CMOS图像传感器改型设计+文献综述(4)
5、效率高，易于实现测量内外一体化。测量数据能自动采集、检验、处理。数字水准仪将数据直接记录在存储器上，及时检核，按规定格式输出，便于在计算机上处理。作业人员只需调焦和按键就可以实现自动读数，大大减轻了劳动强度，顺利实现内外业一体化。
6、功能多样化。当采用普通标尺时，数字水准仪又可像传统自动安平水准仪一样使用。
但是，数字水准仪也存在一些缺点，主要表现为:
1、数字水准仪对标尺进行读数不如传统光学水准仪灵活，数字水准仪只能对其配套标尺进行照准读数。对于传统光学水准仪，可以使用自制的标尺，甚至是普通的钢板尺，只要有刻度线，就能读数，而数字水准仪则无法工作。同时，数字水准仪要求有一定的视场范围，但有些情况下，只能通过一个较窄的狭缝进行照准读数，这时就只能使用光学水准仪。
2、数字水准仪受外界条件影响大。由于数字水准仪是由CMOS传感器来分辨标尺条形码，将图像转换为能被测量的有效电信号，然后系统进行读数。但是，光照强度、大气折射、热抖动、调焦质量的好坏，都会影响条形码标尺在CMOS上的成像质量，从而影响测量精度。此外，周围环境的磁场强度、空气能见度等因素都会影响数字水准仪测量。因此，数字水准仪测量对环境的要求要比传统水准仪来得高，不但要求标尺亮度均匀、适中，还要有足够的可见范围，用于测量的条码不能遮挡等[1]。
3 硬件电路改型设计
在了解了数字水准仪的基本组成及工作原理之后，我们又对原有数字水准仪的硬件模块进行了系统性的分析和研究，在此基础上，制定了数字水准仪的改型设计方案。
根据该方案，在本章中我们将进行关键元器件的选择，然后根据所选择的器件用Protel99完成相应的硬件电路设计，最后与其他电路模块整合后完成数字水准仪改型电路设计。
3．1 数字水准仪硬件电路及工作流程
根据我们所设计的改型设计方案，数字水准仪硬件电路系统主要包含以下模块：数据采集单元（CMOS传感器模块），数据处理单元（主机板模块），人机界面（键盘板和液晶显示屏模块）和电源[6]。其硬件电路框图如图3.1.1所示。
图3.1.1数字水准仪硬件电路框图
它的工作流程是：安装电池后，按下Power键（开机），系统首先给键盘板上的电源管理芯片供电，键盘板上的处理器（ATMega48）开始初始化，然后给主机板供电，主机板上的处理器（ARM 2136）、存储器、温度传感器进入工作状态，同时经电源引线给显示屏供电，显示屏也进入工作状态。ARM 2136初始化后，控制电源管理器使传感器电源打开，准备进行测量。这时，整个系统进入测量状态。
如果一定时间内（具体时间根据用户要求由软件设置）未有测量动作，ARM2136处理器就控制主机板上的电源管理器使传感器电源关闭，然后在键盘板上处理器（ATMega48）的控制下，主机板停止供电，之后系统电源断开数字水准仪自动停机。
在等待测量过程中，所有具有关断功能的电路芯片进入关断睡眠模式，微功耗等待。一旦测量键被按下时，就进行一次测量工作。测量时，条码标尺的图像成像在线阵CMOS图像传感器上，按下测量键，在ARM 2136处理器的控制下，对CMOS图像传感器输出的模拟信号进行A/D采样，把采集到的数字信号存入到指定的内存块中，先对内存中的数据进行预处理(数字滤波)来降低噪声，然后根据标尺图像的解码算法，即可以算出标尺所在的高度和标尺离水准仪的距离，最后显示在液晶显示屏上，根据需要可以存储在主机板上的存储器中，也可以通过串口直接传送到计算机上进行分析处理。
下一篇：波尔共振仪的改进研究与制作