基于PIC32的鐵路隧道監(jiān)測系統(tǒng)
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數(shù)據(jù)采集部分為：通過RA接口驅(qū)動線陣CCD TCD1501；由于線陣CCD輸出的是模擬信號，需要通過ADC接口轉(zhuǎn)換為MCU能夠處理的數(shù)字信號，并計算出當(dāng)前光斑位置；使用I2C接口連接溫度傳感器LM75，獲取當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)；使用RTCC接口獲取當(dāng)前的實時時鐘和日歷。數(shù)據(jù)顯示部分：采用PMP接口驅(qū)動字符型液晶LCD1602，顯示當(dāng)前的時間、溫度、光斑位置信息。數(shù)據(jù)存儲部分：采用SPI接口驅(qū)動常用的miniSD卡，并使用流行的文件操作系統(tǒng)FatFS，存儲時間、溫度、光斑位置數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通信部分：采用USART接口，通過串口通信將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C電腦上，并使用圖形化編程軟件LabVIEW進行編程。
圖2-4 整個系統(tǒng)框圖
三 各個模塊介紹
3.1線陣CCD TCD1501
3.1.1 線陣CCD工作原理
CCD 是一種半導(dǎo)體器件，由一系列相鄰的MOS(金屬-氧化物-半導(dǎo)體) 存儲單組成。在外界光照條件下，能產(chǎn)生電荷，并存儲在 MOS 存儲單元里，產(chǎn)生電荷的多少與入射光的強度和照射時間成正比。在一定的外加電壓驅(qū)動下，CCD中存儲的電荷可以一個接一個的順序移動，通過輸出放大器在輸出端產(chǎn)生與存儲電荷成正比的輸出電壓。CCD的一個工作周期分為兩個階段：光積分階段和電荷轉(zhuǎn)移階段. 光積分階段實現(xiàn)光電荷的積累，與此同時將上一幀移位寄存器中的電荷輸出并清空像元勢阱中的無效電荷；電荷轉(zhuǎn)移階段實現(xiàn)光電荷向移位寄存器的轉(zhuǎn)移。CCD 的感光陣列與移位寄存器是分開的，像元接受外界光源照射產(chǎn)生電荷，通過轉(zhuǎn)移柵控制光生信號電荷向移位寄存器轉(zhuǎn)移，一般信號轉(zhuǎn)移時間遠小于光積分時間。轉(zhuǎn)移信號控制轉(zhuǎn)移柵，轉(zhuǎn)移柵關(guān)閉，感光陣列收集光信號，此時感光陣列和移位寄存器之間為阻斷態(tài)，不會發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。
3.1.2 東芝TCD-1501簡介
TCD-1501是由東芝半導(dǎo)體生產(chǎn)的一款具有5000個有效像元的線陣CCD，單12V供電，有極高的靈敏度，像元大小為7um×7um，典型的時鐘脈沖頻率為1MHz，最大可以達到12MHz。實物圖如圖所示：
圖3-1 TCD1501實物圖
3.1.3 PIC32驅(qū)動TCD1501
TCD1501的時序圖如圖2-2所示，使用Altium Designer構(gòu)建的原理圖如圖2-3，采用PIC32的RA0到RA5這5個端口輸出圖2-2的時序。由于PIC內(nèi)部ADC轉(zhuǎn)換的范圍為0到3.3，所以將輸出的結(jié)果由兩級比例差分放大電路LM358處理，第一級把CCD_OS與CCD_DOS相減，第二級構(gòu)成電壓跟隨器，使用電位器R5等比例縮寫輸出電壓。
圖3-2 TCD1501時序圖
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