基于CAN总线的高精度图像位移传感器的设计.docx

基于CAN总线的高精度图像位移传感器的设计shixi导语：介绍了一种非接触测量物体位移的传感器；并对其中图像变换、A/D转换、后期数据处理和现场总线技术这几项关键步骤进展了阐述；经历证，该本方案具有稳定、可靠、精度高以及性价比高的特点。摘要：介绍了一种非接触测量物体位移的传感器；并对其中图像变换、A/D转换、后期数据处理和现场总线技术这几项关键步骤进展了阐述；经历证，该本方案具有稳定、可靠、精度高以及性价比高的特点。关键词：图像变换；A/D转换；图像处理；CAN总线在一些自动控制场合，经常碰到需要实时、准确的测量一些缺口、间隙的宽度，以进展闭环自动控制。但是，通用的图像处理方案存在着方法复杂、本钱高、处理数据量大的缺点，如今根据工业现场的特殊需要，找到了一种稳定、可靠、精度高、本钱低的解决方案。系统的构造及工作原理图1给出了测试系统的原理框图。a.图像收集目前，各种成像系统一般采用的是CCD图像传感器技术，它具有读取噪声低、动态范围大、响应灵敏度高等优点，然而以CCD技术为根底的图像传感用具有体积大、功耗高等缺点，难以实现单片一体化。随着CMOS工艺技术的开展，CMOS图像传感器的高度集成化减小了系统的复杂性，降低了制造本钱，对获得的图像信息读出和处理变得简单而快捷，同时具有体积小、重量轻、功耗低和本钱低等优点。采用CMOS图像传感器开发出来的微型摄像头可以输出PAL制黑白图像全电视信号，作为计算机收集系统的输入部件。微型摄像头最突出的优点是对人眼不可见的红外光十分敏感，光谱敏感范围在近红外光波段比对可见光的灵敏度高出56倍。在要求不连续监测的场合，有必要在摄像头四周配以适当的红外照明光源，这样系统具有非常好的环境适应才能。一个完好的图像收集装置见图2一般由摄像头1和红外光源2组成，摄像头1装于支架3的壳体4内，壳体4的前端盖5有孔6与摄像头1的镜头7配合，端盖5沿孔6四周装有假设干红外光源2，摄像头1有输出端口，用于连接后续的计算机图像处理装置。红外光源2装于端盖5的孔8内，镜头7距端面间隔H为610mm。安装支架3为探头提供了方便准确的现场装配构造。一般来讲，工业现场的缺口环境很差，直接测量缺口的状态是比拟难的，对于测量范围只有几个毫米的缺口区域，形成的图像必然模糊不清，在这种情况下采用的方法是在缺口旁边的表示杆侧面贴上一块标尺，在标尺的前面固定安装本套收集装置，就可以得到反映缺口状态的图像信号。b.非接触位移检测在该方案中我们采用的是微型黑白CMOS摄像头。摄像头输出的是标准信号，每秒30帧图像，每帧图像有350行。假设镜头的视场宽度有45mm，为了保证0.2mm的测量精度，即每行250个点0.4的分辨率，为了准确断定间隙的边界，每行采样500个点，那么采样频率为：-f303505005.25MHz图3图4还有很多类似的方案，它们的共同特点都是前端ADC采样，后端用高速、高性能CPU进展处理，对ADC和CPU的速度要求很高。对于非接触检测物体位移的工程中，实际需要测量的是间隙信号的宽度。将视频信号处理，别离出帧同步、行同步信号和行图像信号。让间隙的行图像信号与高频时钟脉冲相与，就得到一个合成信号。合成信号所包含的高频时钟信号脉冲数与间隙的宽度成正比，进而可以通过计算高频信号周期个数来测量间隙的宽度。其原理如图4所示。将间隙的图像模拟信号与高频周期信号相与，通过计算合成信号中的高频信号周期个数来测量间隙宽度。后端用MCU进展数据处理。高频振荡信号的温度漂移问题，按照振荡时钟信号和温度之间固有的函数关系，来对数据进展补偿是传感器开展的趋势，CAN总线具有发送速率高、数据效率高、实时性高的特点。我们用MCP2510实现了传感器通过CAN总线通讯。系统软件流程图见图5和图6在某工程检测装置中，用这一传感器实现标尺的间隙位移的非接触测量。经现场测试，传感器的非接触测量范围为045mm，最大误差小于0.2mm，响应时间小于70ms，而传感器的本钱只需几百元