基于C8051F340驱动与采集的CCD光电遥测垂线仪

4 CCD输出信号采集实现及数据处理

根据线阵CCD的检测原理，被检测对象的光信息通过光学成像系统成像于CCD的光敏面上，CCD的光敏像元将其上的光强度转换成电荷量。CCD在一定频率的时钟脉冲的驱动下，在CCD的输出端可以获得被测对象的视频信号。

在CCD输出端获得的视频信号幅值较小，为了便于CCD输出信号采集，对CCD输出信号做了一定的处理。CCD采集实现原理框图如图3所示。

TCD1702C输出信号经放大、整形处理后，得到比较直观且易于检测的脉冲信号，如图4所示。整形输出端连接至C8051F340单片机的外部中断端口。当扫描至阴影的边缘时发生中断，记录下扫描脉冲数，扫描结束后通过对这些边缘的计算可得到标点和垂线的坐标。

TCD1702C的线性度非常好，对大坝观测的精度要求来说其非线性影响可以忽略不计，平行光的质量是影响最大的。由于光路理论计算与实际安装存在误差，平行光源要做得非常理想是有一定难度的，为此针对所采用的光源及凸透镜对每台仪器分别整理出一条非线性修正曲线，并将修正参数固化于C8051F340单片机中，在仪器测量过程中自动调用固化参数参与计算，保证全量程观测值与给定位移的误差小于0.05 mm.表1为某一台遥测CCD垂线坐标仪率定实验数据。

图5是通过表1绘制出的遥测CCD垂线坐标仪率定曲线图。

通过表1，可以计算出非线性曲线修正前后仪器测量的偏差值，见表2.

通过表2可以看出，通过非线性曲线修正后，大大降低了光路安装带来的测值偏差，提高了仪器的测量精度。

为了智能化管理数据，在仪器上安装有定时数据存储模块，该模块配合自身带有的日历时钟模块，可将用户设置的定时观测所测数据存储在数据存储模块中，该模块是非易失性的E2PROM，可存储1 023次观测数据，可以满足大坝安全监测对数据存储的要求。

除了定时观测外，上位机可随时对仪器进行遥控观测。遥控观测通过485总线传输命令及数据，实时性比较强，可随时获得观测数据，以便于实时分析大坝变形状态。

5结语

该产品目前已在国内多个水利水电工程大坝安全监测自动化系统中得到了成功的应用与推广，大大提高了大坝变形观测的工作效率、观测精度，降低了观测人员的工作强度，提高了运行管理单位的大坝安全监测自动化技术水平。