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，并利用其特性產生較好的平行光，照射物體然后通過光學鏡頭在CCD上成像。CCD的輸出信號通過9針串行口將信號輸送到積分時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行計數測量轉換，并和顯示模塊通信將測量值發送給ARM處理器。最后由智能顯示終端顯示測量值，并實現校準標定查詢等功能。

　　2 系統的實現

　　2.1 積分時間調整與信號處理電路

　　2.1.1 硬件設計

　　積分時間調整與信號處理電路結構框圖如圖5所示。

　　圖5 積分時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進行積分時間閉環調整，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四根數據線設置CCD驅動器的積分時間設置擋位M0～M3（其中0000為最短積分時間，1111為最長積分時間），以保證有合適的積分時間，使U0的最高幅值在要求范圍內，便于進行準確測量。積分時間調整好后，通過與門控制將行同步脈沖FC輸出。U0經由4個雙運放LM353搭建的濾波、一次微分、濾波、絕對值、放大、二次微分、濾波、電平調整進行信號處理后再通過LM393比較器與0 V比較進行過零檢測，并將信號輸入到單片機AT89C2051中進行軟件二值化，二值化好以后將信號輸出。

　　2.1.2 軟件設計

　　積分時間調整與信號處理的程序流程如圖6所示。

　　圖6 積分時間調整與信號處理程序流程

　　系統存在外界光干擾時需實時對積分時間進行調整。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。此時將行同步脈沖FC通過與門控制輸出，并將過零檢測的信號軟件二值化后輸出。