基于單片機的線陣CCD實時檢測系統(tǒng)的開發(fā)

線陣ccd實時檢測系統(tǒng)模型

為了說明線陣ccd實時檢測系統(tǒng)的基本模型，現(xiàn)以機器人路徑識別為例，來具體說明如何利用線陣ccd開發(fā)實時動態(tài)環(huán)境檢測系統(tǒng)。假設(shè)在一個深色(如黑色、藍、綠等)平面上用寬度為30mm的白線作為機器人將要運動的軌跡導(dǎo)引線，利用線陣ccd開發(fā)出檢測白線軌跡的檢測系統(tǒng)。先利用光學(xué)系統(tǒng)用攝像頭將路面信息成像到ccd的感光面上；然后讀取白線的位置檢測信息作為機器人的視覺，讓機器人在上位機的控制下沿白線軌跡運動。這是一個典型的ccd實時檢測系統(tǒng)。整體檢測系統(tǒng)如圖1所示。

硬件設(shè)計

利用ccd的光電特性設(shè)計出的電路應(yīng)能判別視頻信號上輸出的深色和白色區(qū)別，這樣才能識別白線，同時實時反應(yīng)機器人當(dāng)前所在的物理位置，以便對其運動做相應(yīng)的調(diào)整。線陣ccd選用nec公司的μpd3575d芯片。該芯片為20腳dip封裝，像敏單元數(shù)目為1024，像敏單元大小為14μm×14μm×14μm(相鄰像元中心距離為14μm)，光敏區(qū)域采用高靈敏度和低暗電流pn結(jié)作為光敏單元，內(nèi)置采樣保持電路和輸出放大電路，其外觀尺寸大小為25.5 mm×10 mm，易于裝卸。該器件可工作在5v驅(qū)動(脈沖)、12 v電源條件下。

該系統(tǒng)的簡要電路如圖2所示。驅(qū)動用的單片機是at89c2051，該芯片是atmel公司生產(chǎn)的自帶2kb可編程flash存儲器的可與msc-51兼容的高性能處理器。它與常規(guī)的51單片機芯片有相同的核心和相近的結(jié)構(gòu)功能(如ram、定時／記數(shù)器、中斷結(jié)構(gòu)、串行口、振蕩器和時鐘電路等)；有最高達24mhz的振蕩頻率，能高速地驅(qū)動ccd；有較少的精簡i／o端口，因此體積很小，非常適用做小型應(yīng)用系統(tǒng)的處理器。對很多嵌入式控制應(yīng)用提供了一個高度靈活的有效解決方案。本線陣ccd檢測系統(tǒng)發(fā)揮了其小而靈活的特點，既陡系統(tǒng)資源得到了充分的應(yīng)用又讓系統(tǒng)結(jié)陶精簡緊奏，電路中二值化部分的電位器r_t用來調(diào)整二值化比較電平的閥值(0～5 v)，通過它涮節(jié)整個ccd的灰度分辨率。同時整個系統(tǒng)對外接口十分簡單，只需接上電源和兩條通向上位機的信號線。上位機只需等待同步信號fc和檢測脈沖信號bin_out到來的中斷信號，與at89c2051相互獨立，彼此之間沒有任何時鐘信號或復(fù)用關(guān)系。因此實際運用中器件互換性較強。既可選用普通的at89c51進行一定的端口擴展接收fc和bin_out，也可選用中斷能力較強的soc芯片c8051fxx系列等。整個檢測系統(tǒng)具有良好的柔性，最終電路體積可控制在手掌心大小之內(nèi)。

信號時序及軟件設(shè)計

由于硬件設(shè)計時考慮的是用軟件產(chǎn)生ccd驅(qū)動信號，這樣，軟件設(shè)計的最大難點就是，既要滿足ccd芯片的驅(qū)動信號要求，又要完成檢測信息的完整表述。事實上，nec公司的線陣器件μpd3575d所需的驅(qū)動信號與toshiba公司傳統(tǒng)的tcd系列器件略有差異，具體驅(qū)動信號(包括時鐘φio、轉(zhuǎn)移脈沖φtg、復(fù)位時鐘φro和采樣保持時鐘φsho)的時序關(guān)系如圖3所示。