化信號(hào)Q由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)停止計(jì)數(shù)，記錄此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)脈沖個(gè)數(shù)N2；N=N2-N1，按標(biāo)定校準(zhǔn)得系數(shù)計(jì)算測量值，并轉(zhuǎn)化為ASCII碼暫存于外部RAM中，以備直接顯示或查詢。