Konštrukcia: optický snímač čiary

     
Autori: Ing. J.Dúbravský, R.Tesár
 
 
Na začiatok

Firma SONY vyrába rozne druhy lineárnych CCD snímačov, ktoré sa od seba líšia prevažne počtom pixelov (256,2024,4048,atď.). Tieto senzory sú určené prevažne na snímanie orázkov a textu. V našom prípade sme však senzor využili na detekciu čiernej čiary na bielom podklade. Pre korektné načítanie údajov zo snímača musí byť na ňom umiestnená"optika", v našom prípade sa jedná o objektív pre lineárne skenovanie SLA-20B, vyrábaný firmou TAOS. Tento problém by sa dal pravdepodobne riešit aj inou cestou, avšak my sme sa s tým hlbšie nezaoberali.

 
Na začiatok

Snímanie:
Pre správne snímanie zo senzora je okrem správneho zapojenia pinov dôležité aj správne generovanie časovacieho signálu CLK. Minimálna frekvencia je 50 - 100kHz, maximálna frekvencia je 5MHz. Okrem napájania (5V,9V,Gnd) je potrebne zapojiť ešte vstupy/výstupy ROG(logicky), CLK(logicky), SHSW(logicky), Vout(analógový).
Signál ROG slúži na spustenie snímania(nastavenie na prvý pixel). ROG treba nastaviť na logickú úroveň 0 typicky na dobu 1000ns (časový priebeh signálov CLK a ROG je na obr. 1).
Signál CLK slúži na posun na ďalší pixel. Frekvencia by mala byť v rozsahu 50kHz - 5MHz (časový priebeh signálov CLK a VOUT je na obr. 2)..
Signál SHSW slúži na výber jedného z dvoch módov snímača. Pokiaľ je SHSW na GND, je zapnutý mód S/H(Sample and Hold), ktorý drží výstupnú úroveň signálu Vout počas celej doby jedného hodinového impulzu na konštantnej úrovni závisiacej iba od veľkosti osvetlenia snímača. V druhom prípade, pokiaľ je SHSW pripojený na 5V, snímač je v režime bez S/H. V každom takte v prvej časti je Vout na úrovni opticky tmavého telesa(akoby bol snímač zakrytý) , a v druhej časti signál klesne na úroveň odpovedajúcu osvetleniu snímača.
Signál Vout je vlastný výstup zo snímača. Tento signál nenadobúda logické hodnoty ale analógové v rozsahu od 1,08V až po takmer 5V, ktoré sa dajú ďalej spracúvať v rôznych prevodníkoch.
Bloková scháma optického snímača a čítanie celého senzora je na obr. 3 a obr. 4.

obr. 1 obr. 2 obr. 3 obr. 4 obr. 5
 

Naša aplikácia:
V našej aplikácii sme chceli daný senzor využiť na detekciu relatívne presnej polohy čiary, čím by sa dal lepšie a presnejšie ovládať pohyb mobilnej platformy, na ktorú je plánované daný senzor umiestniť.

Spracovaniu signálu zo snímača sa venuje jednoduchý mikropočítač od firmy ATMEL at892051. Daný mikropočítač jednak generuje riadiace signály pre snímač(CLK,ROG, signál SHSW je stále pripojený na Gnd - mód S/H), ako aj zabezpečuje spracovanie výstupného signálu a komunikuje s nadradeným mikropočítačom (v našom prípade sa jedná o procesor at89c52). Keďže výstup zo snímača nenadobúda logické úrovne a keďže sme nepotrebovali signál ďalej prevádzať pomocou špeciálnych prevodníkov, priviedli sme výstup priamo na vstup komparátora (LM324), ktorý sme nastavili presne tak, aby bola detekovaná hrana čiernej čiary. Výstup z komparátora je privedený na mikropočítač, kde program vyhodnotí polohu čiary a pomocou sériovej linky sa pošle do PC resp. do nadradeného mikropočítača.

 
Na začiatok
 
Parametre snímača ILX551-A:
  • Počet pixelov : 2048
  • Veľkosť pixelu : 14µm x 14µm
  • Napájacie napätie : 5V a 9V
  • Maximálna frekvencia snímania : 5MHz
  • Vlnová dĺžka : 400-700 nm(citlivosť na svetlo znázorňuje obr. 5)
 
Parametre objektívu :
  • Počet radov : 2
  • Vzdialenosť od CCD snímača : 4,10 - 3,46 mm
  • Vzdialenosť od snímaného objektu : 4,10 - 3,46 mm
  • Priemer objektívu : 0,912 mm
  • Polomer snímacej plochy : 1,7 - 1,48 mm
 
Na začiatok

Časové priebehy napätia získané prečítaním celeho senzora nad čiernou čiarou

 
   
čiara ja vľavo čiara je v strede čiara je vpravo    
 
 
Na začiatok MIRO
 
Katedra Automatizácie a RegulácieMicrostep-MIS sr.o.