引言

　　利用條碼技術(shù)進(jìn)行精密測量的典型儀器是１９９０年ｌｅｉｃａ公司開發(fā)成功的數(shù)字水準(zhǔn)儀ｎａ２０００，這種光電一體化的新型儀器，具有測量速度快、精度高、操作簡單、讀數(shù)直觀，能自動計算高差、高程，自動記錄數(shù)據(jù)，計算機(jī)數(shù)據(jù)處理和容易實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)測量一體化等諸多特點(diǎn)。國內(nèi)目前對該技術(shù)的研究較少，本文提出了一種基于ｓｔ半導(dǎo)體公司的３２位高性能處理器ｓｔｒ９１２ｆｗ４４ｘ６的測量系統(tǒng)方案。

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)�。幔洌�

　　本系統(tǒng)由以下幾個部分組成：條碼標(biāo)尺、光學(xué)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(jī)測試系統(tǒng)�！∮布Y(jié)構(gòu)框圖如圖１所示。

　　系統(tǒng)工作原理如下：帶有精密位置信息的條碼圖像通過光學(xué)系統(tǒng)，成像在ｃｍｏｓ圖像傳感器光敏面上，ｓｔｒ９１２ｆｗ４４ｘ６處理器對ｓｖｉ公司的ｌｉｓ－１０２４圖像傳感器進(jìn)行自動曝光控制后，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(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行高速圖像采集時，ｓｔｒ９１２ｆｗ４４ｘ６處理器將采集信號通過以太網(wǎng)接口送往計算機(jī)測量系統(tǒng)，進(jìn)行最終的數(shù)據(jù)處理。

　　硬件設(shè)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(yùn)算放大器（ｔｌｖ２２２１ｉｄｂｖｒ）組成。視頻信號經(jīng)運(yùn)算放大器放大后傳送到ｓｔｒ９１２ｆｗ４４ｘ６主處理器進(jìn)行ａ／ｄ轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字圖像信號。

　　ｓｔｒ９１２ｆｗ４４ｘ６主處理器直接控制圖像采集時序，圖像采集模塊本身并沒有自動曝光功能，對環(huán)境光強(qiáng)的變化需要由主芯片對采集到的圖像信號進(jìn)行分析，然后通過對圖像傳感器的控制來實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)環(huán)境光強(qiáng)的功能。

　　主機(jī)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(yùn)算速度達(dá)９６ｍｉｐｓ，支持單周期ｄｓｐ指令。芯片的系統(tǒng)外圍包括時鐘、復(fù)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(dá)８０個ｇｐｉｏ。還有８通道１０位ａｄｃ、３相電機(jī)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(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)編程功能。主芯片外接１　片６４ｍｂ內(nèi)存（芯片ｓｔ－ｍ２５ｐ６４）來擴(kuò)展存儲空間。

　　主機(jī)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。

　�。悖恚铮髨D像傳感器的接口主要實(shí)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(shí)現(xiàn)程序下載，與上位機(jī)通訊，接受上位機(jī)指令控制；ｉ２ｃ接口實(shí)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(jī)軟件實(shí)現(xiàn)高速圖像采集。

　　鍵盤與液晶顯示屏模塊

　　鍵盤模塊選用ａｔｍｅｇａ４８芯片實(shí)現(xiàn)鍵盤控制和ｉ２ｃ通訊，以及ｌｃｄ屏模塊ｉ２ｃ通訊。

　　軟件設(shè)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(biāo)尺已知參數(shù)確定物像比，同時求出視距，計算基準(zhǔn)位置相對于目標(biāo)碼位置的相對距離，按物像比放大到真實(shí)尺寸ｄ２（精度結(jié)果）。

　　解碼：相當(dāng)于信源編碼的逆過程，計算目標(biāo)碼字的碼字位置ｄ１（粗讀結(jié)果）。標(biāo)尺最終讀數(shù)ｄｓ為粗讀與精讀結(jié)果之和：ｄｓ＝ｄ１＋ｄ２。

　　本系統(tǒng)采用了等間隔周期性位移條碼，利用條碼等間距結(jié)構(gòu)，通過提取與條碼等間距對應(yīng)的特征譜線計算物像比，進(jìn)而得到條碼的等效寬度序列，最后根據(jù)條碼周期性實(shí)現(xiàn)解碼。

　　軟件架構(gòu)

　　整個軟件采用嵌入式操作系統(tǒng)ｍｃｏｓ－ｉｉ作為主要載體，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(jié)果

　　為了考察系統(tǒng)的性能，設(shè)計了與精度為０．００４ｍｍ的螺旋測微計比對實(shí)驗(yàn)。利用螺旋測微計測量條碼標(biāo)尺實(shí)際移動的數(shù)值，每次條碼標(biāo)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，計算差值進(jìn)行比對。測量結(jié)果如表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)的測量達(dá)到了一定的精度。

　　對系統(tǒng)分辨率