本發(fā)明涉及一種對(duì)運(yùn)動(dòng)物體實(shí)現(xiàn)非接觸高速測(cè)距的裝置，屬于光學(xué)計(jì)算設(shè)備領(lǐng)域，特別是一種基于fpga和多ccd的高速高精度寬范圍工業(yè)級(jí)激光三角測(cè)距儀。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，自動(dòng)測(cè)距技術(shù)已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人等諸多領(lǐng)域。傳統(tǒng)的接觸式測(cè)距與被測(cè)物接觸，從而產(chǎn)生變形，影響測(cè)量精度，損壞物體表面，檢測(cè)速度慢，已經(jīng)無法滿足要求；而非接觸測(cè)距由于其良好的精確性和實(shí)時(shí)性，已經(jīng)成為測(cè)量領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。非接觸測(cè)距主要有超聲波測(cè)距、激光測(cè)距等方法。超聲波測(cè)距在倒車?yán)走_(dá)等領(lǐng)域使用較多，但由于其測(cè)量范圍、響應(yīng)時(shí)間的限制，在工業(yè)測(cè)距方面使用較少。激光測(cè)距由于其自身光學(xué)特性，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

激光測(cè)距技術(shù)分成時(shí)間反射法和三角測(cè)量法兩大類，時(shí)間反射法是通過測(cè)量光波傳輸時(shí)間來計(jì)算與目標(biāo)物體之間的距離，其測(cè)量原理決定了響應(yīng)速度較慢，要得到可靠數(shù)據(jù)至少需要100ms以上，適用于慢速、靜態(tài)測(cè)距場(chǎng)合。三角測(cè)距法是由光源發(fā)出一束激光經(jīng)匯聚透鏡垂直投射并聚焦到被測(cè)物體表面上形成一個(gè)光斑，光斑在物體表面發(fā)生散射，其中一部分散射光經(jīng)過接收透鏡在ccd檢測(cè)器上成像，當(dāng)被測(cè)物體產(chǎn)生位移，其在ccd上的成像點(diǎn)也發(fā)生相應(yīng)的移動(dòng)，通過像移和實(shí)際位移之間的三角關(guān)系，可以計(jì)算出真實(shí)的物體距離。

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)測(cè)距技術(shù)的要求也越來越高，經(jīng)常需要對(duì)運(yùn)動(dòng)物體實(shí)現(xiàn)高速、動(dòng)態(tài)測(cè)距，根據(jù)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)要求，大部分響應(yīng)時(shí)間需要10ms以內(nèi)。激光三角測(cè)距適用于這種對(duì)運(yùn)動(dòng)物體實(shí)現(xiàn)非接觸高速測(cè)距的場(chǎng)合，而時(shí)間反射法由于響應(yīng)速度較慢在很多場(chǎng)合無法滿足要求。

專利申請(qǐng)?zhí)枮?01610900970.6的文獻(xiàn)中給出了“一種激光三角位移傳感器及其非線性誤差的修正方法”，通過使用多組接收透鏡、反光鏡，實(shí)現(xiàn)高精度微小位移測(cè)量，但其光路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測(cè)量范圍小，在惡劣工業(yè)環(huán)境難以應(yīng)用。

授權(quán)公告號(hào)為cn102147234b的文獻(xiàn)中給出了“激光三角測(cè)距傳感器”，在接收光路部分增加非軸對(duì)稱透鏡，從而修正非線性，解決遠(yuǎn)端分辨率降低問題。該裝置在接收光敏器件前要使用多片非軸對(duì)稱透鏡、聚焦透鏡和軸對(duì)稱透鏡，安裝固定難度大，當(dāng)生產(chǎn)過程產(chǎn)生震動(dòng)，多組鏡片發(fā)生微小位移時(shí)就會(huì)導(dǎo)致測(cè)量錯(cuò)誤；并且光源使用650nm半導(dǎo)體激光器，當(dāng)工作溫度變化時(shí)激光光斑會(huì)產(chǎn)生微小變形，從而導(dǎo)致測(cè)量誤差。

在多篇文獻(xiàn)中提出了激光三角測(cè)距的設(shè)計(jì)方案，論文名稱如下：

金文燕,趙輝,陶衛(wèi).激光三角測(cè)距傳感器建模及參數(shù)優(yōu)化研究[j].傳感技術(shù)學(xué)報(bào),2006,19(4):1090-1093.

劉立波,趙輝,張海波,等.激光三角測(cè)距中光斑細(xì)分定位方法研究[j].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2008,16(10):1396-1398.

這些論文主要討論光學(xué)系統(tǒng)建模、ccd像素定位算法等問題，基本上都屬于實(shí)驗(yàn)室理論研究產(chǎn)品，達(dá)不到工業(yè)化產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，更無法在惡劣工業(yè)環(huán)境下穩(wěn)定測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的時(shí)間反射法激光測(cè)距響應(yīng)速度慢、普通激光三角測(cè)距儀測(cè)量范圍小、無法測(cè)量高溫物體等問題，本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)響應(yīng)速度快、測(cè)量精度高、測(cè)距范圍寬、可測(cè)量高溫物體、抗干擾能力強(qiáng)、可用于各種惡劣工業(yè)環(huán)境，對(duì)運(yùn)動(dòng)物體實(shí)現(xiàn)非接觸高速測(cè)距的基于fpga和多ccd的高速高精度寬范圍工業(yè)級(jí)激光三角測(cè)距儀。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種基于fpga和多ccd的高速高精度寬范圍工業(yè)級(jí)激光三角測(cè)距儀，包括激光器、匯聚透鏡、接收透鏡、線陣ccd驅(qū)動(dòng)板、fpga控制板、一體化機(jī)械支架，所述激光器發(fā)出一束激光，經(jīng)匯聚透鏡照射到被測(cè)物體上，形成一個(gè)光斑，所述光斑在被測(cè)物體表面發(fā)生散射，其中一部分散射光經(jīng)過接收透鏡在線陣ccd驅(qū)動(dòng)板上成像，所述線陣ccd驅(qū)動(dòng)板產(chǎn)生的光包絡(luò)信號(hào)送給fpga控制板，所述fpga控制板上安裝有時(shí)鐘分頻模塊、ccd驅(qū)動(dòng)模塊、像素位置及距離計(jì)算模塊、rs-422通信模塊、恒溫腔體測(cè)溫驅(qū)動(dòng)模塊、加熱制冷控制模塊、數(shù)字電位器驅(qū)動(dòng)模塊，所述ccd驅(qū)動(dòng)模塊至像素位置及距離計(jì)算模塊單向連接，所述像素位置及距離計(jì)算模塊分別至液晶顯示驅(qū)動(dòng)模塊、d/a轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)模塊、rs-422通信模塊單向連接，所述恒溫腔體測(cè)溫驅(qū)動(dòng)模塊分別至加熱制冷控制模塊、數(shù)字電位器驅(qū)動(dòng)模塊單向連接。

進(jìn)一步的，所述激光器上安裝有恒溫控制板和恒溫裝置。

進(jìn)一步的，所述激光器為半導(dǎo)體激光器。

進(jìn)一步的，所述半導(dǎo)體激光器為波長(zhǎng)為405nm的紫光半導(dǎo)體激光器。

進(jìn)一步的，所述半導(dǎo)體激光器上設(shè)有帶pd的激光二極管。

進(jìn)一步的，所述激光器前安裝有柱鏡。

進(jìn)一步的，所述線陣ccd驅(qū)動(dòng)板前設(shè)有波長(zhǎng)405nm窄帶濾光片。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：光源使用工作于恒溫環(huán)境、帶pd的紫光半導(dǎo)體激光器，405nm窄帶濾光片濾除干擾光，四片線陣ccd同時(shí)工作擴(kuò)展測(cè)距范圍，一體化機(jī)械支架調(diào)整ccd角度方便，利用fpga的并行處理特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)ccd包絡(luò)信號(hào)的高速運(yùn)算處理。

本發(fā)明具有系統(tǒng)響應(yīng)速度快、測(cè)量精度高、測(cè)距范圍寬、可測(cè)量高溫物體、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可用于各種惡劣工業(yè)環(huán)境，對(duì)運(yùn)動(dòng)物體實(shí)現(xiàn)非接觸高速測(cè)距。

附圖說明

圖1是激光三角測(cè)距儀硬件布置示意圖；

圖2是激光三角法測(cè)量原理圖；

圖3是本發(fā)明系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖；

圖4是圖3中恒溫部分的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是圖3中fpga的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是線陣ccd驅(qū)動(dòng)仿真時(shí)序圖；

圖7是ccd包絡(luò)實(shí)際波形圖；

圖8是四片ccd布置示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖和具體的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。

一種基于fpga和多ccd的高速高精度寬范圍工業(yè)級(jí)激光三角測(cè)距儀，該裝置中fpga在quartus集成開發(fā)環(huán)境中使用vhdl描述，由時(shí)鐘分頻模塊、ccd驅(qū)動(dòng)模塊、像素位置及距離計(jì)算模塊、rs-422通信模塊、恒溫腔體測(cè)溫驅(qū)動(dòng)模塊、加熱制冷控制模塊、數(shù)字電位器驅(qū)動(dòng)模塊等部分組成。

激光三角測(cè)距儀硬件布置如圖1所示，主要由下列部分組成：激光器2、匯聚透鏡1、接收透鏡4、線陣ccd驅(qū)動(dòng)板6、恒溫裝置9、散熱片和散熱風(fēng)扇8、恒溫控制板7、fpga控制板3、一體化機(jī)械支架5。半導(dǎo)體激光器2發(fā)出一束激光，經(jīng)匯聚透鏡1照射到被測(cè)物體上，形成一個(gè)光斑，光斑在物體表面發(fā)生散射，其中一部分散射光經(jīng)過接收透鏡4在線陣ccd驅(qū)動(dòng)板6上成像，當(dāng)被測(cè)物體產(chǎn)生位移，其在ccd上的成像點(diǎn)也發(fā)生相應(yīng)的移動(dòng)，線陣ccd驅(qū)動(dòng)板6產(chǎn)生的光包絡(luò)信號(hào)送給fpga控制板3，計(jì)算出成像點(diǎn)位置，通過像移和實(shí)際位移之間的三角關(guān)系，可以計(jì)算出真實(shí)的物體距離。

激光三角法測(cè)量原理如圖2所示，圖2中激光發(fā)射方向上os表示最近處物體位置，該點(diǎn)處反射光在線陣ccd上成像點(diǎn)為cs；圖2中激光發(fā)射方向上oe表示最遠(yuǎn)處物體位置，該點(diǎn)處反射光在線陣ccd上成像點(diǎn)為ce。被測(cè)距離在os和oe之間變化時(shí)，像點(diǎn)也相應(yīng)地在線陣ccd傳感器cs和ce之間移動(dòng)。在光源和ccd的相對(duì)位置確定的前提下，fpga根據(jù)接收到的光包絡(luò)信號(hào)，計(jì)算ccd上像點(diǎn)的位置，就能確定被測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離。

光源使用半導(dǎo)體激光器，它是一種注入式電致發(fā)光器件，具有單色性好、方向性強(qiáng)、發(fā)散角小、能量高度集中、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。由于被測(cè)物體表面的顏色與粗糙度不同，從而影響成像質(zhì)量，無法保證可靠的測(cè)距精度。為了適應(yīng)不同被測(cè)表面，使用帶pd的激光二極管，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)射激光強(qiáng)度，自動(dòng)適應(yīng)被測(cè)表面的變化，使接收信號(hào)達(dá)到最佳狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)恒功率控制。本裝置使用波長(zhǎng)為405nm的紫光半導(dǎo)體激光器，以便于對(duì)900攝氏度以上的高溫物體測(cè)距。

激光三角測(cè)距儀的成像器件使用電荷耦合器件ccd，它是利用光電轉(zhuǎn)換原理把圖像信息直接轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，按照成像像元生產(chǎn)工藝一維分布還是二維分布，分成線陣ccd和面陣ccd兩大類。面陣ccd用于圖像記錄，線陣ccd主要用于非接觸檢測(cè)、形狀識(shí)別等方面。本裝置使用toshiba公司的線陣ccd芯片tcd1708，分辨率為7450像素。線陣ccd由一列光敏元陣列和與之平行的移位寄存器構(gòu)成，在光敏元陣列與移位寄存器之間，有一列轉(zhuǎn)移柵，控制電荷由光敏元轉(zhuǎn)移到移位寄存器。當(dāng)反射光照射在ccd傳感器上時(shí)，在ccd上生成與投射光強(qiáng)相對(duì)應(yīng)的電荷，從而獲得光斑所對(duì)應(yīng)電信號(hào)的輸出。

本裝置的整體工作情況如圖3所示，激光照射到被測(cè)物體上形成反射光在線陣ccd上成像，當(dāng)被測(cè)物體距離不同時(shí)，線陣ccd產(chǎn)生相位不同的光包絡(luò)信號(hào)。微弱的光包絡(luò)信號(hào)由高速運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大，將模擬信號(hào)送到高速并行a/d轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，fpga接收16位的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行成像點(diǎn)位置計(jì)算，通過像移和實(shí)際距離之間的三角關(guān)系，采用查表和線性內(nèi)插相結(jié)合的方法，在內(nèi)插區(qū)間內(nèi)用直線代替曲線，計(jì)算物體距離。fpga將距離送液晶顯示，同時(shí)傳給d/a轉(zhuǎn)換芯片，通過4-20ma工業(yè)電流標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)測(cè)距數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，并且距離數(shù)據(jù)還通過rs-422接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)字通信。

由于半導(dǎo)體激光器受環(huán)境溫度影響，光斑形狀會(huì)發(fā)生微小改變，導(dǎo)致測(cè)量誤差，因此把激光器封裝在金屬腔體中，將半導(dǎo)體制冷塊和溫度傳感器緊貼金屬腔體安裝，由fpga通過數(shù)字溫度傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量恒溫腔體溫度，控制半導(dǎo)體制冷塊對(duì)恒溫腔體加熱或制冷，為半導(dǎo)體激光器建立一個(gè)小型恒溫環(huán)境，使激光三角測(cè)距儀可在各種惡劣工業(yè)環(huán)境工作，恒溫部分工作原理如圖4所示。

恒溫腔體的加熱/制冷通過半導(dǎo)體制冷塊實(shí)現(xiàn)，這是一種基于珀?duì)柼?yīng)的技術(shù)。把p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體用銅連接片焊成電偶對(duì)，當(dāng)接通直流電源時(shí)，電子由負(fù)極出發(fā)，經(jīng)過p型半導(dǎo)體，吸收熱量，到了n型半導(dǎo)體，又將熱量放出，使一端制冷一端散熱，將電流方向反過來，則冷熱端互換。將半導(dǎo)體制冷塊一端緊貼恒溫腔體，另一端緊貼散熱片和風(fēng)扇，從而使激光器恒溫工作，保證光斑的高度穩(wěn)定。

為保證半導(dǎo)體制冷塊穩(wěn)定工作，本裝置使用開關(guān)電源芯片lm2576給制冷塊供電。lm2576輸出電壓vout＝1.23*(1+r1/r2)，兩個(gè)r1、r2中一個(gè)使用普通電阻，另一個(gè)使用數(shù)字電位器，使lm2576的輸出電壓可調(diào)，從而改變半導(dǎo)體制冷塊工作電流，控制加熱/制冷速度。在lm2576和半導(dǎo)體制冷塊之間加上繼電器，fpga通過數(shù)字溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)恒溫腔體溫度，與最佳工作溫度25攝氏度比較，控制繼電器線圈高低電平，實(shí)現(xiàn)加熱/制冷切換。

本裝置中，核心功能像素位置、距離計(jì)算、恒溫控制均由大容量fpga芯片實(shí)現(xiàn)，其內(nèi)部功能如圖5所示，由時(shí)鐘分頻模塊、ccd驅(qū)動(dòng)模塊、像素位置及距離計(jì)算模塊、液晶顯示驅(qū)動(dòng)模塊、d/a轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)模塊、rs-422通信模塊、恒溫腔體測(cè)溫驅(qū)動(dòng)模塊、加熱制冷控制模塊、數(shù)字電位器驅(qū)動(dòng)模塊組成。其中：

時(shí)鐘分頻模塊的主要功能是輸入50m時(shí)鐘，產(chǎn)生5分頻時(shí)鐘10mhz和10分頻時(shí)鐘5mhz。時(shí)鐘分頻模塊的輸入時(shí)鐘clk50m來自50m的有源晶振，時(shí)鐘輸出端clka連到ccd驅(qū)動(dòng)模塊、像素位置及距離計(jì)算模塊、液晶顯示驅(qū)動(dòng)模塊、d/a轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)模塊的時(shí)鐘輸入端。時(shí)鐘分頻模塊根據(jù)50m晶振上升沿工作，每出現(xiàn)一次上升沿，三位計(jì)數(shù)總線加一，加到4后計(jì)數(shù)總線清零，計(jì)數(shù)總線最高位就是所需要的時(shí)鐘clka。

clka＝clk50m/5＝10mhz

時(shí)鐘分頻模塊的另一個(gè)時(shí)鐘輸出端clkb是恒溫部分各芯片的工作時(shí)鐘，產(chǎn)生方法與clka類似。

clkb＝clk50m/10＝5mhz

ccd驅(qū)動(dòng)模塊的作用是產(chǎn)生線陣ccd芯片tcd1708所需要的移位信號(hào)sh、時(shí)鐘相位1信號(hào)pha、時(shí)鐘相位2信號(hào)phb、復(fù)位信號(hào)rs、鎖存信號(hào)cp以及a/d轉(zhuǎn)換芯片的時(shí)鐘adclk，同時(shí)需要產(chǎn)生ccd像素計(jì)數(shù)總線pix[12..0]，ccd驅(qū)動(dòng)模塊的輸入時(shí)鐘有兩個(gè)：來自有源晶振的clk50m和來自時(shí)鐘分頻模塊的10mhz時(shí)鐘clka。

ccd驅(qū)動(dòng)模塊的工作過程描述如下：首先以clka為時(shí)鐘，進(jìn)行模8192計(jì)數(shù)，產(chǎn)生計(jì)數(shù)總線clkacount[12..0]；接下來判斷clkacount[12..0]的數(shù)值，當(dāng)clkacount[12..0]＝2時(shí)，ccd移位信號(hào)sh為1，其余任何計(jì)數(shù)狀態(tài)sh均為0，這樣保證在每8192個(gè)clka時(shí)鐘周期內(nèi)，sh出現(xiàn)一次瞬時(shí)高電平。計(jì)數(shù)總線clkacount[12..0]減去2即為所需的ccd像素計(jì)數(shù)總線pix[12..0]。

判斷clkacount[12..0]的數(shù)值，當(dāng)clkacount[12..0]>＝1且clkacount[12..0]<＝3時(shí)，信號(hào)phasect為1，其余任何計(jì)數(shù)狀態(tài)phasect均為0，phasect與輸入時(shí)鐘clka進(jìn)行或運(yùn)算，就可以產(chǎn)生ccd時(shí)鐘相位1信號(hào)pha。

pha＝phasectorclka

將pha反相即可得到ccd時(shí)鐘相位2信號(hào)phb。

使用四級(jí)d觸發(fā)器產(chǎn)生線陣ccd的復(fù)位信號(hào)rs和鎖存信號(hào)cp，時(shí)鐘相位1信號(hào)pha作為第一級(jí)d觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入，clk50m為第一級(jí)和第三級(jí)d觸發(fā)器的時(shí)鐘，clk50m反相后作為第二級(jí)和第四級(jí)d觸發(fā)器的時(shí)鐘，四個(gè)d觸發(fā)器串聯(lián)，即前一級(jí)d觸發(fā)器的輸出作為后一級(jí)d觸發(fā)器的輸入，四個(gè)d觸發(fā)器的輸入信號(hào)依次為pha、pha2、pha3、pha4，四個(gè)d觸發(fā)器的輸出信號(hào)依次為pha2、pha3、pha4、pha5。

rs＝(notpha)andpha2

cp＝(notpha4)andpha5

圖6是線陣ccd驅(qū)動(dòng)的仿真時(shí)序圖，非常清晰的描述了線陣ccd各個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)sh、pha、phb、rs、cp、pix[12..0]、adclk的相位關(guān)系。

像素位置及距離計(jì)算模塊是根據(jù)來自ccd驅(qū)動(dòng)模塊的像素計(jì)數(shù)總線pix[12..0]，來自a/d轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)字化的十六位光包絡(luò)數(shù)據(jù)ana[15..0]，以及來自時(shí)鐘分頻模塊的輸入時(shí)鐘clka，計(jì)算反射光對(duì)應(yīng)的真實(shí)像素位置和物體距離disdata[15..0]。

示波器測(cè)量到的ccd包絡(luò)實(shí)際波形如圖7所示，可以看出光包絡(luò)波形是一個(gè)漸變的曲線，覆蓋了一段像素區(qū)域，需要計(jì)算出反射光真正對(duì)應(yīng)的中心像素點(diǎn)位置。工作過程描述如下：像素計(jì)數(shù)總線pix[12..0]從1到7450變化，每一個(gè)像素點(diǎn)都有對(duì)應(yīng)的光包絡(luò)電壓數(shù)據(jù)ana[15..0]，將pix[12..0]乘以ana[15..0]，計(jì)算其從1到7450的累加和，將計(jì)算結(jié)果除以電壓數(shù)據(jù)ana[15..0]從像素1到7450的累加和，最終結(jié)果即為光包絡(luò)真正對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)位置。

最終距離計(jì)算是通過像移和實(shí)際距離之間的三角關(guān)系，采用查表和線性內(nèi)插相結(jié)合的方法。像素點(diǎn)位置與實(shí)際距離間的關(guān)系曲線是非線性的，采用逐段折線法來逼近，即把像素點(diǎn)分為多個(gè)區(qū)間，根據(jù)像素點(diǎn)位置查表，分別與區(qū)間拐點(diǎn)值依次比較找到所處區(qū)間，再用直線代替曲線，計(jì)算被測(cè)距離disdata[15..0]。

液晶顯示驅(qū)動(dòng)模塊是根據(jù)來自時(shí)鐘分頻模塊的輸入時(shí)鐘clka，以及來自像素位置及距離計(jì)算模塊的距離數(shù)據(jù)disdata[15..0]，輸出tft液晶的控制信號(hào)db[15..0]、lcdcs、lcdrst、lcdwr、lcdrd，將被測(cè)物體的距離在液晶上顯示。

d/a轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)模塊是根據(jù)來自時(shí)鐘分頻模塊的輸入時(shí)鐘clka，以及來自像素位置及距離計(jì)算模塊的距離數(shù)據(jù)disdata[15..0]，輸出可以驅(qū)動(dòng)d/a轉(zhuǎn)換芯片的時(shí)鐘daclk、數(shù)據(jù)dadata和鎖存信號(hào)dalatch，將被測(cè)物體距離通過4-20ma工業(yè)電流標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。

rs-422通信模塊是根據(jù)ssi協(xié)議將被測(cè)物體距離以數(shù)字形式遠(yuǎn)程傳輸。

恒溫腔體測(cè)溫驅(qū)動(dòng)模塊的作用是fpga通過數(shù)字溫度傳感器，實(shí)時(shí)測(cè)量出恒溫腔體的溫度envitem[15..0]，恒溫腔體測(cè)溫驅(qū)動(dòng)模塊的輸入時(shí)鐘為clkb，來自時(shí)鐘分頻模塊，頻率為5mhz。

加熱制冷控制模塊是根據(jù)來自恒溫腔體測(cè)溫驅(qū)動(dòng)模塊的溫度數(shù)據(jù)envitem[15..0]，來自時(shí)鐘分頻模塊的輸入時(shí)鐘clkb，以clkb為同步電路基準(zhǔn)時(shí)鐘，將envitem[15..0]和半導(dǎo)體激光器最佳工作溫度25攝氏度比較，輸出引腳hcset為高/低電平，控制繼電器線圈，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體制冷塊的制冷/加熱切換。

數(shù)字電位器驅(qū)動(dòng)模塊的作用是根據(jù)來自恒溫腔體測(cè)溫驅(qū)動(dòng)模塊的溫度數(shù)據(jù)envitem[15..0]，來自時(shí)鐘分頻模塊的輸入時(shí)鐘clkb，產(chǎn)生數(shù)字電位器各種信號(hào)pcs、psclk、psdi。根據(jù)與最佳工作溫度25攝氏度的差值大小，fpga輸出不同數(shù)據(jù)控制電位器阻值，從而使制冷和加熱更為平滑、穩(wěn)定。

為保證在工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合足夠的測(cè)距范圍，采用圖8中所描述的ccd級(jí)聯(lián)布置方案，由四片線陣ccd芯片11組合而成，使ccd芯片的有效測(cè)量區(qū)域12首尾相連，避開了芯片封裝產(chǎn)生的無效測(cè)量區(qū)域13。本裝置使用四片高分辨率線陣ccd芯片tcd1708交錯(cuò)左右分布，測(cè)距范圍達(dá)到10m，測(cè)距精度為0.34mm。

本具體實(shí)施方式光源使用工作于恒溫環(huán)境、帶pd的紫光半導(dǎo)體激光器，405nm窄帶濾光片濾除干擾光，四片線陣ccd同時(shí)工作擴(kuò)展測(cè)距范圍，一體化機(jī)械支架調(diào)整ccd角度方便，利用fpga的并行處理特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)ccd包絡(luò)信號(hào)的高速運(yùn)算處理。

因此，本發(fā)明具有系統(tǒng)響應(yīng)速度快、測(cè)量精度高、測(cè)距范圍寬、可測(cè)量高溫物體、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可用于各種惡劣工業(yè)環(huán)境，對(duì)運(yùn)動(dòng)物體實(shí)現(xiàn)非接觸高速測(cè)距。