一種CCD微米級圓鋼光電測徑儀的研究設計

　　1.3 系統搭建方案

　　系統搭建方案如圖4所示。

　　圖4 系統總體搭建方案

　　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(guò)光學(xué)鏡頭在CCD上成像。CCD的輸出信號通過(guò)9針串行口將信號輸送到積分時(shí)間調整與信號處理電路模塊，然后此模塊將處理好的信號輸送到計數與通信電路模塊進(jìn)行計數測量轉換，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)現校準標定查詢(xún)等功能。

　　2 系統的實(shí)現

　　2.1 積分時(shí)間調整與信號處理電路

　　2.1.1 硬件設計

　　積分時(shí)間調整與信號處理電路結構框圖如圖5所示。

　　圖5 積分時(shí)間調整與信號處理電路結構框圖

　　由于CCD的輸出信號U0受光強影響，光強越強U0波形幅值越大，故需對CCD進(jìn)行積分時(shí)間閉環(huán)調整，以保證信號U0的最高幅值在3～4 V范圍內。將U0的波形通過(guò)雙比較器LM393與3 V和4 V電壓比較，并將比較結果輸入到單片機AT89C2051中，單片機根據結果通過(guò)四根數據線(xiàn)設置CCD驅動(dòng)器的積分時(shí)間設置擋位M0～M3（其中0000為最短積分時(shí)間，1111為最長(cháng)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，便于進(jìn)行準確測量。積分時(shí)間調整好后，通過(guò)與門(mén)控制將行同步脈沖FC輸出。U0經(jīng)由4個(gè)雙運放LM353搭建的濾波、一次微分、濾波、絕對值、放大、二次微分、濾波、電平調整進(jìn)行信號處理后再通過(guò)LM393比較器與0 V比較進(jìn)行過(guò)零檢測，并將信號輸入到單片機AT89C2051中進(jìn)行軟件二值化，二值化好以后將信號輸出。

　　2.1.2 軟件設計

　　積分時(shí)間調整與信號處理的程序流程如圖6所示。

　　圖6 積分時(shí)間調整與信號處理程序流程

　　系統存在外界光干擾時(shí)需實(shí)時(shí)對積分時(shí)間進(jìn)行調整。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。如果不在，立即調整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(guò)與門(mén)控制輸出，并將過(guò)零檢測的信號軟件二值化后輸出。