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基于线阵CCD的 像和位置传感系统

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摘要:本文介绍的是一种基于线阵CCD的图像和位置传感系统。此系统以C18051F020型微控制器作为下位机,进行CCD的驱动和与计算机(上位机)的通讯等;计算机通过用Labview编写的人机交互软件控制整个系统的运行;上位机和下位机之间以RS232接口通讯。经测试,本系统进行干涉、衍射等一维光学实验收到良好效果;位置传感器的定位粘度达140μm,定位频率达50Hz以上。

关键词:微控制器;Labview;线阵CCD;位置传感器

0 系统概述

本系统原理如图l所示,计算机通过RS232接口和C8051微控制器进行通讯,控制整个系统的运行;C8051微控制器控制CCD进行光信号的采集,同时将采集的数据传输至计算机;应用Labview编写的人机交互软件可以全自动地操作整个系统,并对采集的数据进行分析、处理和一维模拟成像。

平行光通过单缝等光学元件时,会按照一定的光学规律分布,线阵CCD则能够将一维的光信号转化为模拟电信号,再通过一系列的电信号处理,就能够在计算机上显示光强的分布。同时,如果中间的光学器件是一个单缝,则缝的中心点对应的是光强的最大值,通过这个原理能够标记器件的位置信息(如图1)。本系统对弹簧振了和单摆等动力学系统进行了测试,获得了非常好的效累。

1 硬件设计

本系统的硬件设计主要包括CCD的驱动和信号采集。光电信号转换器件选用的是TCDl200D型CCD,其驱动需要发送SH、φ1、φ2、RS等4个驱动脉冲,其中RS的频率(与A/D转换需要的频率相同)范围是0.02MHz到2MHz,典型值是1MHz。而C8051F020的PCA模块最高可发送11MHz的脉冲,ADC的工作频率达500ksps,完全可以担任驱动CCD的工作。本实验中RS和A/D转换的频率为40KHz。

具体方案如图2所示,用PCA发送稳定的0.8MHz的方波脉冲,然后通过D触发器,进行2次分频,获得5V,0.4MHz和0.2MHz的方波脉冲(两种频率都各有两路电平总是相反的脉冲),其中0.4MHz脉冲作为RS驱动脉冲,0.2MHz的两路脉冲分别作为φl和φ2的脉冲。同时用定时器2(T2)检测RS,进行计数,确定SH的周期,发送符合要求的SH脉冲。

对于DOS的采集,本系统选用的是用OP27搭建的减法器等模拟电路进行放大、滤波等预处理。

2 软件设计

本系统的软件设计包括C8051微控制器的应用程序和人机交互界面的Labview应用程序。

来源:电子技术

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