基于CCD激光三角法测距系统的设计与实现

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1、４７工程硕士学位论文基于ＣＣＤ激光三角法测距系统的设计与实现宋宇健指导教师孙钊副教授王世凯高级工程师申请学位级别工程硕士工程领域名称电子与通信工程２０１８年５月１８日？基于CCD激光三角法测距系统的设计与实现工程领域：电子与通信工程研究生签字：学校导师签字：企业导师签字：摘要非接触测距技术作为推动工业、科技发展的基础技术之一，近年来发展迅速。但和欧美等发达国家相比，我国传统的激光三角法测距设备，存在测量精度偏低、电路结构复杂、成本较高等缺点。为此，本课题应用ARMCortex-M3内核芯片、CCD传感器模块，

2、设计了一种精准实用、成本较低，功能齐全的激光三角法测距系统。首先，本文研究了激光三角法测距系统的测量原理，确定了以满足Scheimpflug条件下的直射光激光三角法为光学系统设计方法，并阐述了测距系统的设计思路和工作流程。其次，研究了测距系统的光学系统结构，确定了光学参量，应用MATLAB软件分析了光学参量对测距系统性能的影响。对光学参量建模，提出一种利用非线性规划和蒙特卡洛模拟确定激光三角法光学参量的方法。利用这种方法既可缩短获取参数的时间，又可择优选择光学参量。第三，设计了测距系统的硬件电路并制作完成了PCB样板。本文选用基于ARMCortex

3、-M3内核的STM32F103ZET6芯片作为整个系统的主控制器，并在芯片最小系统的基础上添加了LED提示灯、模式按键、串口模块、AT24C02数据存储芯片、LCD12864屏幕等外围器件完成电路设计以达到预期功能。第四，在KeilMDK5.20开发环境下，完成了测距系统的嵌入式软件程序编写。软件程序主要包括：CCD传感模块驱动程序、数据处理整合程序、光斑中心定位程序、距离计算程序、按键扫描程序、串口通信程序、24C02数据存储程序、LCD显示程序等。最后，完成了测距系统的功能调试和系统标定。标定后，工作模式一的测量起点为87mm，量程为50mm，

4、测量数据使用傅里叶三次拟合后均方根误差为0.0436mm；工作模式二的测量起点为138mm，量程为280mm，测量数据使用傅里叶八次拟合后均方根误差为0.1820mm。整个测距系统集控制、测量、显示为一体，可不使用上位机而独立完成测距工作，可保存测量数据，实用性较高。关键词：激光三角法；CCD；STM32；嵌入式；非接触距离测量DesignandImplementationofDistanceMeasurementSystemBasedonCCDLaserTriangulationMethodDiscipline:ElectronicandComm

5、unicationEngineeringStudentSignature:SupervisorⅠSignature:SupervisorⅡSignature:AbstractAsoneofthebasictechnologiestopromotethedevelopmentofindustryandscienceandtechnology,thenon-contactdistancemeasurementtechnologyhasdevelopedrapidlyinrecentyears.However,comparedwiththedevelop

6、edcountriessuchasEuropeandtheUnitedStates,thenon-contactrangingsystemdesignedbyChinahadsomeshortcomingssuchaslowmeasurementaccuracy,complicatedcircuitstructureandhighcost.Therefore,inthispaper,theARMCortex-M3corechipandCCDsensorareappliedtodesignalasertriangulationrangingsyste

7、mwhichisprecise,practical,lowcostandfunctional.Firstly,thispaperstudiesthemeasurementprincipleofthelasertriangulationrangingsystem,anddeterminestheopticalsystemdesignusingthestraighttriangulationmethodunderScheimpflugconditions,anddescribestheoveralldesignofthesystemandtheenti

8、reworkflow.Secondly,theopticalpathstructureoftherangingsystem