一種基于CCD技術(shù)的鋼管長(cháng)度測量系統設計

　　2 系統組成及各部分功能

　　該測量系統主要由光源、CCD傳感器、CCD驅動(dòng)電路、FPGA可編程器件、信號調理電路、LCD顯示電路、RS-485通信電路以及鍵盤(pán)輸入電路等部分構成，其組成框圖如圖2所示。

　　1)FPGA(EP3C) FPGA是該系統的核心部分，一方面生成CCD驅動(dòng)信號，控制CCD傳感器完成數據的采集，另一方面濾波計算經(jīng)調理電路A／D轉換后輸入信號，實(shí)現數據處理。然后通過(guò)控制LCD顯示電路和RS-485通信電路實(shí)現數據的顯示與傳輸。若有需要，還可以擴展其功能，譬如當段長(cháng)滿(mǎn)足配尺長(cháng)度時(shí)，控制剪刀進(jìn)行剪切，并記錄剪切段長(cháng)。

　　2)CCD傳感器驅動(dòng)電路 該驅動(dòng)電路是CCD器件應用中的關(guān)鍵技術(shù)之一，主要是為了生成滿(mǎn)足器件工作時(shí)的驅動(dòng)時(shí)序脈沖，本系統采用FPGA實(shí)現對線(xiàn)陣CCD器件TCDl206SUP的驅動(dòng)。

　　3)信號調理電路 傳感器與微處理器之間的轉接部分，由于傳感器采集到信號一般能量弱，干擾強，且為模擬信號，所以調理電路的主要功能是對信號進(jìn)行濾波、放大以及A／D轉換等處理。

　　4)LCD顯示電路 實(shí)現數據的顯示功能，使操作人員能了解實(shí)時(shí)測量數據，并對其作出相應處理。

　　5)RS485通信電路 現場(chǎng)的測量儀器和上位機的通訊距離較遠，所以，該系統采用RS-485通信。當前工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)中以RS-485使用最為普遍，這種網(wǎng)絡(luò )結構因硬件設計簡(jiǎn)單、控制方便、成本低廉、通信速率高等優(yōu)點(diǎn)而應用廣泛。

　　3 系統各部分功能實(shí)現

　　3．1 CCD驅動(dòng)電路

　　該驅動(dòng)電路選用獨立脈沖源。由晶體振蕩器構成時(shí)鐘發(fā)生電路，輸出頻率為4 MHz的時(shí)鐘脈沖，經(jīng)4分頻器得到頻率為l MHz的時(shí)鐘脈沖，再經(jīng)脈寬調制器合成占空比為1：3的復位脈沖φR，時(shí)鐘脈沖φ1為0．5MHz，由脈沖信號8分頻得到，φ2由φ1反相產(chǎn)生，如圖3所示。

　　3．1．1 分頻器的實(shí)現

　　該設計需要對4 MHz的時(shí)鐘脈沖分別進(jìn)行4分頻和8分頻，在FPGA設計中，分頻器可采用圖形輸入設計，運用觸發(fā)器或計數器來(lái)實(shí)現不同制式的分頻；也可運用VHDL代碼輸入通過(guò)不同的算法實(shí)現設計。