專利名稱：一種用ccd測量光強(qiáng)突變位置的檢測電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬光電測量儀器的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測量入射到線陣CCD 表面的光束光強(qiáng)突變位置，檢測折射率、液位、物位等物理量的檢測電路。
背景技術(shù)：
在工業(yè)測量中，有很多物理量可以通過檢測光強(qiáng)突變位置來獲得。例如利用 臨界角全反射法測量液體折射率，就是通過檢測光強(qiáng)明暗交界面的位置來得到相 對應(yīng)的液體折射率；而用浮子法測量液位時(shí)，由于空氣與液體中的透光率不同， 其分界面也必然對應(yīng)著光強(qiáng)的突然變化。自動(dòng)快速的檢測出光強(qiáng)突變的位置就可 以得到相對應(yīng)的物理量。作為檢測裝置大體可以分為三類 一是利用PSD位置傳 感器進(jìn)行測量，PSD對溫度系數(shù)的敏感度很高，所以也就帶來了測量精度低，量 程短的缺陷；另外一種結(jié)構(gòu)是利用面陣CMOS圖象傳感器檢測光斑圖象的邊緣位 置，但CMOS成像質(zhì)量不高，影響了測量精度；最后一種就是利用電荷耦合器(CCD) 來檢測，面陣CCD雖測量精度高、方便快捷，但處理電路較為復(fù)雜，成本高，如 進(jìn)口的CCD液體折射率儀， 一臺(tái)要10多萬人民幣，不利于推廣使用。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種成本低、精度高、利用線陣CCD高精度測量光 強(qiáng)突變位置的檢測電路，使其能用于測量折射率、液位、物位等物理量的裝置中。
為達(dá)到上述目的，采用的技術(shù)方案是 一種用CCD測量光強(qiáng)突變位置的檢測 電路，包括信號光源、線陣CCD器件、A/D轉(zhuǎn)換器、CPLD (復(fù)雜可編程邏輯器件) 驅(qū)動(dòng)控制電路、微處理器控制電路和外圍終端模塊，其特征在于所述線陣CCD 器件感光面接收信號光源光線的照射，所述CPLD驅(qū)動(dòng)控制電路產(chǎn)生的工作時(shí)序 與所述線陣CCD器件電連接，所述線陣CCD器件輸出依次與運(yùn)算放大器、A/D轉(zhuǎn) 換器電連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器輸出通過CPLD驅(qū)動(dòng)控制電路的數(shù)據(jù)與指令通道依 次與后端微處理器控制電路、外圍終端模塊電連接。
所述A/D轉(zhuǎn)換器輸出通過CPLD驅(qū)動(dòng)控制電路與SRAM外部存儲(chǔ)器電連接，所 述CPLD驅(qū)動(dòng)控制電路根據(jù)自定義數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，通過數(shù)據(jù)與指令通道與后端微
處理器控制電路電連接。
所述微處理器控制電路的微處理器采用了以ARM為核心的高速嵌入式處理器。
所述微處理器控制電路輸入與溫度控制器電連接。
本實(shí)用新型的有益效果是線陣CCD具有像素?cái)?shù)多、像素尺寸小、速度快、 測量精度高、價(jià)格低等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)一維尺寸測量和定位精度高，并具有自動(dòng)進(jìn)行 溫度補(bǔ)償?shù)墓δ堋?br> 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明


圖1是本實(shí)用新型電路功能示意圖2是線陣CCD器件的電路接線圖3是CPLD驅(qū)動(dòng)控制電路內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖4是CPLD驅(qū)動(dòng)控制電路與微處理器控制電路的數(shù)據(jù)與指令通道接口的連 線示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型主要是由采集部分和控制部分組成，如圖1所示，采集部分包括 CPLD驅(qū)動(dòng)控制電路，線陣CCD器件，運(yùn)算放大器，A/D轉(zhuǎn)換器，SRAM外部存儲(chǔ) 器；控制部分包括微處理器控制電路和外圍終端模塊。信號光源光線照射到線陣 CCD器件的感光面上，由CPLD驅(qū)動(dòng)控制電路啟動(dòng)并產(chǎn)生線陣CCD的工作時(shí)序， 操控線陣CCD器件開始數(shù)據(jù)采集。線陣CCD器件后端輸出的模擬信號，送入運(yùn)算 放大器進(jìn)行信號的反相和限幅，使得模擬信號的幅度能夠處于A/D轉(zhuǎn)換器的電壓 量化的區(qū)間內(nèi)。然后將運(yùn)算放大器的輸出信號送入A/D變換器進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，所 得數(shù)字信號通過CPLD驅(qū)動(dòng)控制電路放入SRAM外部存儲(chǔ)器暫存。而后CPLD驅(qū)動(dòng) 控制電路把暫存的數(shù)據(jù)按照自定義的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議通過與微處理器控制電路的 數(shù)據(jù)和指令通路，送到微處理器控制電路進(jìn)行算法處理，最后通過外圍終端模塊 對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和打印。
圖2所示線陣CCD器件的時(shí)序信號驅(qū)動(dòng)01A1、 01A2、①2Al、①2A2、 ST、 SH1、 SH2、 SH3、 UF、 IE"由CPLD驅(qū)動(dòng)控制電路提供。反相器IC1和IC2提供了
CPLD驅(qū)動(dòng)控制電路對線陣CCD器件的電平穩(wěn)壓和電流驅(qū)動(dòng)。CCD輸出模擬信號 0S1， 0S2， 0S3通過三極管TR1， TR2， TR3接成的電流跟隨器電路，增強(qiáng)了信號 輸出的電流驅(qū)動(dòng)能力。
如圖3所示，CPLD驅(qū)動(dòng)控制電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖包括6個(gè)功能模塊指令 輸入模塊、控制調(diào)度模塊、計(jì)數(shù)器模塊、CCD時(shí)序驅(qū)動(dòng)模塊、外部SRAM存儲(chǔ)器 讀寫模塊和數(shù)據(jù)輸出模塊。指令輸入模塊負(fù)責(zé)接受微處理器控制電路發(fā)送的開始 啟動(dòng)，復(fù)位和停止的指令信號。控制調(diào)度模塊對輸入的指令進(jìn)行分析判斷之后， 激活計(jì)數(shù)器模塊中的相應(yīng)功能的計(jì)數(shù)器，對其他模塊進(jìn)行功能和時(shí)序上的操控。 計(jì)數(shù)器模塊主要是對其他的功能模塊進(jìn)行時(shí)序上的延時(shí)操作。CCD時(shí)序驅(qū)動(dòng)模塊 主要是產(chǎn)生線陣CCD器件的時(shí)序驅(qū)動(dòng)的信號。外部SRAM存儲(chǔ)器讀寫模塊連接SRAM 外部存儲(chǔ)器和A/D轉(zhuǎn)換器輸出口的數(shù)據(jù)通路，其主要功能是產(chǎn)生和控制外部SRAM 存儲(chǔ)器的工作時(shí)序，使得CPLD驅(qū)動(dòng)控制電路可以準(zhǔn)確地對外部SRAM存儲(chǔ)器進(jìn)行 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀取。數(shù)據(jù)輸出模塊按照CPLD驅(qū)動(dòng)控制電路與微處理器控制電路 之間的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，產(chǎn)生相應(yīng)的控制時(shí)序，保證數(shù)據(jù)在CPLD驅(qū)動(dòng)控制電路與 微處理器控制電路之間的數(shù)據(jù)通路中能夠準(zhǔn)確地傳輸。
圖4所示CPLD驅(qū)動(dòng)控制電路與微處理器控制電路之間的數(shù)據(jù)通路的硬件連 接是由8根數(shù)據(jù)線和4根控制線組成。以下是CPLD驅(qū)動(dòng)控制電路與微處理器控 制電路之間的數(shù)據(jù)通道接口定義和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的描述。
功能傳輸CCD采集的10800個(gè)像素字節(jié)的數(shù)字值。
硬件連接數(shù)據(jù)口 8位；控制線啟動(dòng)、復(fù)位、時(shí)鐘、停止各1位。
通信協(xié)議ARM先發(fā)送復(fù)位信號，再發(fā)送啟動(dòng)信號，CPLD和CCD開始數(shù)據(jù)采 集；采集完畢之前，時(shí)鐘線的信號始終為高電平，采集完后時(shí)鐘信號開始起動(dòng)， 高電平為CPLD發(fā)送數(shù)據(jù)，低電平為ARM接收數(shù)據(jù)。時(shí)鐘信號的周期為2us。 ARM 接收完10800個(gè)數(shù)據(jù)后發(fā)送停止信號位，CPLD停止數(shù)據(jù)發(fā)送并復(fù)位。
微處理器控制電路收到10800個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后對其進(jìn)行算法分析，最后通過外 圍終端模塊的LCD顯示器和打印機(jī)將結(jié)果輸出。
權(quán)利要求1.一種用CCD測量光強(qiáng)突變位置的檢測電路，包括信號光源、線陣CCD器件、A/D轉(zhuǎn)換器、CPLD驅(qū)動(dòng)控制電路、微處理器控制電路和外圍終端模塊，其特征在于所述線陣CCD器件感光面接收信號光源光線的照射，所述CPLD驅(qū)動(dòng)控制電路產(chǎn)生的工作時(shí)序與所述線陣CCD器件輸入電連接，所述線陣CCD器件輸出依次與運(yùn)算放大器、A/D轉(zhuǎn)換器電連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器輸出通過CPLD驅(qū)動(dòng)控制電路的數(shù)據(jù)與指令通道依次與后端微處理器控制電路、外圍終端模塊電連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用CCD測量光強(qiáng)突變位置的檢測電路，其特征在于 所述A/D轉(zhuǎn)換器輸出通過CPLD驅(qū)動(dòng)控制電路與SRAM外部存儲(chǔ)器電連接，所述 CPLD驅(qū)動(dòng)控制電路根據(jù)自定義數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，通過數(shù)據(jù)與指令通道與后端微 處理器控制電路電連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用CCD測量光強(qiáng)突變位置的檢測電路，其特征在于 所述微處理器控制電路采用了以ARM為核心的高速嵌入式處理器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用CCD測量光強(qiáng)突變位置的檢測電路，其特征在于 所述微處理器控制電路輸入與溫度控制器電連接。
專利摘要一種用CCD測量光強(qiáng)突變位置的檢測電路，包括信號光源、線陣CCD器件、A/D轉(zhuǎn)換器、CPLD驅(qū)動(dòng)控制電路、微處理器控制電路和外圍終端模塊，其特征在于所述線陣CCD器件感光面接收信號光源光線的照射，CPLD驅(qū)動(dòng)控制電路產(chǎn)生的工作時(shí)序與線陣CCD器件電連接，線陣CCD器件輸出依次與運(yùn)算放大器、A/D轉(zhuǎn)換器電連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器輸出通過CPLD驅(qū)動(dòng)控制電路的數(shù)據(jù)與指令通道，依次與后端微處理器控制電路、外圍終端模塊電連接。本實(shí)用新型的有益效果是線陣CCD具有像素?cái)?shù)多、像素尺寸小、速度快、測量精度高、價(jià)格低等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)一維尺寸測量和定位精度高，并具有自動(dòng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)墓δ堋?br> 文檔編號G01J1/44GK201075031SQ200720075330
公開日2008年6月18日 申請日期2007年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月9日
發(fā)明者張?zhí)珪?huì), 華 方, 弢 李 申請人:上海光子光電傳感設(shè)備有限公司