基于ARM的条码精密测量系统

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                    　　引言
　　利用条码技术进行精密测量的典型仪器是１９９０年Ｌｅｉｃａ公司开发成功的数字水准仪ＮＡ２０００，这种光电一体化的新型仪器，具有测量速度快、精度高、操作简单、读数直观，能自动计算高差、高程，自动记录数据，计算机数据处理和容易实现基准测量一体化等诸多特点。国内目前对该技术的研究较少，本文提出了一种基于ＳＴ半导体公司的３２位高性能处理器ＳＴＲ９１２ＦＷ４４Ｘ６的测量系统方案。
　　系统结构　ａｄｃ
　　本系统由以下几个部分组成：条码标尺、光学系统、ＣＭＯＳ图像采集模块、ＳＴＲ９１２主控板、键盘与液晶显示模块、电源模块和计算机测试系统。　硬件结构框图如图１所示。
　　系统工作原理如下：带有精密位置信息的条码图像通过光学系统，成像在ＣＭＯＳ图像传感器光敏面上，ＳＴＲ９１２ＦＷ４４Ｘ６处理器对ＳＶＩ公司的ＬＩＳ－１０２４图像传感器进行自动曝光控制后，采集图像信息，经过算法处理，获得条码带有的位置信息。
　　当系统进行高速图像采集时，ＳＴＲ９１２ＦＷ４４Ｘ６处理器将采集信号通过以太网接口送往计算机测量系统，进行最终的数据处理。
　　硬件设计
　　图像采集模块
　　图像采集模块主要由线阵ＣＭＯＳ图像传感器（ＬＩＳ－１０２４）、运算放大器（ＴＬＶ２２２１ＩＤＢＶＲ）组成。视频信号经运算放大器放大后传送到ＳＴＲ９１２ＦＷ４４Ｘ６主处理器进行Ａ／Ｄ转换，转变为数字图像信号。
　　ＳＴＲ９１２ＦＷ４４Ｘ６主处理器直接控制图像采集时序，图像采集模块本身并没有自动曝光功能，对环境光强的变化需要由主芯片对采集到的图像信号进行分析，然后通过对图像传感器的控制来实现自适应环境光强的功能。
　　主机板模块
　　系统主芯片是基于ＡＲＭ９６６Ｅ－Ｓ核的高性能嵌入式芯片ＳＴＲ９１２ＦＷ４４Ｘ６，运算速度达９６ＭＩＰＳ，支持单周期ＤＳＰ指令。芯片的系统外围包括时钟、复位、电源管理、向量中断控制器（ＶＩＣ）、内部ＰＬＬ、ＲＴＣ、定时器、９个可编程ＤＭＡ通道和多达８０个ＧＰＩＯ。还有８通道１０位ＡＤＣ、３相电机控制器、ＰＷＭ输出和多种通讯接口。
　　芯片内建双组Ｆｌａｓｈ，可利用芯片上任意通讯口实现在系统编程功能。主芯片外接１　片６４ＭＢ内存（芯片ＳＴ－Ｍ２５Ｐ６４）来扩展存储空间。
　　主机板外围接口
　　主要有ＣＭＯＳ图像传感器接口、ＲＳ－２３２接口、Ｉ２Ｃ接口和１０／１００Ｍ以太网接口。
　　ＣＭＯＳ图像传感器的接口主要实现对图象传感器的自动曝光控制和图象采集；ＲＳ－２３２接口（芯片ＳＰ３２２２）实现程序下载，与上位机通讯，接受上位机指令控制；Ｉ２Ｃ接口实现主芯片与键盘和液晶显示模块之间的通讯；１０／１００Ｍ以太网接口（芯片ＳＴＥ１００Ｐ）配合计算机软件实现高速图像采集。
　　键盘与液晶显示屏模块
　　键盘模块选用ＡＴＭｅｇａ４８芯片实现键盘控制和Ｉ２Ｃ通讯，以及ＬＣＤ屏模块Ｉ２Ｃ通讯。
　　软件设计
　　系统软件的流程如图２所示。



　　从测量数据看出，系统测量数据的偏差值在±０．０１８５ｍｍ以内，说明系统的测量达到了一定的精度。
　　对系统分辨率作了初步测试。保持条码和测量系统的相对位置不变，连续测量１０次数据，如表２所示。



　　测量数据平均值为１３０．５０４９ｍｍ，系统测量算术偏差在±０．３ｍｍ内，即现有系统的分辨率约为０．３ｍｍ。采用系统误差标定，软件算法改进等措施后，有望进一步提高系统的测量精度。
　　结语
　　本系统是一种基于ＡＲＭ的精密视觉测量平台，实现了条码的精密测量功能。在该平台上进一步开发，形成的系统可以应用于一维、二维长度的精密测量，具有较为广阔的应用前景。