基于CPLD的CCD测距系统的设计与实现

摘要

随着测量精度、测量速度的不断提高，非接触式测量方法由于其良好的精确性、实时性以及无损坏等特点在很多领域已逐渐替代传统的接触式测量方法。线阵CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)作为一种以单个电荷为载体信号的半导体器件，在借助合适的驱动电路和光学系统的前提下，就可以实现很高的测量精度，因而被广泛应用于监控、检测、测量等领域。
　　 本文利用直射式激光三角测量法原理，使用CPLD(Complex Programmable LogicDevice，复杂可编程逻辑器件)驱动线阵CCD作为测量传感器，半导体激光管作为传感器的感应光源，并采用单片机作为控制核心设计了一种高精度、宽量程的非接触式测距系统。
　　 论文首先调研了激光三角测距技术的国内外研究现状，然后介绍了激光三角法测量距离的原理，并对线阵CCD器件及其基本工作原理、主要性能指标等进行了分析研究。其次，详细介绍了系统的硬件实现和软件设计，CCD传感器将激光信号转化为电信号，并通过简单的放大、滤波电路的处理，然后送至单片机进行A/D转换，继而将数据信息通过RS-232C串行通信发送到上位机进行后续处理。论文最后对系统的调试、实验过程做了说明，对实验结果和实验误差进行了分析，并提出了系统进一步研究和改进的方向。
　　 本文介绍的激光三角测距系统采用CPLD来设计线阵CCD的驱动时序，CCD的光积分时间是可调的，这不仅提高了电路的可靠性和灵活性，还缩小了系统硬件装置的体积：使用单片机作为控制核心也十分简单，还节约了成本，测量系统的精度理论上可以达到0.1mm，量程最大可以达到20cm，本研究在常见的非接触式测量应用中有很好的使用前景。