专利名称：一种用ccd测量光强突变位置的检测电路的制作方法
技术领域：
本实用新型属光电测量仪器的技术领域，具体涉及一种测量入射到线阵CCD 表面的光束光强突变位置，检测折射率、液位、物位等物理量的检测电路。
背景技术：
在工业测量中，有很多物理量可以通过检测光强突变位置来获得。例如利用 临界角全反射法测量液体折射率，就是通过检测光强明暗交界面的位置来得到相 对应的液体折射率；而用浮子法测量液位时，由于空气与液体中的透光率不同， 其分界面也必然对应着光强的突然变化。自动快速的检测出光强突变的位置就可 以得到相对应的物理量。作为检测装置大体可以分为三类 一是利用PSD位置传 感器进行测量，PSD对温度系数的敏感度很高，所以也就带来了测量精度低，量 程短的缺陷；另外一种结构是利用面阵CMOS图象传感器检测光斑图象的边缘位 置，但CMOS成像质量不高，影响了测量精度；最后一种就是利用电荷耦合器(CCD) 来检测，面阵CCD虽测量精度高、方便快捷，但处理电路较为复杂，成本高，如 进口的CCD液体折射率仪， 一台要10多万人民币，不利于推广使用。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种成本低、精度高、利用线阵CCD高精度测量光 强突变位置的检测电路，使其能用于测量折射率、液位、物位等物理量的装置中。
为达到上述目的，采用的技术方案是 一种用CCD测量光强突变位置的检测 电路，包括信号光源、线阵CCD器件、A/D转换器、CPLD (复杂可编程逻辑器件) 驱动控制电路、微处理器控制电路和外围终端模块，其特征在于所述线阵CCD 器件感光面接收信号光源光线的照射，所述CPLD驱动控制电路产生的工作时序 与所述线阵CCD器件电连接，所述线阵CCD器件输出依次与运算放大器、A/D转 换器电连接，所述A/D转换器输出通过CPLD驱动控制电路的数据与指令通道依 次与后端微处理器控制电路、外围终端模块电连接。
所述A/D转换器输出通过CPLD驱动控制电路与SRAM外部存储器电连接，所 述CPLD驱动控制电路根据自定义数据传输协议，通过数据与指令通道与后端微
处理器控制电路电连接。
所述微处理器控制电路的微处理器采用了以ARM为核心的高速嵌入式处理器。
所述微处理器控制电路输入与温度控制器电连接。
本实用新型的有益效果是线阵CCD具有像素数多、像素尺寸小、速度快、 测量精度高、价格低等特点，实现一维尺寸测量和定位精度高，并具有自动进行 温度补偿的功能。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步说明
图1是本实用新型电路功能示意图2是线阵CCD器件的电路接线图3是CPLD驱动控制电路内部的结构框图4是CPLD驱动控制电路与微处理器控制电路的数据与指令通道接口的连 线示意图。
具体实施方式
本实用新型主要是由采集部分和控制部分组成，如图1所示，采集部分包括 CPLD驱动控制电路，线阵CCD器件，运算放大器，A/D转换器，SRAM外部存储 器；控制部分包括微处理器控制电路和外围终端模块。信号光源光线照射到线阵 CCD器件的感光面上，由CPLD驱动控制电路启动并产生线阵CCD的工作时序， 操控线阵CCD器件开始数据采集。线阵CCD器件后端输出的模拟信号，送入运算 放大器进行信号的反相和限幅，使得模拟信号的幅度能够处于A/D转换器的电压 量化的区间内。然后将运算放大器的输出信号送入A/D变换器进行数模转换，所 得数字信号通过CPLD驱动控制电路放入SRAM外部存储器暂存。而后CPLD驱动 控制电路把暂存的数据按照自定义的数据传输协议通过与微处理器控制电路的 数据和指令通路，送到微处理器控制电路进行算法处理，最后通过外围终端模块 对数据进行显示和打印。
图2所示线阵CCD器件的时序信号驱动01A1、 01A2、①2Al、①2A2、 ST、 SH1、 SH2、 SH3、 UF、 IE"由CPLD驱动控制电路提供。反相器IC1和IC2提供了
CPLD驱动控制电路对线阵CCD器件的电平稳压和电流驱动。CCD输出模拟信号 0S1， 0S2， 0S3通过三极管TR1， TR2， TR3接成的电流跟随器电路，增强了信号 输出的电流驱动能力。
如图3所示，CPLD驱动控制电路的内部结构框图包括6个功能模块指令 输入模块、控制调度模块、计数器模块、CCD时序驱动模块、外部SRAM存储器 读写模块和数据输出模块。指令输入模块负责接受微处理器控制电路发送的开始 启动，复位和停止的指令信号。控制调度模块对输入的指令进行分析判断之后， 激活计数器模块中的相应功能的计数器，对其他模块进行功能和时序上的操控。 计数器模块主要是对其他的功能模块进行时序上的延时操作。CCD时序驱动模块 主要是产生线阵CCD器件的时序驱动的信号。外部SRAM存储器读写模块连接SRAM 外部存储器和A/D转换器输出口的数据通路，其主要功能是产生和控制外部SRAM 存储器的工作时序，使得CPLD驱动控制电路可以准确地对外部SRAM存储器进行 数据的存储和读取。数据输出模块按照CPLD驱动控制电路与微处理器控制电路 之间的数据传输协议，产生相应的控制时序，保证数据在CPLD驱动控制电路与 微处理器控制电路之间的数据通路中能够准确地传输。
图4所示CPLD驱动控制电路与微处理器控制电路之间的数据通路的硬件连 接是由8根数据线和4根控制线组成。以下是CPLD驱动控制电路与微处理器控 制电路之间的数据通道接口定义和数据传输协议的描述。
功能传输CCD采集的10800个像素字节的数字值。
硬件连接数据口 8位；控制线启动、复位、时钟、停止各1位。
通信协议ARM先发送复位信号，再发送启动信号，CPLD和CCD开始数据采 集；采集完毕之前，时钟线的信号始终为高电平，采集完后时钟信号开始起动， 高电平为CPLD发送数据，低电平为ARM接收数据。时钟信号的周期为2us。 ARM 接收完10800个数据后发送停止信号位，CPLD停止数据发送并复位。
微处理器控制电路收到10800个字节数据后对其进行算法分析，最后通过外 围终端模块的LCD显示器和打印机将结果输出。
权利要求1.一种用CCD测量光强突变位置的检测电路，包括信号光源、线阵CCD器件、A/D转换器、CPLD驱动控制电路、微处理器控制电路和外围终端模块，其特征在于所述线阵CCD器件感光面接收信号光源光线的照射，所述CPLD驱动控制电路产生的工作时序与所述线阵CCD器件输入电连接，所述线阵CCD器件输出依次与运算放大器、A/D转换器电连接，所述A/D转换器输出通过CPLD驱动控制电路的数据与指令通道依次与后端微处理器控制电路、外围终端模块电连接。
2. 根据权利要求1所述一种用CCD测量光强突变位置的检测电路，其特征在于 所述A/D转换器输出通过CPLD驱动控制电路与SRAM外部存储器电连接，所述 CPLD驱动控制电路根据自定义数据传输协议，通过数据与指令通道与后端微 处理器控制电路电连接。
3. 根据权利要求1所述一种用CCD测量光强突变位置的检测电路，其特征在于 所述微处理器控制电路采用了以ARM为核心的高速嵌入式处理器。
4. 根据权利要求1所述一种用CCD测量光强突变位置的检测电路，其特征在于 所述微处理器控制电路输入与温度控制器电连接。
专利摘要一种用CCD测量光强突变位置的检测电路，包括信号光源、线阵CCD器件、A/D转换器、CPLD驱动控制电路、微处理器控制电路和外围终端模块，其特征在于所述线阵CCD器件感光面接收信号光源光线的照射，CPLD驱动控制电路产生的工作时序与线阵CCD器件电连接，线阵CCD器件输出依次与运算放大器、A/D转换器电连接，所述A/D转换器输出通过CPLD驱动控制电路的数据与指令通道，依次与后端微处理器控制电路、外围终端模块电连接。本实用新型的有益效果是线阵CCD具有像素数多、像素尺寸小、速度快、测量精度高、价格低等特点，实现一维尺寸测量和定位精度高，并具有自动进行温度补偿的功能。
文档编号G01J1/44GK201075031SQ200720075330
公开日2008年6月18日 申请日期2007年10月9日 优先权日2007年10月9日
发明者张太会, 华 方, 弢 李 申请人:上海光子光电传感设备有限公司