基于DSP的物體重量實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監測的研究

研究了一種利用CCD傳感器對物體重量進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量的方法。在討論了利用CCD測物體重量的原理的同時(shí)，還給出了基于DSP的硬件實(shí)現，最后給出了數據處理的過(guò)程及算法。
關(guān)鍵詞：電荷耦合器件，動(dòng)態(tài)測量，DSP

1　引　言
　　目前，對物體的重量進(jìn)行測量主要依據兩種基本原理。一是利用力學(xué)中的杠桿平衡原理，二是利用各種傳感器將物體的重量信息轉化成電信號，再對此電信號進(jìn)行分析處理提取該物體的重量信息。前者適用范圍廣，量程大，是一種經(jīng)濟的方法，但測量精度有限且需人工完成，因此，這種方法無(wú)法實(shí)現實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量。后者采用了傳感器，這就有利于用電子裝置來(lái)對重量信息進(jìn)行分析、計算，并顯示結果，但是，很多傳感器受動(dòng)態(tài)范圍的限制。本文則從光學(xué)技術(shù)角度結合力學(xué)原理利用CCD傳感實(shí)現了對物體的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)測量。
2　測量原理
　　CCD對物體進(jìn)行測量的原理如圖1所示。平面鏡的轉動(dòng)支點(diǎn)為O，且垂線(xiàn)OW交透鏡軸為W點(diǎn)。W點(diǎn)位于f′（焦距）與2f′之間。當沒(méi)有測量物體時(shí)，平面鏡與激光束的交角為θ。CCD放在透鏡的右邊，它和透鏡中心的距離為f′，這樣便于計算y′。下面分析其原理并導出測量公式。
　　被測物體在彈簧上產(chǎn)生形變。設物重為G，彈簧的彈性系數為k，形變?yōu)閤，根據虎克定律，則
　　G＝kx。（1）
將彈簧形變反映為平面鏡的轉角變化θ。
　　半導體激光器發(fā)出的連續平行激光，入射到平面反射鏡上，平面鏡不同位置對應不同反射光線(xiàn)。反射光線(xiàn)聚集到CCD上，如圖1所示，利用副光軸的作圖法，不難得出如式（2）所示的關(guān)系：
　　
其中，y′代表CCD上的光點(diǎn)到光軸的距離。f′代表透鏡的焦距，θ代表平面反射鏡的轉角。由此可見(jiàn)，如果能夠通過(guò)CCD快速準確地獲得y′，那么通過(guò)求反函數就可以求得θ。
　　下面推導測物體重量G的公式，也就是要導出G與y′的關(guān)系式。
　　圖1中，l為彈簧原長(cháng)，h為平面鏡固定點(diǎn)距水平位置的高度，φ為平面鏡處于平衡位置時(shí)與垂直方向的夾角，s為彈簧到平面鏡固定點(diǎn)O水平方向上的距離。由圖1可知，

又

　　將式（7）代入式（1）得　　

3　系統設計
　　圖2所示是本系統的工作原理：CCD圖像傳感器把光信號轉變?yōu)殡娦盘?。在A(yíng)／D轉換器中，將CCD產(chǎn)生的電信號轉換為數字信號，并傳輸到圖像存儲單元。DSP通過(guò)對數字信號進(jìn)行處理，最后輸出結果。

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