基于DSP的CCD物体重量实时动态监测的研究

吴建新，容太平　　摘要: 本文研究了一种利用ccd传感器对物体重量进行实时动态测量的方法。在讨论了利用ccd测物体重量的原理的同时，还给出了基于dsp的硬件实现，最后给出了数据处理的过程及算法。　　关键词：ccd；动态测量；dsp；一、 引言　　由于ccd具有尺寸小，重量轻、功耗低、超低噪声，动态范围较大，线性好，光计量准确、光谱响应范围宽，几何结构稳定，工作可靠和耐用等优点。因而，在工件尺寸测量，工件表面质量检测，物体膨胀系数检测以及图象传感，摄像机，智能传感器等方面得到了广泛的应用。本文则讨论利用ccd作为图象传感器结合光学技术对物体的重量进行测量。目前，对物体的重量进行测量主要依据两种基本原理。一是利用力学中的杠杆平衡原理，二是利用各种传感器将物体的重量信息转化成电信号，再对此电信号进行分析处理提取该物体的重量信息。前者适用范围广，即可测出从非常轻到非常重的物体的重量，并且是一种经济的方法，但测量精度有限和需人工完成。因此这种方法无法达到实时动态测量。后者由于采用了传感器，这就有利于利用电子装置来对重量信息进行分析、计算，以及结果的显示。但是很多传感器受到动态范围的限制。本文则从光学技术角度结合力学原理利用ccd传感实现了对重物的动态实时测量。二、 测量原理　　ccd对物体进行测量的原理如图1所示。平面镜的转动支点为o，且垂线ow交透镜轴为w点。w点位于f′﹙焦距﹚与2f′之间。当没有测量物体时，平面镜与激光束的交角为θ。ccd放在透镜的右边，它和透镜中心的距离为f′,这样便于计算y′。下面分析其原理并导出测量公式。　　1、被测物体在弹簧上产生形变。设物重为g，弹簧的弹性系数为k，形变为x，根据虎克定律：则 g=kx （1）　　2、将弹簧形变反映为平面镜的转角变化θ 图1 测量原理图　　3、半导体激光器发出的连续平行激光，入射到平面反射镜上，平面镜不同位置对应于不同反射光线。反射光线聚集到ccd上，如图1所示，利用副光轴的作图法，不难得出下面关系式：yˊ=fˊtg2θ （2）其中yˊ代表ccd上的光点到光轴的距离。fˊ代表透镜的焦距，θ代表平面反射镜的转角。由此可见如果能够通过ccd快速准确地获得yˊ，那么通过求反函数就可以求得θ下面推导测物体重量g的公式，也就是要导出g与yˊ关系式。其中l为弹簧原长，h为平面镜固定点距水平位置的高度，φ为平面镜处于平衡位置时与垂直方向的夹角。s为弹簧到平面镜固定点o水平方向上的距离。由图1可知：（3）利用相似三角形比例公式有： （4）又 （5）由（3）、（4）、（5）得 （6）由公式（2）、（6）得（7）将式（7）代入式（1）得（8）三、系统设计 图2 系统原理图　　如图2所示本系统的工作原理：ccd图像传感器把光信号转变为电信号。在a/d转换器中，将ccd产生的电信号转换为数字信号，并传输到图象存储单元。dsp通过对数字信号进行处理，最后输出结果。　　物体使弹簧产生的形变，通过传动装置，平面镜会转动一个角度 ，激光器产生的激光照射在平面镜上不同的位置产生不同的反射光线。通过透镜聚集到ccd上。ccd产生的电信号是视频信号，需要对它进行预处理。由于信号比较小，首先要进行放大，然后还需要进行抗混叠滤波。　　信号经过预处理后，还不能被dsp所接受。需要把信号进行a/d数据转换，在a/d转换时采用ti公司的a/d芯片tlc5510,它是一种高速a/d转换器。a/d转换是在