一種基于CCD技術(shù)的鋼管長度測量系統(tǒng)設(shè)計

　　2 系統(tǒng)組成及各部分功能

　　該測量系統(tǒng)主要由光源、CCD傳感器、CCD驅(qū)動電路、FPGA可編程器件、信號調(diào)理電路、LCD顯示電路、RS-485通信電路以及鍵盤輸入電路等部分構(gòu)成，其組成框圖如圖2所示。

　　1)FPGA(EP3C) FPGA是該系統(tǒng)的核心部分，一方面生成CCD驅(qū)動信號，控制CCD傳感器完成數(shù)據(jù)的采集，另一方面濾波計算經(jīng)調(diào)理電路A／D轉(zhuǎn)換后輸入信號，實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理。然后通過控制LCD顯示電路和RS-485通信電路實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示與傳輸。若有需要，還可以擴展其功能，譬如當(dāng)段長滿足配尺長度時，控制剪刀進行剪切，并記錄剪切段長。

　　2)CCD傳感器驅(qū)動電路 該驅(qū)動電路是CCD器件應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)之一，主要是為了生成滿足器件工作時的驅(qū)動時序脈沖，本系統(tǒng)采用FPGA實現(xiàn)對線陣CCD器件TCDl206SUP的驅(qū)動。

　　3)信號調(diào)理電路 傳感器與微處理器之間的轉(zhuǎn)接部分，由于傳感器采集到信號一般能量弱，干擾強，且為模擬信號，所以調(diào)理電路的主要功能是對信號進行濾波、放大以及A／D轉(zhuǎn)換等處理。

　　4)LCD顯示電路 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示功能，使操作人員能了解實時測量數(shù)據(jù)，并對其作出相應(yīng)處理。

　　5)RS485通信電路 現(xiàn)場的測量儀器和上位機的通訊距離較遠，所以，該系統(tǒng)采用RS-485通信。當(dāng)前工業(yè)現(xiàn)場總線中以RS-485使用最為普遍，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)因硬件設(shè)計簡單、控制方便、成本低廉、通信速率高等優(yōu)點而應(yīng)用廣泛。

　　3 系統(tǒng)各部分功能實現(xiàn)

　　3．1 CCD驅(qū)動電路

　　該驅(qū)動電路選用獨立脈沖源。由晶體振蕩器構(gòu)成時鐘發(fā)生電路，輸出頻率為4 MHz的時鐘脈沖，經(jīng)4分頻器得到頻率為l MHz的時鐘脈沖，再經(jīng)脈寬調(diào)制器合成占空比為1：3的復(fù)位脈沖φR，時鐘脈沖φ1為0．5MHz，由脈沖信號8分頻得到，φ2由φ1反相產(chǎn)生，如圖3所示。

　　3．1．1 分頻器的實現(xiàn)

　　該設(shè)計需要對4 MHz的時鐘脈沖分別進行4分頻和8分頻，在FPGA設(shè)計中，分頻器可采用圖形輸入設(shè)計，運用觸發(fā)器或計數(shù)器來實現(xiàn)不同制式的分頻；也可運用VHDL代碼輸入通過不同的算法實現(xiàn)設(shè)計。