第8章 光电信号数据采集与微机接口.pptVIP

* 第8章 光电信号的 数据采集与微机接口 光电信号的种类： 缓变信号 调幅、调频脉冲信号 视频图像信号…… 光电信号载运信息的方法： 幅度信息，频率信息和相位信息。 光电信号的数据采集： 将信息送入微型计算机，完成信息的提取、存贮、传输和控制 8.1 光电信号的二值化处理 微型计算机所能识别的数字是“0”或“1”，即低或高电平。 “0”或“1”的意义： 信号的有与无 光信号的强弱到一定程度 运动物体是否运动到某一特定的位置 光电信号的二值化处理——将光电信号转换成“0”或“1”数字量的过程。 分为：单元光电信号的二值化处理与视频信号的二值化处理。 8.1.1 单元光电信号的二值化处理 单元光电信号——由一个或几个光电转换器件构成的光电转换电路所产生的独立信号。 例：控制某运动机件在轨道上做反复的变速运动 S1、S2、S3：光源，D1、D2、D3：光电传感器S——初始位置， A——变速点， B——折返点 例：钢板边缘位置的光电检测系统 当被测钢板的边缘成像到光电器件的光敏面上刚好有一半的面积遮挡时（设为初始位置点），光电器件的输出为“0”；若偏离初始位置，光电器件的输出便不为“0”，为“+1”或“-1”其中的正负号由另外的电路判断。 根据光电器件输出的“0” 或“1”控制液压系统带动转轮左右运动，使钢板的边缘位置始终保持在理想的位置，保证卷起来的钢板卷边沿整齐。 1. 固定阈值法二值化处理电路 受光源的不稳定影响较大，需要对光源进行稳定处理，或应用在控制精度要求较低的场合。 2．浮动阈值法二值化处理电路 若使光电检测系统不受光源的影响，应采用浮动阈值二值化处理电路。 阈值电压Uth为采集光源发光强度的光电二极管输出的电压，可以跟随光源发光强度而变化。 光源发光强度↗，Ui↗， Uth↗，输出的二值化电压稳定不变。 8.1.2 视频信号的二值化处理 二值化处理是把图像和背景作为分离的二值图像对待。 例如，光学系统把被测物体的直径成像在CCD光敏元件上，由于被测物与背景在光强上强烈变化，反映在CCD视频信号中所对应的图像边界处会有急剧的电平变化。 1. 硬件二值化处理方法 针对线阵CCD输出的视频信号为例讨论 序列光电信号的硬件二值化处理方法常分为固定阈值和浮动阈值法。 ⑴ 固定阈值法 CCD视频信号经电压比较器后输出二值化方波信号。 ⑵ 浮动阈值法 2. 微分法实现的二值化处理方法 8.1.3 光电信号的二值化数据采集与接口方法 线阵CCD在对物体外型尺寸、位置、振动等的测量应用中常采用二值化处理方法。 1. 硬件二值化数据采集方法 2. 边沿送数法二值化数据采集计算机接口 8.2 光电信号的量化处理与A/D数据采集 在测量光的强度信息时需要把光的强度数字化后才能送入计算机进行存储、计算、分析传输和显示等处理，即需要对光电信号进行量化处理（A/D转换）。 对于光电信号的量化处理也分为单元光电信号的量化处理与序列（视频）光电信号的量化处理。 8.2.1 单元光电信号的量化处理 单元光电信号的量化处理：对单元光电器件构成的光电变换电路的输出信号进行数字化处理的过程。 完成单元光电信号量化处理工作的器件是A/D转换器件。 1. 高速A/D转换器件 以HI1175JCB转换器为例：8bit的高速A/D转换器件，其最高工作频率为20MHz，具有启动简便、转换速度快、线性精度高等特点，基本满足单元光电信号高速A/D数据采集需要。 ⑴ HI1175JCB型A/D转换器管脚定义 HI1175JCB型A/D转换器的俯视图如图所示，它为24脚DIP封装的器件。 HI1175JCB的各管脚的定义 管脚号 管脚定义 说明 1 OE 片选或使能，低电平有效 2 DVSS 数字地 3~10 D0~D7 8位并行数字输出 11、13 DVDD 数字电源（+5V） 12 CLK 时钟脉冲输入（启动A/D转换器） 14、15、18 AVDD 模拟电源（+5V） 16 VRTS 参考电压源（2.6V） 17