一種條碼精密測量系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 一種條碼精密測量系統(tǒng)的設計和實現(xiàn) 條碼技術早產(chǎn)生在風聲鶴唳的二十年代，誕生于Westinghouse的實驗室里。那時候對電子技術應用方面的每一個設想都使人感到非常新奇。他的想法是在信封上做條碼標記，條碼中的信息是收信人的地址，就象今天的郵政編碼。為此Kermode發(fā)明了早的條碼標識，設計方案非常的簡單，即一個條表示數(shù)字1,二個條表示數(shù)字2,以次類推。然后，他又發(fā)明了由基本的元件組成的條碼識讀設備：一個掃描器（能夠發(fā)射光并接收反射光）；一個測定反射信號條和空的方法，即邊緣定位線圈；和使用測定結果的方法，即譯碼器。 基于ARM單片機的條碼定位技術具有讀數(shù)客觀、測量速

2、度快、精度高的優(yōu)點，可以克服傳統(tǒng)目視讀數(shù)存在的讀數(shù)過程繁瑣、讀數(shù)時間長、人為誤差大、自動化程度低等缺點。該技術具有相當廣泛的應用領域，既適合于近距離、高精度定位要求的各種光電式位移編碼器；也適合于測量距離大范圍變化、大量程要求的大地高程測量、大壩沉陷觀測、路面平整度測量等方面。本文提出了一種基于ST半導體公司的32位高性能處理器STR912FW44X6的測量系統(tǒng)方案。 系統(tǒng)構造 本系統(tǒng)由以下幾個部分組成：條碼標尺、光學系統(tǒng)、CMOS圖像采集模塊、STR912主控板、鍵盤與液晶顯示模塊、電源模塊和計算機測試系統(tǒng)。 硬件構造框圖如圖1所示。 系統(tǒng)工作原理如下：帶有精細位置信息的條碼圖像通過光學系統(tǒng)

3、，成像在CMOS圖像傳感器光敏面上，STR912FW44X6處理器對SVI公司的LIS-1024圖像傳感器開展自動曝光控制后，采集圖像信息，經(jīng)過算法處理，獲得條碼帶有的位置信息。 當系統(tǒng)開展高速圖像采集時，STR912FW44X6處理器將采集信號通過以太網(wǎng)接口送往計算機測量系統(tǒng)，開展終的數(shù)據(jù)處理。 硬件設計 圖像采集模塊 圖像采集模塊主要由線陣CMOS圖像傳感器（LIS-1024）、運算放大器（TLV2221IDBVR）組成。視頻信號經(jīng)運算放大器放大后傳送到STR912FW44X6主處理器開展A/D轉換，轉變?yōu)閿?shù)字圖像信號。 字串8 STR912FW44X6主處理器直接控制圖像采集時序，圖像采

4、集模塊本身并沒有自動曝光功能，對環(huán)境光強的變化需要由主芯片對采集到的圖像信號開展分析，然后通過對圖像傳感器的控制來實現(xiàn)自適應環(huán)境光強的功能。 主機板模塊 系統(tǒng)主芯片是基于ARM966E-S核的高性能嵌入式芯片STR912FW44X6,運算速度達96MIPS,支持單周期DSP指令。芯片的系統(tǒng)外圍包括時鐘、復位、電源管理、向量中斷控制器（VIC）、內(nèi)部PLL、RTC、定時器、9個可編程DMA通道和多達80個GPIO.還有8通道10位ADC、3相電機控制器、PWM輸出和多種通訊接口。 芯片內(nèi)建雙組Flash,可利用芯片上任意通訊口實現(xiàn)在系統(tǒng)編程功能。主芯片外接1 片64MB內(nèi)存（芯片ST-M25P6

5、4）來擴展存儲空間。 主機板外圍接口 主要有CMOS圖像傳感器接口、RS-232接口、I2C接口和10/100M以太網(wǎng)接口。 CMOS圖像傳感器的接口主要實現(xiàn)對圖象傳感器的自動曝光控制和圖象采集；RS-232接口（芯片SP3222）實現(xiàn)程序，與上位機通訊，承受上位機指令控制；I2C接口實現(xiàn)主芯片與鍵盤和液晶顯示模塊之間的通訊；10/100M以太網(wǎng)接口（芯片STE100P）配合計算機軟件實現(xiàn)高速圖像采集。 ARM開發(fā)論壇 鍵盤與液晶顯示屏模塊 鍵盤模塊選用ATMega48芯片實現(xiàn)鍵盤控制和I2C通訊，以及LCD屏模塊I2C通訊。 軟件設計 系統(tǒng)軟件的流程如圖2所示。 軟件功能 軟件的功能主要是圖

6、像的條碼定位算法，包括以下內(nèi)容： 條碼檢測：從條碼信號中提取各種特征參量，通常包括各條碼邊緣位置、中心、寬度的檢測，碼字劃分。 根據(jù)標尺已知參數(shù)確定物像比，同時求出視距，計算基準位置相對于目標碼位置的相對距離，按物像比放大到真實尺寸d2（精度結果）。 . 解碼：相當于信源編碼的逆過程，計算目標碼字的碼字位置d1（粗讀結果）。標尺終讀數(shù)ds為粗讀與精讀結果之和：ds=d1+d2. 本系統(tǒng)采用了等間隔周期性位移條碼，利用條碼等間距構造，通過提取與條碼等間距對應的特征譜線計算物像比，進而得到條碼的等效寬度序列，根據(jù)條碼周期性實現(xiàn)解碼。 ARM 軟件架構 整個軟件采用嵌入式操作系統(tǒng)mCOS-II作為主

7、要載體，軟件主要分五個線程，系統(tǒng)上電啟動后五個線程并行工作。五個線程分別是：串口控制、I2C接口控制、以太網(wǎng)接口控制、系統(tǒng)菜單控制、數(shù)據(jù)采集和解碼。 測試結果 為了考察系統(tǒng)的性能，設計了與精度為0.004mm的螺旋測微計比對實驗。利用螺旋測微計測量條碼標尺實際移動的數(shù)值，每次條碼標尺移動0.500mm,總共測量11次數(shù)據(jù)，得到11個不同位置處的條碼值，計算差值開展比對。測量結果如下表1所示。 從測量數(shù)據(jù)看出，系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)的偏差值在0.0185mm以內(nèi)，說明系統(tǒng)的測量到達了一定的精度。 對系統(tǒng)分辨率作了初步測試。保持條碼和測量系統(tǒng)的相對位置不變，連續(xù)測量10次數(shù)據(jù)，如下表2所示。 測量數(shù)據(jù)平均值為130.5049mm,系統(tǒng)測量算術偏差在0.3mm內(nèi)，即現(xiàn)有系統(tǒng)的分辨率約為0.3mm.采用系統(tǒng)誤差標定