一種基于CCD技術的鋼管長度測量系統設計

　　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驅動信號，控制CCD傳感器完成數據的采集，另一方面濾波計算經調理電路A／D轉換后輸入信號，實現數據處理。然后通過控制LCD顯示電路和RS-485通信電路實現數據的顯示與傳輸。若有需要，還可以擴展其功能，譬如當段長滿足配尺長度時，控制剪刀進行剪切，并記錄剪切段長。

　　2)CCD傳感器驅動電路 該驅動電路是CCD器件應用中的關鍵技術之一，主要是為了生成滿足器件工作時的驅動時序脈沖，本系統采用FPGA實現對線陣CCD器件TCDl206SUP的驅動。

　　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行濾波、放大以及A／D轉換等處理。

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

　　5)RS485通信電路 現場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。當前工業現場總線中以RS-485使用最為普遍，這種網絡結構因硬件設計簡單、控制方便、成本低廉、通信速率高等優點而應用廣泛。

　　3 系統各部分功能實現

　　3．1 CCD驅動電路

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

　　3．1．1 分頻器的實現

　　該設計需要對4 MHz的時鐘脈沖分別進行4分頻和8分頻，在FPGA設計中，分頻器可采用圖形輸入設計，運用觸發器或計數器來實現不同制式的分頻；也可運用VHDL代碼輸入通過不同的算法實現設計。