一種CCD微米級(jí)圓鋼光電測(cè)徑儀的研究設(shè)計(jì)

　　1.3 系統(tǒng)搭建方案

　　系統(tǒng)搭建方案如圖4所示。

　　圖4 系統(tǒng)總體搭建方案

　　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(cè)量轉(zhuǎn)換，并和顯示模塊通信將測(cè)量值發(fā)送給ARM處理器。最后由智能顯示終端顯示測(cè)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(zhǎng)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(cè)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(cè)，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(cè)的信號(hào)軟件二值化后輸出。