引言

　　利用条码技术进行精密测量的典型仪器是１９９０年ｌｅｉｃａ公司开发成功的数字水准仪ｎａ２０００，这种光电一体化的新型仪器，具有测量速度快、精度高、操作简单、读数直观，能自动计算高差、高程，自动记录数据，计算机数据处理和容易实现基准测量一体化等诸多特点。国内目前对该技术的研究较少，本文提出了一种基于ｓｔ半导体公司的３２位高性能处理器ｓｔｒ９１２ｆｗ４４ｘ６的测量系统方案。

　　系统结构　ａｄｃ

　　本系统由以下几个部分组成：条码标尺、光学系统、ｃｍｏｓ图像采集模块、ｓｔｒ９１２主控板、键盘与液晶显示模块、电源模块和计算机测试系统。　硬件结构框图如图１所示。

　　系统工作原理如下：带有精密位置信息的条码图像通过光学系统，成像在ｃｍｏｓ图像传感器光敏面上，ｓｔｒ９１２ｆｗ４４ｘ６处理器对ｓｖｉ公司的ｌｉｓ－１０２４图像传感器进行自动曝光控制后，采集图像信息，经过算法处理，获得条码带有的位置信息。

　　当系统进行高速图像采集时，ｓｔｒ９１２ｆｗ４４ｘ６处理器将采集信号通过以太网接口送往计算机测量系统，进行最终的数据处理。

　　硬件设计

　　图像采集模块

　　图像采集模块主要由线阵ｃｍｏｓ图像传感器（ｌｉｓ－１０２４）、运算放大器（ｔｌｖ２２２１ｉｄｂｖｒ）组成。视频信号经运算放大器放大后传送到ｓｔｒ９１２ｆｗ４４ｘ６主处理器进行ａ／ｄ转换，转变为数字图像信号。

　　ｓｔｒ９１２ｆｗ４４ｘ６主处理器直接控制图像采集时序，图像采集模块本身并没有自动曝光功能，对环境光强的变化需要由主芯片对采集到的图像信号进行分析，然后通过对图像传感器的控制来实现自适应环境光强的功能。

　　主机板模块

　　系统主芯片是基于ａｒｍ９６６ｅ－ｓ核的高性能嵌入式芯片ｓｔｒ９１２ｆｗ４４ｘ６，运算速度达９６ｍｉｐｓ，支持单周期ｄｓｐ指令。芯片的系统外围包括时钟、复位、电源管理、向量中断控制器（ｖｉｃ）、内部ｐｌｌ、ｒｔｃ、定时器、９个可编程ｄｍａ通道和多达８０个ｇｐｉｏ。还有８通道１０位ａｄｃ、３相电机控制器、ｐｗｍ输出和多种通讯接口。

　　芯片内建双组ｆｌａｓｈ，可利用芯片上任意通讯口实现在系统编程功能。主芯片外接１　片６４ｍｂ内存（芯片ｓｔ－ｍ２５ｐ６４）来扩展存储空间。

　　主机板外围接口

　　主要有ｃｍｏｓ图像传感器接口、ｒｓ－２３２接口、ｉ２ｃ接口和１０／１００ｍ以太网接口。

　　ｃｍｏｓ图像传感器的接口主要实现对图象传感器的自动曝光控制和图象采集；ｒｓ－２３２接口（芯片ｓｐ３２２２）实现程序下载，与上位机通讯，接受上位机指令控制；ｉ２ｃ接口实现主芯片与键盘和液晶显示模块之间的通讯；１０／１００ｍ以太网接口（芯片ｓｔｅ１００ｐ）配合计算机软件实现高速图像采集。

　　键盘与液晶显示屏模块

　　键盘模块选用ａｔｍｅｇａ４８芯片实现键盘控制和ｉ２ｃ通讯，以及ｌｃｄ屏模块ｉ２ｃ通讯。

　　软件设计

　　系统软件的流程如图２所示。

　　软件功能

　　软件的功能主要是图像的条码定位算法，包括以下内容：

　　条码检测：从条码信号中提取各种特征参量，通常包括各条码边缘位置、中心、宽度的检测，码字划分。

　　根据标尺已知参数确定物像比，同时求出视距，计算基准位置相对于目标码位置的相对距离，按物像比放大到真实尺寸ｄ２（精度结果）。

　　解码：相当于信源编码的逆过程，计算目标码字的码字位置ｄ１（粗读结果）。标尺最终读数ｄｓ为粗读与精读结果之和：ｄｓ＝ｄ１＋ｄ２。

　　本系统采用了等间隔周期性位移条码，利用条码等间距结构，通过提取与条码等间距对应的特征谱线计算物像比，进而得到条码的等效宽度序列，最后根据条码周期性实现解码。

　　软件架构

　　整个软件采用嵌入式操作系统ｍｃｏｓ－ｉｉ作为主要载体，软件主要分五个线程，系统上电启动后五个线程并行工作。五个线程分别是：串口控制、ｉ２ｃ接口控制、以太网接口控制、系统菜单控制、数据采集和解码。

　　测试结果

　　为了考察系统的性能，设计了与精度为０．００４ｍｍ的螺旋测微计比对实验。利用螺旋测微计测量条码标尺实际移动的数值，每次条码标尺移动０．５００ｍｍ，总共测量１１次数据，得到１１个不同位置处的条码值，计算差值进行比对。测量结果如表１所示。

　　从测量数据看出，系统测量数据的偏差值在±０．０１８５ｍｍ以内，说明系统的测量达到了一定的精度。

　　对系统分辨率