【文章內(nèi)容簡介】 材位置，如果帶材反射率較高，也可以不用線光源而改用白熾燈聚光照明。 物體厚度測量原理 微光測厚的基本原理是三角法。如圖 43 所示，利用一個攝像管來獲取因板厚變化而引起 的激光像位置的偏移，從而測出板厚。激光束經(jīng)壓縮后以 45。 入射測量平面。放置參考平面時，激光束入射點 A在攝像管上的位置為 O，放上被測平板后，激光束入射點成像于 O180。，OO180。=X。則 與門 檢測器 CCD 計數(shù)器 微機 顯示打印 9 XOBABd ?? 211 對于一個確定的測量系統(tǒng) AB， OB 為定值，只要測出 X 即可得到 1d ,從而得到板厚XOBABdddd ????? 21010 X O O180。 B A180。 d 0d 圖 43 HeNe A 10 第二章 基本電路設(shè)計 第一節(jié) 傳感器工作的定時驅(qū)動電路 圖 21 為傳感器正常工作的定時圖，圖中 RS、 SH均由驅(qū)動（見附圖一）電路產(chǎn)生， RS為頻率 1MHz時鐘。從圖中可知 ? 可用于有效光電元素計數(shù)前的復(fù)位， SH可用做單片機對計數(shù)值采樣的選通信號。 RS 可用做計數(shù)脈沖，在 2560 個有效光電元素內(nèi)有光照的元素其輸出為高電平，借助于邏輯控制使 RS 脈沖輸至計數(shù)器進行計數(shù)，而無光照的元素輸出 為低電平則禁止 RS 脈沖進入計數(shù)器。附圖一為驅(qū)動電路，它提供 1MHz 時鐘 RS 以及 SH 信號，其它部分為 ? PD3570D 正常工作提供需要的電源或者電平。 RS SH 4T ? OS 2560bit 有效光電元素 4bit無效光電元素 4bit無效光電元素 圖 21 第二節(jié) 信號處理電路 我在設(shè)計此系統(tǒng)時，選定以單片機為主要控制系統(tǒng)而單片機對其能夠處理的信號 是有一定的要求。由前述 CCD 工作原理可知， CCD 內(nèi)部結(jié)構(gòu)是 2560 個光電二極管構(gòu)成有效光電元素，當有物體發(fā)出光照到 CCD 上時，被照到的部分光電二極管呈“ 0”狀態(tài)，此時從 CCD中得到信號是如圖 21所示的 OS脈沖。、 OS 脈沖中含有高頻信號、雜波信號、噪音信號等，且實際的 OS 信號全部位于“ 0”平上，故從 CCD中得到的信號不能直接用于單片機處理。所以需添加一級處理電路，以用來對原始信號進行所必需的處理和適當放大，使之滿足單片機接收信號的要求。 對于信號處理電路，我們的首要目的是按照控制功能是要求，進行所需要的處 理與轉(zhuǎn)換，能夠進行有效的放大，刪除噪聲，選取有用信號，輸出能夠被單片機系統(tǒng)所接受的信號，而且對于預(yù)處理電路，同時要求它便于放大、便于傳輸，并且有一定的精度，低噪聲、抗干擾、有良好的線性和穩(wěn)定性，對響應(yīng)速度也有一定的要求。為此設(shè)計的處理方案框圖如下：（電路圖見附圖二） 11 OS 圖 22 隔直電容 從 CCD 出來的信號有直流信號、有交流信號，為獲取我們所需要的脈沖信號，首先要選擇一個隔直 電容（也叫耦合電容）用來把支流信號濾掉，隔直電容（附圖二中 C1）一般在幾微皮法到幾十微皮法之間，它們在電路中的作用是傳遞交流，隔離支流。由于一般的音頻信號都可用 10 F? 大小的電容隔直，故我們在此也選擇 10 F? 的隔直電容。由于背景光線的存在，脈沖高電平并不等于“ 0” ；仍然存在微弱電壓。 反相器 通常，人們比較習慣于處理高平信號，所以，經(jīng)過隔直處理后，我們又加了一級反相跟隨器（如圖 23所示），使代表物體位 置的信號處于高電平。本設(shè)計中，所有放大器均選擇通用集成放大器，在日常的電路設(shè)計中，測量放大電路按元件的制造方式可分為分主元件結(jié)構(gòu)形式，通用集成運算放大器和單片機集成測量放大器三種。前兩種形式相比，通用集成運算放大器組成形式具有體積小、精度高、調(diào)節(jié)方便，使用更方便，但價格較貴。由于考慮成本，我在設(shè)計中采用集成運算放大器，這種反相器用的是常用的反相交流電壓放大電路，如圖 23 所示，因為這里只是利用放大器的反相作用，所以取 R1=R2=10K， R4=5K為補償電阻，它決定了放大器的輸入阻擾。 圖 23 隔直電容 反相器 低通濾波 分壓 低通濾波 平均電路 放大器 12 平均電路 經(jīng)過隔直和反相后的信號，其低電平并不等于“ 0” ，而是高于“ 0”的某個電壓值。為保證處理的精度，需要把低平減為“ 0”或者負值，因此選用如圖 24 所示電路。 從反相跟隨器中輸出的信號兵分兩路，一路信號直接送入低通濾波，另一路信號經(jīng)分壓電阻降壓并送入到同相電壓跟隨器，然后進行低通濾波。經(jīng)過處理的兩路信號分別進入集成運算 放大的反相和同相輸入端，使兩路信號相減。調(diào)節(jié)下一級集成運算放大器，同相端的電源，可以使輸出的信號符合單片機的要求。 低通濾波 原始的 OS 信號其實是又許多較高頻率脈沖組成的，當它被看成是一個脈沖時，很可能會存在一些更高頻率雜波引起的毛刺，為除去這些毛刺，須加一級低通濾波器。圖 25 就是常用的低通濾波電路，它 允許信號通過的頻率范圍：即通帶是從“ 0”延伸到某一規(guī)定的上限頻率，只要合理選擇 數(shù)據(jù)，使其上限頻率符合要求，便可濾去高頻雜波。然而，由于前一級反相器的響應(yīng)頻率較 低，當信號從反相器中輸出時，毛刺已經(jīng)被濾掉了。圖 26 為放大器響應(yīng)頻率與其開環(huán)增益的關(guān)系，可知工作在此外的放大器相對于輸入信號的頻率是很低的，這就在無意中起到了低通濾波的作用。因此，本電路中的濾波網(wǎng)絡(luò)可以省去，在前一級反相器響應(yīng)頻率較高的情況下便可采用一低通濾波電路。 圖 2－ 5 20lgA V/Db 100 反相放大 經(jīng)過以上的電路，原信號 OS 已被基本改變 為如圖 21 所示，只是其電壓幅值不一定能夠滿 足要求，且很可能以被衰減，需要再加一級反相 放大器，適當調(diào)節(jié)整其增益，使之輸出具有合適 幅值的電壓信號，（放大器正相輸入端的滑動電阻 0 外接，便于進行調(diào)整，以選擇合適的幅值），并將 信號反相。 10 10 106 107 Hz 圖 26 輸出 被加強過的信號直接送入三極管，此處的三極管工作作開關(guān)狀態(tài)，它的作用是把信號轉(zhuǎn)換為標準的高低電平信號。例如，當輸入三極管的信號為低電平時，三極管截止，集電極輸 13 出電壓被上拉到 VCC，一般取 VCC=+5V。相反，當輸入三極管的信號為高電平時，三極管導(dǎo)通集電極輸出電壓被下拉，接近于零。如圖 27 所示，在三極管的發(fā)射結(jié)，接了一個二極管，它的作用是保護發(fā)射結(jié)。當三極管輸入電壓為低平時，如果幅度過低，則加在發(fā)射結(jié)上的反相電壓過大，有可能會將三 極管擊穿。接入二極管后，三極管截止時，二極管導(dǎo)通，致使加在三極管發(fā)射結(jié)上的反相電壓僅為二極管的導(dǎo)通電壓（ ），以便可保護三極管。相反，當三極管導(dǎo)通，二極管截止時，三極管發(fā)射結(jié)的導(dǎo)通電壓也可以保護二極管不被擊穿。 圖 2－ 7 14 第三章 控制電路及微機系統(tǒng) 控制電路及微機系統(tǒng)說明 附圖三為 CCD的輸出與單片機接口電路。 8031 除 CPU 外還有兩個定時 /計數(shù)口，兩個外部中斷口，四 個輸入 /輸出口，一個串行口， 128 個字節(jié)的 RAM。 74LS373為地址鎖存器，2764 為存放程序的 EPROM， 8155 為 RAM/IO 擴展器，也做計數(shù)采集接口。 4040 為 12 位二進制計數(shù)器。因 CCD 所需的 RS 為 1MHz 頻率，難以直接從 8031 的 T0 或者 T1口進入而計數(shù)，故而由 4040 計數(shù)再借助于 8031P1 口和 8155 PB 口采集，又因為最大計數(shù)值為 2560，故選擇 12位即可， P0口即作數(shù)據(jù)口又作地址低 8位， P2作地址高 8 位。輸出信號 OS 與一基準電平經(jīng) 339 比較器進行比較，對應(yīng)于有光照的光電元素 OS 為高電平， 經(jīng) 339 后也為高電平，因此 RS 時鐘無法進行計數(shù)。 4040 的計數(shù)值實際反映了有光照的光電元素數(shù)量。 ? 經(jīng)4050緩沖 /驅(qū)動后用于對計數(shù)器復(fù)位。 SH經(jīng) 4050緩沖 /驅(qū)動后接 8031的兩個定時口用作 8031對計數(shù)值采樣的選通信號。 T0、 T1均設(shè)定為計數(shù)方式， T1 設(shè)定值使其接收一個脈沖就產(chǎn)生中斷。（不采用 INT0 來完成這一功能是由于 SH 脈沖亮度不夠，難以產(chǎn)生中斷）， T0用作對采樣次數(shù)計數(shù)。 圖中 K 鍵為手動復(fù)位清零鍵，用作調(diào)試用。 RST/VPD 從高電平變?yōu)殡娖綍r，單片機將從 0 號單元開始執(zhí)行程序，另外該 31 腳還具有復(fù)用功能。只要將 VPD 接 +5V 備用電源，一旦