基于PIC32的铁路隧道监测系统
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数据采集部分为：通过RA接口驱动线阵CCD TCD1501；由于线阵CCD输出的是模拟信号，需要通过ADC接口转换为MCU能够处理的数字信号，并计算出当前光斑位置；使用I2C接口连接温度传感器LM75，获取当前的温度数据；使用RTCC接口获取当前的实时时钟和日历。数据显示部分：采用PMP接口驱动字符型液晶LCD1602，显示当前的时间、温度、光斑位置信息。数据存储部分：采用SPI接口驱动常用的miniSD卡，并使用流行的文件操作系统FatFS，存储时间、温度、光斑位置数据。数据通信部分：采用USART接口，通过串口通信将数据传输到上位机电脑上，并使用图形化编程软件LabVIEW进行编程。
图2-4 整个系统框图
三 各个模块介绍
3.1线阵CCD TCD1501
3.1.1 线阵CCD工作原理
CCD 是一种半导体器件，由一系列相邻的MOS(金属-氧化物-半导体) 存储单组成。在外界光照条件下，能产生电荷，并存储在 MOS 存储单元里，产生电荷的多少与入射光的强度和照射时间成正比。在一定的外加电压驱动下，CCD中存储的电荷可以一个接一个的顺序移动，通过输出放大器在输出端产生与存储电荷成正比的输出电压。CCD的一个工作周期分为两个阶段：光积分阶段和电荷转移阶段. 光积分阶段实现光电荷的积累，与此同时将上一帧移位寄存器中的电荷输出并清空像元势阱中的无效电荷；电荷转移阶段实现光电荷向移位寄存器的转移。CCD 的感光阵列与移位寄存器是分开的，像元接受外界光源照射产生电荷，通过转移栅控制光生信号电荷向移位寄存器转移，一般信号转移时间远小于光积分时间。转移信号控制转移栅，转移栅关闭，感光阵列收集光信号，此时感光阵列和移位寄存器之间为阻断态，不会发生电荷转移现象。
3.1.2 东芝TCD-1501简介
TCD-1501是由东芝半导体生产的一款具有5000个有效像元的线阵CCD，单12V供电，有极高的灵敏度，像元大小为7um×7um，典型的时钟脉冲频率为1MHz，最大可以达到12MHz。实物图如图所示：
图3-1 TCD1501实物图
3.1.3 PIC32驱动TCD1501
TCD1501的时序图如图2-2所示，使用Altium Designer构建的原理图如图2-3，采用PIC32的RA0到RA5这5个端口输出图2-2的时序。由于PIC内部ADC转换的范围为0到3.3，所以将输出的结果由两级比例差分放大电路LM358处理，第一级把CCD_OS与CCD_DOS相减，第二级构成电压跟随器，使用电位器R5等比例缩写输出电压。
图3-2 TCD1501时序图
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