采用EPM7064S芯片和TMS320F2812芯片實現線陣CCD檢測系統的設計

引言

在藥品包裝市場，制藥企業紛紛進行GMP（Good Manufacturing Practices）藥品制造質量管理標準認證，研制先進的藥片數粒機成為制藥企業發展的迫切需要。基于CPLD和DSP設計了先進的線陣CCD檢測系統，應用于數粒機系統，替代傳統的PLC和光電頭檢測方案。

線陣CCD檢測系統是數粒機系統的核心，通過DSP將喂料、檢測計數、裝瓶系統及人機界面集成在一起。用戶利用觸摸屏設定數粒機的相關參數，啟動自動數粒功能；DSP檢測通道光照是否正常，內部是否有異物，履帶是否有瓶；檢測結束后，DSP控制振動料斗送料，同時不斷地將CCD拍攝到的圖像信息讀入進行AD轉換，轉換完畢經過數據處理后，判別檢測通道中是否有藥粒，并進行計數；當計數到用戶設定值時，DSP控制通道閥門，保證進入瓶中的藥粒正確；裝瓶完畢，DSP控制瓶限位閥門將已裝好的瓶送走，同時將空瓶送入到裝瓶位置并定位，然后進行下一輪計數動作。

使用線陣CCD檢測系統設計的數粒機系統受粉塵影響少，適用于各種形狀尺寸藥粒的檢測計數，數粒速度快，解決了邊緣靈敏度低的問題，采用雙鏡頭掃描互相檢測消除了傳感器多計或漏計藥粒引起的瓶裝量誤差。

1．線陣CCD檢測系統的設計

線陣CCD檢測系統由光學鏡頭、CCD、CCD驅動板以及DSP電路板組成，其實物結構如圖1所示。線陣CCD為東芝公司生產的TCD1209D，像敏單元2048個，最高工作頻率20MHz；驅動采用ALTERA公司生產的CPLD，型號為EPM7064SLC44；DSP芯片是TI公司生產的TMS320F2812，數字信號處理器能力150MIPS，能實時地處理各種復雜算法，自帶12位A/D轉換，流水線最快轉換周期60ns，128KB的Flash存儲器。

檢測系統拍攝時，鏡頭和光源布局如圖2所示，TCD1209D像元尺寸為14μm× 14μm，則成像部分長度L為28.7mm；根據掃描需要，取水平視場約為FOV=280mm。則放大率M=v/u= L/FOV =28.7/280=0.1025；物距u為工作距離W，像距v為鏡頭到CCD的距離，設計的物距為35mm：故工作距離W=u= v/M= 35/0.01025 =341mm；由此可以計算出鏡頭焦距f=W/（M+2+1/M）=28.79mm；檢測系統使用定焦距光學鏡頭，取焦距為28mm。

CCD驅動板完成CCD信號的驅動，產生CCD像元同步、幀同步信號和經過運放處理的視頻信號，DSP電路板是CCD檢測系統處理的核心，也是整個數粒機系統的核心，數粒機系檢測系統框圖如圖3所示。DSP利用自帶高速A/D模塊采集視頻信號，根據采集的數字信號判斷顆粒是否滿足要求，與人機界面通信，并完成振動漏斗、通道閥門、輸送線等的控制。

2．CCD驅動設計

CCD芯片TCD1209D采用CPLD芯片EPM7064S驅動，CCD驅動需要移位脈沖SH、復位脈沖RS、箝位脈沖CP、像元轉移脈沖輸入端Ф1、Ф2、Ф2B，DSP模數轉換時序信號需要行同步脈沖FC與像元同步脈沖SP。使用40MHz晶振作為時鐘源，其中的Verilog關鍵程序如下：

assign SH= ~（（count《12）&（count》5））;

assign T2=~（（cycle《3） & （count》15） & （count《 15‘h3130）|（count==1））;

assign T2B=T2;

assign T1=~T2;

assign RS=~（（cycle==1） & （count》11）| （count==3））;

assign CP=~（（cycle==2） & （count》11）| （count==4））;

assign FC=~（（count《204） | （count》 15’h30cc））;

assign SP=（~（（cycle==4）|（cycle==5）|（cycle==0））） &FC;

利用ModelSim軟件的仿真波形如圖4所示，仿真結果滿足TCD1209時序。