【正文】 示。 R表示參考碼，其中有三條 2mm寬的黑條，每兩條黑色碼條之間是一條 1mm寬的白條。 A碼和 B碼條的寬度都是在 0mm～ 10mm之間按正弦曲線 A和 B變化，其中曲線 A的周期為300mm，曲線 B的周期為 330mm，它們的最小公倍數(shù)為 3300mm。視距由成像于 CCD 上的 R 碼的間距與標(biāo)尺上R 碼的問距根據(jù)幾何成像原理求得。其中 R 碼為參考碼 ,其碼條圖案由三條黑色碼條和兩條白色碼條組成，碼條的寬度均為 2mm 。 它們在標(biāo)尺上每組條碼組合具有唯一性。當(dāng)數(shù)字水準(zhǔn)儀標(biāo)尺上有局部受損現(xiàn)象，或測量視場內(nèi)部分條碼被遮擋時，要實(shí)現(xiàn)讀數(shù)，就必須依靠碼元內(nèi)在的某種變化規(guī)律。如圖 32 所示。系統(tǒng)將采集來的數(shù)據(jù)通過單片機(jī)與 PC 機(jī)通訊AT89S52 數(shù)據(jù)處理模塊 PC機(jī) CCD檢測模塊 TCD1206SUP 數(shù)據(jù)采集模塊 A/D 轉(zhuǎn)換 低通濾波 天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021 屆 本科生 畢業(yè) 設(shè)計(jì) 10 存入微機(jī)后，首先采用數(shù)字濾波的方法將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再進(jìn)行邊緣檢測，確定條碼的邊沿點(diǎn)后，就可以求出條碼的寬度，進(jìn)而可以識別出條碼，最后根據(jù)條碼的編碼規(guī)則求出視距和視線高。如圖 41 所示。 1970 美國貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了 CCD，它是一種新型的半導(dǎo)體成像器件，是在大規(guī)模集成電路工藝基礎(chǔ)上研制而成的一種新型 MOS 型集成74LS138AD 774CCD低通濾波A 0CS12 / 8CEFC OU T 2P 0 . 0 P 0 . 7A LEP 2 . 5P 2 . 6 P 2 . 7AB CLE+ 5 VGNDGA TE2CLK 2OUT 2S TSR / CA 0 A 7DI RDB 4 DB 11P 1 . 0I NT 0CS20 VIND 0 D 7A 0 A 7A 8 A 12CSD 0 D 7ERDFCSPB 0 B 7P 2 . O P 2 . 4D 0 D 7Q 0 Q 7Y 0Y 6Y 774 LS 2458253626474 LS 37389 S 52串口U 0P 1 . 1天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021 屆 本科生 畢業(yè) 設(shè)計(jì) 12 電路芯片。電源及耗電量 。其主要特性參數(shù)如下： 光譜響應(yīng)峰值波長： 550nm CCD 工作的基本原理： CCD 的感光面是若干個獨(dú)立光刻單元的集合，它能存儲由光或電激勵產(chǎn)生的信號電荷，當(dāng)對它施加特定時序的脈沖時，其存儲的信號電荷便能在 CCD 內(nèi)作定向傳輸 , 并輸出電信號。 由于 CCD 輸出的視頻信號 中，混雜有幅度較大的復(fù)位脈沖干擾和攜帶有高頻噪聲信號，為了削弱頻率較高的干擾、噪聲，需要設(shè)計(jì)一個低通濾波電路，濾去高頻干擾信號，以保證硬件電路的系統(tǒng)精度。當(dāng)測量精度要求較高時，為了改善濾波效果，使大于截止頻率的信號迅速衰減，常采用二階有源低通濾波器。 天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021 屆 本科生 畢業(yè) 設(shè)計(jì) 13 圖 42 二階有源低通濾波電路 圖中，放大器為精密低噪聲運(yùn)算放大器 OPA177，其中 R12=R13=R= ，C8=C10=C=100P，則濾波電路的截止頻率 KH zRCfdB 250213 ??? ?； 增益為： ? ? ??? RRG 。 系統(tǒng)選用的 TCD1206SUP 線陣 CCD 的驅(qū)動頻率較高，根據(jù)硬件電路設(shè)計(jì)方案的分析，系統(tǒng)選用普通 A/D 轉(zhuǎn)換器，低于 CCD 的驅(qū)動頻率，系統(tǒng)采取多周期間隔采樣，然后重新將采集數(shù)據(jù)拼接在一起的方法。它有三個獨(dú)立的 16 位計(jì)數(shù)器，通過對 其編程，可實(shí)現(xiàn)各種方式的計(jì)數(shù)器。 天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021 屆 本科生 畢業(yè) 設(shè)計(jì) 14 圖 43 8253 方式 2 計(jì)數(shù)定時波形 當(dāng) GATE 為低電平時禁止計(jì)數(shù)，此時 OUT 為高電平。 INTEL8253 接口電路及其工作原理：系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 8253 接口電路如圖 44 所示。為減少對 CCD 輸出信號的掃描周期，并兼顧線陣 CCD 的工作特性，將驅(qū)動頻率設(shè)為第三檔 125KHz,那么對 125KHz 的時鐘信號進(jìn)行 5 分頻，就可以滿足A/D 轉(zhuǎn)換器的要求。與此類推，第 5 次按上述規(guī)律給 8253 賦初值， 8253 在 SP 信號的不同位置輸出低脈沖，來控制 A/D 轉(zhuǎn)換器的啟動轉(zhuǎn)換。不同的應(yīng)用場合，對 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片的選擇也是不同的。 具有采樣 /保持電路。完全控制方式由選擇 8 或 12 位轉(zhuǎn)換周期、啟動轉(zhuǎn)換、選定輸出數(shù)據(jù)格式和讀輸出數(shù)據(jù)幾個步驟完成。 A/D 轉(zhuǎn)換由 CR 信號的下降沿來啟動，轉(zhuǎn)換過程中， STS 信號為高電平。 圖 45 A/D 轉(zhuǎn)換接口電路 由于 AD774 的輸入阻抗不高，在應(yīng)用時，最好采用輸入緩沖器連接。因此 AD774 的其它四個輸入控制端口接線為： CS 和 A0 接數(shù)字地， CE和 812 接 +5V。 天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021 屆 本科生 畢業(yè) 設(shè)計(jì) 17 通過地址及 RD 控制 74LS245 芯片的選通和數(shù)據(jù)傳送方向。 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號端 STS 接至 89S52 的 引腳，采用查詢方式讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，當(dāng) 為低電平時，通過控制 74LS245 的使能信號和數(shù)據(jù)讀出方向兩個端口，將轉(zhuǎn)換結(jié)果讀到指定存儲單元。它在一塊芯片上集成了中央處理單元 CPU、隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器 ROM、定時器 /計(jì)數(shù)器和多種輸入 /輸出（如并行 I/O、串行 I/O）和 A/D 轉(zhuǎn)換器等。片上 Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。由于 89S52 芯片的低 8 位地址總線和數(shù)據(jù)總線共用 P0 口，因此用地址鎖存器 74LS373 控制地址總線和數(shù)據(jù)總線分時復(fù)用 P0 口。微機(jī)系統(tǒng)采用 RS232C 串行接口，以串行方式傳送信息，用于數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（ DCE）和數(shù)據(jù)終端設(shè)備（ DTE）之間進(jìn)行串行數(shù)據(jù)傳輸。 圖 47 MAX232 串行通信接口電路 74LS138P 0 . 0 P 0 . 7A LEP 2 . 5P 2 . 6 P 2 . 7AB CLED 0 D 7A 0 A 7A 8 A 12CSP 2 . 0 P 2 . 4D 0 D 7Q 0 Q 7Y 0Y 6Y 7626474 LS 37389 S 52CSCSAD774INTEL8253DB 96127485936534128711121413161591010 181。 FMAX 232V C 2 C 1 C 2 +C 1 +V +R 2 INT 2 OUTT 1 INR 1 OUTT 1 OUTR 1 INVCCGNDR 2 OUTT 2 INP 30 ( RXD )P 31 ( TXD )1011AT 89 S 5 20 . 1 181。 圖 51 數(shù)據(jù)采集程序模塊流程圖 數(shù)據(jù)通訊程序模塊由單片機(jī)通訊程序和 PC 機(jī)通訊程序 2 個部分組成。 開始8253 初始化A / D 轉(zhuǎn)換完 ？單周期內(nèi)采樣點(diǎn)完 ？返回NNYY天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021 屆 本科生 畢業(yè) 設(shè)計(jì) 20 圖 52 單片機(jī)通訊程序流程圖 采集結(jié)果通?；祀s有噪聲信號，為提高測量精度，本系統(tǒng)采用均值濾波方法消除隨機(jī)誤差的影響，運(yùn)用中值濾波方法消除脈沖噪聲的影響，對采集圖像進(jìn)一步作平滑處理。 假設(shè)原始數(shù)據(jù)序列長度為 m，表示為 {x(0)， x(l)， … ， x(m一 l)}，窗口長度為 2n+1，表示為 {w(0)， w(1)， …w(2n)} ，共需要 m一 2n次對長度為 2n+1的數(shù)據(jù)序列進(jìn)行排序。該算法采用的平滑算子和邊緣檢測算子可用遞歸算法代替卷積運(yùn)算，大大提高運(yùn)算速度。 )(nx 為原圖像灰度值， )(ny 為平滑后的圖像灰度值。 標(biāo)尺條碼中的 R 碼是用來求視距的，視距不同，成像在線陣 CCD 上標(biāo)尺截距不同，但至少 應(yīng)包含兩組 R 碼，如圖 54 所示。 CCD條碼標(biāo)尺40 mmD f物鏡LRRP天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021 屆 本科生 畢業(yè) 設(shè)計(jì) 24 結(jié) 論 實(shí)現(xiàn)水準(zhǔn)測量的數(shù)字化、自動化是水準(zhǔn)測量的發(fā)展趨勢 ,本設(shè)計(jì)將傳統(tǒng)光學(xué)水準(zhǔn)儀進(jìn)行了改造。 本設(shè)計(jì)還有一些有待改進(jìn)的地方，在水準(zhǔn)測量過程中，要對圖像傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，而圖像的存儲和處理需要很大的數(shù)據(jù)存儲空間和程序存儲空間，目前常用的單片機(jī) ROM 和 RAM 相對較小，無法完成某些圖像的存儲和處理，一般需要外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲器芯片，同時單片機(jī)的晶振頻率有限，處理的速度也相對較慢。 assessment[J]． European Urban and Regional Studies,2021，6(1)： 926． [23]Hong Hui ， Han Shuokui ， Wang Liansheng ， et a1 ． Analysis of aromatic sulfurcontaining pounds based on freeWilson method[J]． Chin Sci Bull， 1995， 19：16211624． [24]Chen Jinwen， Huang Qingguo， Wang Liansheng， et a1． Using AMI hamiltonian and factor analysis in prediction of partition properties for pherylthio， phenylsutfinyl and phenylsulfonyl acetates[J]． Chemosphere， 1996， 33(12)： 25652575． [25]Famini G R， Penski C A， Wilson L Y J． Using theoretical descriptors in quantitative structure activity relationships： some physicochemical properties[J]． Phys Org Chem，1992， 5： 395408 天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021 屆 本科生 畢業(yè) 設(shè)計(jì) 27 附錄：程序 單片機(jī)通訊程序 include include include define uchar unsigned char define uint unsigned int define hits 200 /*定義采集的像素點(diǎn)數(shù) */ define COM8253 XBYTE[0xe003] /* 8253 控制端口地址 */ define C3。 天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021 屆 本科生 畢業(yè) 設(shè)計(jì) 25 參考文獻(xiàn) [1]楊 振江，蔡德芳 .新型集成電路使用指南與典型應(yīng)用 [M].西安 :西安電子科技大學(xué)出版社， 1998. 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