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二维准直光管系统数据采集及处理技术的研究

作　者: 董明杰
导　师: 张琢
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 自准直仪 线阵CCD CPLD DSP
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 50次
引　用: 1次
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内容摘要


自准直仪(又称自准直测微平行光管)是应用自准直原理测量微小角度的检测仪器。它是将被测件上反射镜旋转角度的变化转换成自准直仪接收器件上的线量变化,通过检测线量变化间接检测出反射面微小角度变化。自准直仪按测量维数可分为一维和二维两种,二维自准直仪可同时测量两个方向的微小角度变化量。作为最常用的小角度精密测量仪器,自准直仪是精密测量、仪器制造等相关科研、计量部门必不可少的检测设备,也是精密机械工程中安装、检查、调整的重要工具。目前国内的高精度自准直仪多为一维测量且存在测量范围小,智能化程度低等缺点。为了改变国内自准直测量系统的现状,本课题对高精度、大量程、便携式的光电自准直仪进行了研究,设计了采用双线阵CCD作为光电探测器,采用CPLD可编程逻辑器件进行驱动,利用DSP芯片对数据进行采集和后期处理以及用LCD显示的光电自准直系统。研究内容主要包括:仪器的光学系统、硬件电路、系统软件设计、调试及实验验证。硬件电路部分采用CPLD实现双线阵CCD同步驱动,并且设计了CCD输出信号的调理电路和DSP的双通道高速采集、处理及显示电路。通过实验实现了利用DSP芯片对数据进行高速采集、处理、显示及按键控制的便携式系统。软件设计中,对线阵CCD上成像位置提取的算法进行了研究,选择了重心法对采到的信号进行中心提取的处理方法,保证了系统实现亚像素细分高精度测量,同时完成了直线度、角度测量算法的研究和对LCD的驱动。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章 绪论  7-14
  1.1 研究目的和意义  7-8
  1.2 光电自准直仪的发展趋势  8-9
  1.3 国内外研究现状分析  9-13
    1.3.1 国外研究动态  9-11
    1.3.2 国内研究动态  11-13
  1.4 课题主要研究内容  13-14
第2章 二维准直系统设计方案  14-22
  2.1 自准直原理  14-15
  2.2 直线度测量原理  15-17
  2.3 测量系统总体设计方案  17-21
    2.3.1 二维光学自准直系统光学原理  17-18
    2.3.2 数据采集及处理系统设计方案  18-20
    2.3.3 系统软件设计方案  20-21
  2.4 本章小结  21-22
第3章 光学系统结构设计  22-28
  3.1 光源的选取  22
  3.2 分划板的选择  22-26
    3.2.1 字母分划板  22-24
    3.2.2 十字分划板  24-26
  3.3 物镜的选择  26
  3.4 分光棱镜的选择  26-27
  3.5 本章小结  27-28
第4章 信号采集及处理系统的设计  28-51
  4.1 CCD 时序分析及驱动调理电路  28-34
    4.1.1 CCD 的时序分析  28-31
    4.1.2 CCD 的驱动和调理电路设计  31-34
  4.2 TMS320C6713 浮点数字信号处理器  34-41
    4.2.1 EDMA 控制器  35-37
    4.2.2 外部存储器接口EMIF  37-38
    4.2.3 GPIO 寄存器  38-39
    4.2.4 中断以及中断的实现  39-40
    4.2.5 时钟和PLL 设置  40-41
  4.3 采集处理系统硬件电路的实现  41-48
    4.3.1 电源电路  42-43
    4.3.2 DSP 与A/D 接口电路  43-46
    4.3.3 DSP 与FLASH 的接口电路  46
    4.3.4 DSP 实现的按键功能  46-47
    4.3.5 DSP 与LCD 接口电路设计  47-48
  4.4 软件设计  48-50
  4.5 本章小结  50-51
第5章 系统实验及结果分析  51-60
  5.1 测试系统的实验验证  51-56
    5.1.1 光学系统的调试  51-52
    5.1.2 双线阵CCD 驱动电路调试  52-53
    5.1.3 双通道采集处理电路的调试  53-56
    5.1.4 按键控制以及LCD 液晶显示的调试  56
  5.2 系统重复性测试  56-58
  5.3 系统的性能参数  58-59
    5.3.1 系统带宽  58
    5.3.2 CCD 的暗噪声  58-59
  5.4 本章小结  59-60
结论  60-62
参考文献  62-65
附录  65-97
致谢  97

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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