1、基于光电导航的智能移动测量小车 一、 所需器材 单片机 线阵 CCD 2 轮驱动 二、 思路 1、 探测道路中间线保证直线走 2、 探测隧道长度 3、 探测树棵树 三、 技术特点 1、 将 CCD 光信号用单片机控制，达到角度转换继续前行 基于 8051 单片机控制的视频信号二值化电路 0 引 言 CCDCharge Coupled device电荷耦合器件，自 1970 年由美国贝尔实验室的 WSBoyle 和 GE Smith 首先提出以来，随着半导体微电子技术的迅猛发展，其技术研究取得了惊人的进展。随着电 荷耦合器件器件自身质量的逐步提高，各种性能的继续完善，应用领域的不断扩大，技术已成
2、 为现代光电探测和测量领域中最有发展前途的技术手段之一。在使用的过程中，驱动电路、数 据采集与处理电路是整个过程的核心。依据对 CCD 传感视频信号用途不同，对 CCD 视频信号有两种处理 方法：一是对 CCD 视频信号进行二值化处理后，再进行数据采集；二是对 CCD 视频信号采样、量化、编 码后，再采集到计算机系统。而实现 CCD 视频信号二值化的方法很多，一般采用硬件电路实现。该系统是 由单片机控制的数据采集与处理系统，将驱动电路、数据采集与二值化处理电路一体化，实现了 图像传感器的小型化、智能化与集成化。实践证明：该系统工作稳定可靠，测量精度高，适用于各种 高灵敏、高精度的在线检测。 1
3、 方案比较与选择 1.1 方案一：固定阈值法 固定阈值法是一种最简便的二值化处理方法，将 CCD 视频信号送入电压比较器的同相输入端，比较器 的反相输入端上加可调电位器就构成了图 1 所示的固定阈值二值化电路。当 CCD 视频信号输出含有被测物 体的信息时，可以通过适当地调节阈值获得方波脉冲宽度与被测物体表面一致的精确关系，但在有些情况下， 由于背景辐射无法克服，在不能保证光源稳定的情况下，固定阈值法受到光源变化引起 CCD 视频输出信号 幅度变化，从而导致测量 误差。 图 1 固定阈值二值化电路原理图 方案二：比较法提取边界特征的二值化处理 图 2 比较法提取边界特征 比较法提取边界特征实现
4、二值化的原理电路如图 2 所示，CCD 视频信号经放大后，由时序电路产生时 钟脉冲 与 CCD 光敏元输出脉冲调制信号相同步，由其控制接通模拟开关对 CCD 光敏元输出的序列电平进 行采样和保持， 驱动脉冲延迟 脉冲 T1，用 控制接通模拟开关对 采样的信号再一次进行采样和保持，故 采样的是第 N 元信号， 采样的就是第 N+1 元信号，将这两个信号求差，其输出电压最大值就对应着边界点。 为了提取边界特征，将差值信号送到具有正阈值和负阈值的两个电压比较器的输入端，在边界点处，减法器 输出电压最大绝对值超过阈值的绝对值时，电压比较器输出正脉冲信号，负阈值比较器的输出脉冲对应边界 的下降沿，正阈值
5、比较器的输出脉冲对应边界的上升沿，这两个脉冲信号就是边界特征标志，该信号就是所 求的 CCD 视频信号转换的二值化信号。采用对边界特征提取比较器所用的阈值用浮动阈值方法。通过单片 机对照明系统光强进行实时采样，处理后，再经过 D/A 转换成模拟信号，作为比较器阈值的参考源，以消除 照明光源波动的影响，保证二值化电路工作的可靠性，所以选用此方案。 2 系统工作原理 2.1 系统工作原理框图 系统原理框图如图 3 所示： 图 3 系统原理框图 2.2 系统工作过程 系统以 8051 单片机为核心，与1206SUP 型、模/ 数转换芯片C0809 、数/ 模转换芯 片 DAC0832 等器件一起构成
6、，CCD 视频信号经过放大器放后，一部分信号通过采样/保持运用比较法实现 二值化，一部分信号经模/数和数/模转换后自动调节阈值电压大小，消除照明光源波动的影响，保证二值化 的准确性。 2.3CCD 驱动时序要求及实现 2.3.1 TCD1206SUP 驱动时序要求 TCD1206SUP 是具有 2160 个有效像元的线阵 CCD，其驱动时序要求见图 4。在图 4 中，SH 是转移脉冲， 脉冲宽度标准值为 1000ns，其周期为光信号积分时间。从图 4 可知，OS 输出周期至少为 2236 个像元的输 出周期； 和 是双相驱动时钟,时钟频率标准值为 0.5MHz；RS 是复位脉冲，标准值为 1M
7、Hz；OS 是信号输 出。 图 4 1206SUP 驱动时序波形 2.3.2 驱动电路的实现 通常时钟脉冲可取自以下途径：单片机 XTAL 端、ALE 端、独立脉冲源。其中取自 XTAL 端时，经分频电路 得到的脉冲频率受限制；取自 ALE 端的脉冲在单片机访问外部存储器的时候丢失，精度受影响；而取自独 立脉冲源的脉冲因其独立性而精度较高，且所产生的脉冲频率可自由选择，稳定性好，因此本驱动电路选用 独立脉冲源。由晶体振荡器构成的时钟发生电路，输出频率为 4的时钟脉冲，经四分频器得到频率为 1MHz 的时钟脉冲，再经脉宽调制器合成占空比为 13 的复位脉冲 ，时钟脉冲 为 0.5MHz，由脉冲信
8、号八 分频得到， 由 反相产生。具体流程如图 5 所示，转移脉冲 由单片机的1. 3 口发出。 图 5 脉冲发生框图 2.4 单片机的控制作用 2.4.1 控制驱动 从1. 3 口发出转移脉冲 ，由1206SUP 工作特点，一个 周期中只少要有 1180 个 脉冲，即 ， 若时钟脉冲的频率为 0.5M，则转移脉冲频率应大于 1/590MHz(即其周期为 590us)，部分程序如下： 汇编程序： MOV TMOD,#00H； 设置 T0 工作方式 MOV TH0,#0EDH ；设置 590us 计数初始值 MOV TL0,#12H SETB TR1 启动 DEL: JBC TF1,REP ；查询
9、计数溢出 AJMP DEL REP: CLP P1.3 ；输出 AJMP DEL 2.4.2 控制光积分时间 积分时间的改变以往通常是通过跳线改变系统主频或计数器的初始预置值来实现，使用不够灵活， 况且系统主频的改变会影响后续数据处理，因此我们采用一种不改变系统工作频率，通过改变 周期中复位 脉冲 的时钟个数来调节的光积分时间。利用单片机的0 计数器对 计数，根据模数转换结果调节 的周期大小，从而自动控制了的光积分时间。同时，由 CCD 视频信号经过采样保持，再经过模/数转 换和数/模转换后，自动调节阈值大小，保证二值化电路工作的可靠性。 3 系统软件流程图 系统软件设计系统软件流程图如图 6 所示： 图 6 系统流程图 4 结束语 本系统主要应用单片机强大的控制性能，采用比较法提取边界特征的手段，实现对 CCD 视频信号的二 值化处理，其特点是在对边界特征提取比较器所用的阈值采用浮动阈值方法， 通过单片机对 CCD 视频信号进行实时地采样，处理后再经过 D/A 转换成为模拟信号，作为比较器阈值 的参考源，消除照明光源波动的影响，使电路工作更精确。该系统体积小，抗干扰性强，易于与实现自动控 制系统接口，在各种高灵敏、高精度的实时在线检测系统中有着广阔的应用前景。可用在航天、空间遥感、 工农业、天文、通讯等军、民用等方面。
