哈工大复杂机械系统设计大作业(5)

成都学院学士学位论文（设计）

TCD142D的应用电路如图4-5所示，CCD在驱动脉冲的驱动下开始工作，输出信号经过差分放大电路放大，峰值保持电路去干扰后，通过二值化处理电路整流变成矩形方波脉冲信号后传到AT89C52中进行处理。

AT89C52驱动脉冲OS TCD142DDOS差分放大二值化处理电路峰值保持电路 图4-5 TCD142D应用电路示意图

4.3 二值化电路处理

线阵CCD作为一种图像传感器，其输出信号是一列离散的模拟信号，其中既包含被测尺寸的信息，又含有大量的复位噪声和电子系统的白噪声，所以需要进行前置放大和滤波。由于被测物与背景在光强上的变化，反映在CCD输出信号所对应的图像谱上，其边界处会有渐缓的过渡区，为了将图像信息提取出来以便进行信息处理，还需要进行二值化处理，将其转换为矩形波[11]。

所谓二值化处理方法是通过阈值电平的设置，来对CCD输出信号进行截断的处理方法。信号二值化处理电路有固定阈值法、浮动阈值法等多种方法。固定阈值法受到光源变化易引起CCD信号幅度的变化，从而导致测量误差。浮动阈值法是在固定阈值法的基础上，使电压比较器的阈值电平随CCD输出视频信号的幅值变化而浮动。当测量系统中光源强度的变化引起CCD输出信号变化时，可通过电路将CCD输出视频信号幅值的变化关联到阈值电平上，使阈值电平跟着变化，以抵消CCD输出视频信号因光源不稳定而造成的误差。高于阈值电平的信号输出为低电平，低于阈值电平的信号输出为高电平。这种处理方法实际上是一种反向的二值化处理法，其电路图如图4-6所示，输出信号如图4-7所示：

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图4-6 浮动二值化处理电路原理图

图4-7 反向二值化处理信号对比

4.4 输入模块

本次设计采用矩阵键盘对系统的进行参数设置，矩阵键盘又称行列键盘，它是用四条I/O线作为行线，四条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键，这样键盘上按键的个数就为4×4个[12]。在单片机中正好可以用一个P口实现16个按键功能，这也是在单片机系统中最常用的形式，这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。图4-8为矩阵键盘输入模块电路图。

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图4-8 矩阵键盘输入模块电路图

4.5 显示模块

显示模块主要负责显示单片机通过内置的计数器统计的符合误差范围的滚珠数量以及不合格滚珠的数量，这里拟采用LCD12864-0402B，其具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点。它是一种具有4位或8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64，内置8192个16×16点汉字，和128个16×8点ASCII字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字，也可完成图形显示。低电压低功耗是一显著特点。[13]。 其电路图如下：

图4-9 显示模块电路图

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其基本特性如下： ? 电源电压：+3.0-+5.5V ? 分辨率：128×64

? 字库：提供8192个16×16点阵汉字 ? 字符：128个16×8点阵字符 ? 时钟频率：2MHZ

? 显示方式：STN、半透、正显 ? 驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS

? 背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/5-1/10 ? 通讯方式：串行、并口可选 ? 工作温度：0℃-+55℃

? 存储温度：-20℃-+60℃

4.6 分选模块电路设计

由分选装置设计可知，需单片机控制分选管道上的三个分选阀门，随得到如图4-10所示电路图。测量部分得到的信号由单片机处理后，给出相应的高电平控制相应的继电器，从而控制阀门的开关，完成滚珠的分选动作。

图4-10 分选阀门控制电路图

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4.7 总体电路设计

CCD测出的信号经过二值化电路等放大、整流处理，输入到单片机中，通过单片机

程序处理，计算出被测滚珠的直径，与既定的合格直径范围作比较，并对比较结果进行统计显示，同时根据比较结果给与相应的I/O接口端以高电平，从而通过继电器控制相应的分选管道阀门完成滚珠的自动分选。系统电路图详见附录一。 4.8 系统程序设计

根据上文中的系统电路设计，本系统的主程序流程图详见附录二，主要包括系统初化、系统参数设置、数据采集、数据处理、LCD显示、分选控制等功能。

数据采集子程序流程图见附录三，将CCD输出信号经过二值化处理后接入单片机T0

口，对T0进行判断来完成数据的采集，当T0为0时开始计数，否则等待。当T0为1时，停止计数，关闭计数器，然后清理计数器，继续下一次测量。

数据处理子程序如图4-11所示，开始接入数据采集信号，单片机用测得的脉冲数

乘上像元中心距14μm，从而计算出滚珠的直径，再判断器直径所属范围，然后进行储存显示和分选控制。

计数器脉冲数×14μm判断直径所属范围？储存显示分选控制

图4-11 数据处理子程序

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