基于ARM处理器LPC2119的光电距离测量仪

　　用光电位移传感器加上微处理器可以构成小量程位移测量系统。但是目前市场上的光电位移传感器价格都很高，大概在 1~2 万元左右，且测量量程小(5~15mm)，特研制了这种低成本、大量程(10~50cm)的测量仪。

　　1 测量原理

　　测量的主要原理是利用凸透镜成像原理，焦距、物距、像距、物高、像高之间存在特定的几何关系。在焦距、物高确定的条件下物距(所要测定的距离)与像距成反比，只要知道被测物的像高，就可以计算出物距。系统测量原理如图 1 所示。

　　用两只激光 LED 发出两束平行于凸透镜主轴的激光，投射在被测量平面上, p1、p2 为激光投射在被测平面上的光点, 这两点的距离就是物高，为固定值。被测量平面到凸透镜前焦点的距离 L 是要测量的距离。通过调节凸透镜到 CMOS 图像传感器的距离，可在图像传感器上得到被测平面上两个激光点的像点 p1'、p2'，这两点的距离就是像高 H'。f 为焦距。图像传感器输出图像的数字信号给ARM处理器，处理器经过数据的处理，识别出两个激光点的像，并计算像高，从而计算出要测量的距离。

　　2系统硬件组成

　　该测量仪结构简单，由摄像镜头、CMOS 图像传感器、MCU 及 LED 数码管显示器等组成。系统结构如图 2 所示。

　　2.1 激光 LED

　　用激光 LED 的主要目的是进行标定。由于激光是单色光，且不易发散，形成的光点边界清楚，其像点也就容易识别，后续数据处理比较容易进行。

　　2.2 摄像头镜头和 CMOS 图像传感器

　　摄像头镜头和 CMOS 图像传感器构成测量仪的成像系统。摄像头镜头体积小、价格便宜、安装方便，且到 CMOS 图像传感器距离可调，具有实用性。

　　CMOS 图像传感器可获取被测量平面上的数字图像，能够向 MCU 提供数字信号，供 MCU 处理。选用美光 MT9V011，具有 640×480 个象素点，在27MHz工作频率下每秒可输出 30 帧VGA图像数据。具有片上 A/D 转换器，每个象素点用 10 位输出颜色值。

　　2.3 MCU

　　MCU 处理图像传感器得到的数据，并协调系统各部分工作。

　　MCU 选用 Phlips 公司的 ARM 处理器 LPC2119。它具有 ARM7 内核，丰富的片上外设，还集成了 CAN总线控制器，可方便的组建 CAN 局域网。

　　2.4 LCD 显示器

　　采用 128×64 点阵图像液晶模块作为显示器。该模块采用串行数据口与 MCU 通信，占用 I/O 口少，接口方便。如果用 16×16 点阵来显示一个汉字，可以显示 4 行，每行 8 个字。

　　2.5 电源模块

　　LPC2119 需要 3.3V 和 1.8V 两种电压，MT9V011的工作电压是 2.8V，CAN 总线收发器及其他一些部件工作电压是 5V，因此整个系统用 9V 直流电源，经78M05 稳压后得到 5V 电源，再用 TI 公司的电源芯片 76333、76318、76301 分别得到 3.3V、1.8V、2.8V电源。