基于线阵CCD激光位移传感器的设计及性能研究

发布时间：2017-10-19 07:17

  本文关键词：基于线阵CCD激光位移传感器的设计及性能研究

  更多相关文章： 激光三角法 非接触测量 位移测量 线阵CCD ARM

【摘要】：目前在国内非接触测量研究领域还没有提出一种相对测量精度比较高、价格比较低廉,设计构造相对简单,应用于较中短距离测量的技术。因此,本文设计一种精度较高、价格低廉、结构简单的基于线阵CCD激光位移测量系统。首先,本文通过分析激光三角法的原理,研究了入射光的不同方式及其优缺点,确定采用直射式三角测距法,并完成了系统的总体方案设计。其次,硬件电路和软件程序设计,本文选用ARM系列高性价比32位微处理器STM32作为整个系统的控制核心,以此展开硬件电路设计,主要包括电源设计、单片机最小系统、线阵CCD与主板通信、外扩Flash、串口通信以及液晶LCD1602的驱动和显示等。据测量系统的功能需求进行软件程序的设计,主要包括数据处理主程序、STM32F103RBT6微处理器与线阵CCD模块通信程序、外扩Flash存储程序、串口通信调试程序以及液晶LCD1602的驱动及显示程序等；再次,研究了CCD光斑细分定位方法,像传统灰度质心法、平方加权灰度质心法以及高斯曲线拟合法等,用于数据处理及系统标定；最后,研制传感器样机,并对其进行装调实验,实验结果验证了硬件电路设计的可靠性和和软件程序设计的可行性,同时,平方加权灰度质心法处理数据系统标定误差最小,在80mm～200mm范围内均方根误差仅为0.088mm,表明平方加权灰度质心法具有良好的光斑细分定位功能；调试后的位移传感器样机可脱离上位机的控制而直接用于位移测量,整个测量系统在满足测量要求的同时还具集成度高、功耗低、成本低等特点。
【关键词】：激光三角法 非接触测量 位移测量 线阵CCD ARM
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN249;TP212
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-12
• 1.1 研究背景8-10
• 1.2 研究的目的与意义10
• 1.3 国内外研究现状10-11
• 1.4 本课题的主要研究内容11
• 1.5 本章小结11-12
• 2 位移测量系统原理及总体方案12-23
• 2.1 位移测量系统的基本原理12-14
• 2.2 系统总体方案设计14-15
• 2.3 光学系统总体设计15-21
• 2.3.1 光学系统结构参数计算15-18
• 2.3.2 光学器件选型18-21
• 2.4 位移测量系统的电路系统21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 3 硬件电路设计23-38
• 3.1 ARM处理器结构23-26
• 3.1.1 ARM架构23
• 3.1.2 RISC指令集结构23-24
• 3.1.3 STM32简介24
• 3.1.4 SPI总线协议简介24-26
• 3.2 基于STM32的硬件电路设计26-35
• 3.2.1 电源电路27-28
• 3.2.2 时钟和复位电路28-29
• 3.2.3 JTAG接口与串口调试电路29-30
• 3.2.4 LCD显示电路30-32
• 3.2.5 外扩Flash电路32-34
• 3.2.6 线阵CCD采集模块接口34-35
• 3.3 硬件电路电磁兼容性设计35-37
• 3.3.1 主板的滤波电容35-36
• 3.3.2 PCB布局布线设计36-37
• 3.3.3 电源线地线和信号线设计37
• 3.4 本章小结37-38
• 4 软件程序设计38-45
• 4.1 数据处理主程序39-40
• 4.2 STM32F103RBT6单片机与线阵CCD模块通信程序40-41
• 4.3 外扩Flash的存储程序41-42
• 4.4 串口通信调试程序42-43
• 4.5 液晶LCD1602驱动及显示程序43
• 4.6 本章小结43-45
• 5 传感器调试及性能研究45-55
• 5.1 传感器调试45-47
• 5.2 传感器性能分析47-54
• 5.2.1 实验研究47-48
• 5.2.2 CCD光斑细分定位方法48-50
• 5.2.3 系统标定50-54
• 5.3 本章小结54-55
• 6 结论55-56
• 参考文献56-59
• 附录A59-60
• 附录B60-61
• 攻读硕士学位期间发表的论文61-62
• 致谢62-64

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本文编号：1059754