[实用新型]一种基于线性CCD的信号采集和自动曝光电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于线性CCD的信号采集和自动曝光电路，属于光电技术领域。

背景技术

TSL1401CL为一款线性CCD，其核心是128个光电二极管组成的感光阵列，阵列后面有一排积分电容，光电二极管在光能量冲击下产生光电流，构成有源积分电路，那么积分电容就是用来存储光能转化后的电荷。积分电容存储的电荷越多，说明前方对应的那个感光二极管采集的光强越大。反映在像素点上就是，像素灰度低。光强接近饱和，像素点灰度趋近于全白，则呈白电平，输出电压值越大。前18个时钟周期是像素复位时间，不进行积分与曝光，第19个CLK到下一个SI为曝光时间，因此在线性 CCD的操作过程中，SI信号相当于一个标志，当它变为高电平后，就可以在每个CLK信号高电平到来后进行数据的采样，采样数据的曝光时间是由前一次第19个CLK到本次SI 高电平出现的时间确定的。光线越强，积分电容存储的电荷速度越快，进行曝光的周期就该越短，光线越弱，积分电容存储的电荷速度越慢，进行曝光的周期就该越长。

目前的线性CCD曝光时间调整及数据采集方法，主要有以下两种：

1、微处理器通过A/D转换直接采集CCD输出的模拟电压数据，转换为数字信息，微处理器通过数据分析，调整两次SI之间的时间间隔，该方法主要采用微处理器软件来分析数据，CPU程序复杂，数据采集速度较慢，环境适应能力差；

2、采用硬件电路二值化黑白像素点电压，但CCD的128个像素点阈值参考电压是相同的，导致CCD两边对应像素点出现误判。

有鉴于此，本发明人对此进行研究，专门开发出一种基于线性CCD的信号采集和自动曝光电路，本案由此产生。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于线性CCD的信号采集和自动曝光电路，不需要A/D转换，可以在一定光强范围内都能自动调整CCD的曝光时间，适应性强。

为了实现上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种基于线性CCD的信号采集和自动曝光电路，包括微处理器，通过微处理器SPI接口、I/O接口与微处理器相连的CCD信号采集与变换单元，线性CCD通过其接口分别与微处理器SPI接口和CCD信号采集与变换单元相连，其中，所述CCD信号采集与变换单元包括比较触发模块，以及与比较触发模块相连的CCD输出电压放大模块和动态阈值产生模块。

作为优选，所述CCD输出电压放大模块包括放大器，与放大器相连的滑动变阻器，所述放大器的同向输入端通过一电阻与线性CCD的电压输出端相连，放大器的输出端与比较触发模块的第一比较器、第二比较器相连，通过改变第一滑动变阻器的阻值大小调节放大器的放大倍数。

作为优选，所述动态阈值产生模块包括计数器，通过与门与计数器相连的P型MOS管、N型MOS管，以及与P型MOS管、N型MOS管相连的跟随器，其中，P型MOS管与第三滑动变阻器相连，N型MOS管与第四滑动变阻器相连，跟随器的输出端先串联一个电阻，再并联一个充电电容后与第一比较器输入端相连。

作为优选，所述比较触发模块包括并联在放大器输出端的第一比较器、第二比较器，以及与第二比较器输出端相连的触发器，所述第二比较器的同向输入端与第二滑动变阻器相连，第一比较器和触发器的输出端与微处理器的SPI接口相连。

作为优选，所述触发器采用型号为74HC74的触发器。

上述基于线性CCD的信号采集和自动曝光电路工作原理：

1）  首先将微处理器的SPI接口工作在主模式下，设置工作频率CLK为400KHZ，同时将CLK作为线性CCD的工作时钟，设置微处理器的定时器，使定时时间（即曝光时间）初始值设为5毫秒，作为线性CCD曝光的初始值，每5毫秒产生定时中断，使能SPI通过MOSI口连续输出16个字节数据（1个0x80，其余15个0x00，SI高电平启动线性CCD），形成线性CCD需要的SI信号，同时将微处理器发出的MOSI信号和CLK信号分别作为线性CCD的启动信号SI，CLK，启动线性CCD工作；

2）线性CCD在CLK和SI的条件下，将输出电压通过一电阻输送到放大器，通过第一滑动变阻器调整放大器的倍数，并通过示波器观察放大器的输出电压值，使中间像素点白点电平值接近4V，同时记录中间和两边像素白点和黑点电压平均值；

3）调整第三滑动变阻器和第四滑动变阻器的阻值，即调整两个滑动变阻器的输出电压，进而通过组合场效应管控制P型MOS管、N型MOS管的导通和/或截止，充电电容充放电输出动态的阈值参考电压VREF；