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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。