基于FPGA和单片机的孔径测量系统.pdfVIP

基于 ＦＰＧＡ和单片机的孔径测量系统 摘　要：针对当前孔径测量系统检测速度不够高和不可灵活定制的不足，课题组提出了基于现场可编程逻辑门阵列 （ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ，ＦＰＧＡ）和单片机的孔径测量系统。课题组设计了孔径测量系统的硬件结构，介绍了该系 统的核心模块控制原理；采用电荷耦合元件（ｃｈａｒｇｅｃｏｕｐｌｅｄｄｅｖｉｃｅ，ＣＣＤ）线阵传感器实现了光电信号的转换，设计了激 光信号产生模块、基于ＦＰＧＡ的时序驱动模块、ＡＤ转换模块和电源管理模块；利用ＳＴＭ单片机实现算法优化及数据处 理与显示；最后，设计了孔径测量系统的软件，并制作了样机。应用结果表明：该系统不仅具有精度高、成本低等特点，且 可以模块化设计，易拓展，能有效提高孔径测量系统的检测速度，可根据实际生产需求灵活定制。 关　键　词：孔径测量系统；线阵电荷耦合元件；ＳＴＭ３２单片机；现场可编程逻辑门阵列 ＡｐｅｒｔｕｒｅＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＦＰＧＡａｎｄＭＣＵ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓｏｆｌｏｗｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｐｅｅｄａｎｄｉｎｆｌｅｘｉｂｌｅｃｕｓｔｏｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔａｐｅｒｔｕｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ，ａｎａｐｅｒｔｕｒｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＦＰＧＡａｎｄＭＣＵｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆｔｈｅａｐｅｒｔｕｒｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｔｈｅｃｏｒｅｍｏｄｕｌｅｃｏｎｔｒｏｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． ＴｈｅｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓｉｇｎａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｗａｓａｃｈｉｅｖｅｄｂｙＣＣＤｌｉｎｅａｒｓｅｎｓｏｒ，ａｎｄｔｈｅｌａｓｅｒｓｉｇｎａｌｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅ，ｔｉｍｉｎｇ ｄｒｉｖｅｍｏｄｕｌｅｂａｓｅｄｏｎＦＰＧＡ，ＡＤｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｍｏｄｕｌｅａｎｄｐｏｗｅｒｍａｎａｇｅｍｅｎｔｍｏｄｕｌｅｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｄｉｓｐｌａｙｗｅｒｅｒｅａｌｉｚｅｄｂｙＳＴＭ ＭＣＵ．Ｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｏｆａｐｅｒｔｕｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄａｓｐｅｃｉｆｉｃｐｒｏｔｏｔｙｐｅｗａｓｆａｂｒｉｃａｔｅｄ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍ ｎｏｔｏｎｌｙｈａｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｌｏｗｃｏｓｔ ，ｂｕｔａｌｓｏｃａｎｂｅｍｏｄｕｌａｒｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｅａｓｙｔｏｅｘｐａｎｄ．Ｉｔ ｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｐｅｅｄｏｆｔｈｅａｐｅｒｔｕｒｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍａｎｄｃａｎｂｅｆｌｅｘｉｂｌｙｃｕｓｔｏｍｉｚｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏｔｈｅａｃｔｕａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｐｅｒｔｕｒｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ；ｌｉｎｅａｒＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）；ＳＴＭ３２ＭＣＵ（ＭｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒＵｎｉｔ）； ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ） 　　随着先进制造业的迅速发展，工业生产中对线材 还要求孔径检测精度高、分辨率高以及实现在线实时 孔径检测精度的要求也越来越高。目前，大多数线材 非接触测量［１］。当前国内外学者对零件尺寸的测量 都是通过自动化生产线生产的，为了实现产品高质量 系统做了不少深入研究。吴海滨等［２］提出了基于面 和高合格率，不仅要求生产设备生产速度快、效率高， 阵ＣＣＤ的高速线材测径仿真系统的设计，但测量精度 ［３］ 速度快和成本低的要求。 只能达到２０ ｍ，精度有待提高；邵伟业等 在刀具尺 μ 寸测量系统中应用了线阵ＣＣＤ和ＳＴＭ３２