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(dòng)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(jì)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(shí)時(shí)時(shí)鐘和日歷。數(shù)據(jù)顯示部分：采用PMP接口驅(qū)動(dòng)字符型液晶LCD1602，顯示當(dāng)前的時(shí)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(dòng)常用的miniSD卡，并使用流行的文件操作系統(tǒng)FatFS，存儲時(shí)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(jī)電腦上，并使用圖形化編程軟件LabVIEW進(jìn)行編程。
圖2-4 整個(gè)系統(tǒng)框圖
三 各個(gè)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(qiáng)度和照射時(shí)間成正比。在一定的外加電壓驅(qū)動(dòng)下，CCD中存儲的電荷可以一個(gè)接一個(gè)的順序移動(dòng)，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(gè)工作周期分為兩個(gè)階段：光積分階段和電荷轉(zhuǎn)移階段. 光積分階段實(shí)現(xiàn)光電荷的積累，與此同時(shí)將上一幀移位寄存器中的電荷輸出并清空像元?jiǎng)葳逯械臒o效電荷；電荷轉(zhuǎn)移階段實(shí)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(shí)間遠(yuǎn)小于光積分時(shí)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(shí)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(gè)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(shí)鐘脈沖頻率為1MHz，最大可以達(dá)到12MHz。實(shí)物圖如圖所示：
圖3-1 TCD1501實(shí)物圖
3.1.3 PIC32驅(qū)動(dòng)TCD1501
TCD1501的時(shí)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(gè)端口輸出圖2-2的時(shí)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(shí)序圖
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