ccd无接触测量(编辑修改稿)

ccd无接触测量(编辑修改稿)内容摘要：

材位置，如果带材反射率较高，也可以不用线光源而改用白炽灯聚光照明。 物体厚度测量原理 微光测厚的基本原理是三角法。 如图 43 所示，利用一个摄像管来获取因板厚变化而引起 的激光像位置的偏移，从而测出板厚。 激光束经压缩后以 45。 入射测量平面。 放置参考平面时，激光束入射点 A在摄像管上的位置为 O，放上被测平板后，激光束入射点成像于 O180。 ，OO180。 =X。 则 与门 检测器 CCD 计数器 微机 显示打印 9 XOBABd  211 对于一个确定的测量系统 AB， OB 为定值，只要测出 X 即可得到 1d ,从而得到板厚XOBABdddd  21010 X O O180。 B A180。 d 0d 图 43 HeNe A 10 第二章 基本电路设计 第一节 传感器工作的定时驱动电路 图 21 为传感器正常工作的定时图，图中 RS、 SH均由驱动（见附图一）电路产生， RS为频率 1MHz时钟。 从图中可知  可用于有效光电元素计数前的复位， SH可用做单片机对计数值采样的选通信号。 RS 可用做计数脉冲，在 2560 个有效光电元素内有光照的元素其输出为高电平，借助于逻辑控制使 RS 脉冲输至计数器进行计数，而无光照的元素输出 为低电平则禁止 RS 脉冲进入计数器。 附图一为驱动电路，它提供 1MHz 时钟 RS 以及 SH 信号，其它部分为  PD3570D 正常工作提供需要的电源或者电平。 RS SH 4T  OS 2560bit 有效光电元素 4bit无效光电元素 4bit无效光电元素 图 21 第二节 信号处理电路 我在设计此系统时，选定以单片机为主要控制系统而单片机对其能够处理的信号 是有一定的要求。 由前述 CCD 工作原理可知， CCD 内部结构是 2560 个光电二极管构成有效光电元素，当有物体发出光照到 CCD 上时，被照到的部分光电二极管呈“ 0”状态，此时从 CCD中得到信号是如图 21所示的 OS脉冲。 、 OS 脉冲中含有高频信号、杂波信号、噪音信号等，且实际的 OS 信号全部位于“ 0”平上，故从 CCD中得到的信号不能直接用于单片机处理。 所以需添加一级处理电路，以用来对原始信号进行所必需的处理和适当放大，使之满足单片机接收信号的要求。 对于信号处理电路，我们的首要目的是按照控制功能是要求，进行所需要的处 理与转换，能够进行有效的放大，删除噪声，选取有用信号，输出能够被单片机系统所接受的信号，而且对于预处理电路，同时要求它便于放大、便于传输，并且有一定的精度，低噪声、抗干扰、有良好的线性和稳定性，对响应速度也有一定的要求。 为此设计的处理方案框图如下：（电路图见附图二） 11 OS 图 22 隔直电容 从 CCD 出来的信号有直流信号、有交流信号，为获取我们所需要的脉冲信号，首先要选择一个隔直 电容（也叫耦合电容）用来把支流信号滤掉，隔直电容（附图二中 C1）一般在几微皮法到几十微皮法之间，它们在电路中的作用是传递交流，隔离支流。 由于一般的音频信号都可用 10 F 大小的电容隔直，故我们在此也选择 10 F 的隔直电容。 由于背景光线的存在，脉冲高电平并不等于“ 0” ；仍然存在微弱电压。 反相器 通常，人们比较习惯于处理高平信号，所以，经过隔直处理后，我们又加了一级反相跟随器（如图 23所示），使代表物体位 置的信号处于高电平。 本设计中，所有放大器均选择通用集成放大器，在日常的电路设计中，测量放大电路按元件的制造方式可分为分主元件结构形式，通用集成运算放大器和单片机集成测量放大器三种。 前两种形式相比，通用集成运算放大器组成形式具有体积小、精度高、调节方便，使用更方便，但价格较贵。 由于考虑成本，我在设计中采用集成运算放大器，这种反相器用的是常用的反相交流电压放大电路，如图 23 所示，因为这里只是利用放大器的反相作用，所以取 R1=R2=10K， R4=5K为补偿电阻，它决定了放大器的输入阻扰。 图 23 隔直电容 反相器 低通滤波 分压 低通滤波 平均电路 放大器 12 平均电路 经过隔直和反相后的信号，其低电平并不等于“ 0” ，而是高于“ 0”的某个电压值。 为保证处理的精度，需要把低平减为“ 0”或者负值，因此选用如图 24 所示电路。 从反相跟随器中输出的信号兵分两路，一路信号直接送入低通滤波，另一路信号经分压电阻降压并送入到同相电压跟随器，然后进行低通滤波。 经过处理的两路信号分别进入集成运算 放大的反相和同相输入端，使两路信号相减。 调节下一级集成运算放大器，同相端的电源，可以使输出的信号符合单片机的要求。 低通滤波 原始的 OS 信号其实是又许多较高频率脉冲组成的，当它被看成是一个脉冲时，很可能会存在一些更高频率杂波引起的毛刺，为除去这些毛刺，须加一级低通滤波器。 图 25 就是常用的低通滤波电路，它 允许信号通过的频率范围：即通带是从“ 0”延伸到某一规定的上限频率，只要合理选择 数据，使其上限频率符合要求，便可滤去高频杂波。 然而，由于前一级反相器的响应频率较 低，当信号从反相器中输出时，毛刺已经被滤掉了。 图 26 为放大器响应频率与其开环增益的关系，可知工作在此外的放大器相对于输入信号的频率是很低的，这就在无意中起到了低通滤波的作用。 因此，本电路中的滤波网络可以省去，在前一级反相器响应频率较高的情况下便可采用一低通滤波电路。 图 2－ 5 20lgA V/Db 100 反相放大 经过以上的电路，原信号 OS 已被基本改变 为如图 21 所示，只是其电压幅值不一定能够满 足要求，且很可能以被衰减，需要再加一级反相 放大器，适当调节整其增益，使之输出具有合适 幅值的电压信号，（放大器正相输入端的滑动电阻 0 外接，便于进行调整，以选择合适的幅值），并将 信号反相。 10 10 106 107 Hz 图 26 输出 被加强过的信号直接送入三极管，此处的三极管工作作开关状态，它的作用是把信号转换为标准的高低电平信号。 例如，当输入三极管的信号为低电平时，三极管截止，集电极输 13 出电压被上拉到 VCC，一般取 VCC=+5V。 相反，当输入三极管的信号为高电平时，三极管导通集电极输出电压被下拉，接近于零。 如图 27 所示，在三极管的发射结，接了一个二极管，它的作用是保护发射结。 当三极管输入电压为低平时，如果幅度过低，则加在发射结上的反相电压过大，有可能会将三 极管击穿。 接入二极管后，三极管截止时，二极管导通，致使加在三极管发射结上的反相电压仅为二极管的导通电压（ ），以便可保护三极管。 相反，当三极管导通，二极管截止时，三极管发射结的导通电压也可以保护二极管不被击穿。 图 2－ 7 14 第三章 控制电路及微机系统 控制电路及微机系统说明 附图三为 CCD的输出与单片机接口电路。 8031 除 CPU 外还有两个定时 /计数口，两个外部中断口，四 个输入 /输出口，一个串行口， 128 个字节的 RAM。 74LS373为地址锁存器，2764 为存放程序的 EPROM， 8155 为 RAM/IO 扩展器，也做计数采集接口。 4040 为 12 位二进制计数器。 因 CCD 所需的 RS 为 1MHz 频率，难以直接从 8031 的 T0 或者 T1口进入而计数，故而由 4040 计数再借助于 8031P1 口和 8155 PB 口采集，又因为最大计数值为 2560，故选择 12位即可， P0口即作数据口又作地址低 8位， P2作地址高 8 位。 输出信号 OS 与一基准电平经 339 比较器进行比较，对应于有光照的光电元素 OS 为高电平， 经 339 后也为高电平，因此 RS 时钟无法进行计数。 4040 的计数值实际反映了有光照的光电元素数量。  经4050缓冲 /驱动后用于对计数器复位。 SH经 4050缓冲 /驱动后接 8031的两个定时口用作 8031对计数值采样的选通信号。 T0、 T1均设定为计数方式， T1 设定值使其接收一个脉冲就产生中断。 （不采用 INT0 来完成这一功能是由于 SH 脉冲亮度不够，难以产生中断）， T0用作对采样次数计数。 图中 K 键为手动复位清零键，用作调试用。 RST/VPD 从高电平变为电平时，单片机将从 0 号单元开始执行程序，另外该 31 脚还具有复用功能。 只要将 VPD 接 +5V 备用电源，一旦。