一种CCD微米级圆钢光电测径仪的研究设计

　　1.3 系统搭建方案

　　系统搭建方案如图4所示。

　　图4 系统总体搭建方案

　　采用高亮度LED和合适焦距的透镜组成光源盒，并利用其特性产生较好的平行光，照射物体然后通过光学镜头在CCD上成像。CCD的输出信号通过9针串行口将信号输送到积分时间调整与信号处理电路模块，然后此模块将处理好的信号输送到计数与通信电路模块进行计数测量转换，并和显示模块通信将测量值发送给ARM处理器。最后由智能显示终端显示测量值，并实现校准标定查询等功能。

　　2 系统的实现

　　2.1 积分时间调整与信号处理电路

　　2.1.1 硬件设计

　　积分时间调整与信号处理电路结构框图如图5所示。

　　图5 积分时间调整与信号处理电路结构框图

　　由于CCD的输出信号U0受光强影响，光强越强U0波形幅值越大，故需对CCD进行积分时间闭环调整，以保证信号U0的最高幅值在3～4 V范围内。将U0的波形通过双比较器LM393与3 V和4 V电压比较，并将比较结果输入到单片机AT89C2051中，单片机根据结果通过四根数据线设置CCD驱动器的积分时间设置挡位M0～M3（其中0000为最短积分时间，1111为最长积分时间），以保证有合适的积分时间，使U0的最高幅值在要求范围内，便于进行准确测量。积分时间调整好后，通过与门控制将行同步脉冲FC输出。U0经由4个双运放LM353搭建的滤波、一次微分、滤波、绝对值、放大、二次微分、滤波、电平调整进行信号处理后再通过LM393比较器与0 V比较进行过零检测，并将信号输入到单片机AT89C2051中进行软件二值化，二值化好以后将信号输出。

　　2.1.2 软件设计

　　积分时间调整与信号处理的程序流程如图6所示。

　　图6 积分时间调整与信号处理程序流程

　　系统存在外界光干扰时需实时对积分时间进行调整。程序中用行同步脉冲FC做中断源，在行同步脉冲FC中，不断判断U0的幅值是否位于3～4 V范围内。如果不在，立即调整M0～M3的值，直到U0的幅值合适为止。此时将行同步脉冲FC通过与门控制输出，并将过零检测的信号软件二值化后输出。