采用EPM7064S芯片和TMS320F2812芯片实现线阵CCD检测系统的设计

引言

在药品包装市场，制药企业纷纷进行GMP（Good Manufacturing PractICes）药品制造质量管理标准认证，研制先进的药片数粒机成为制药企业发展的迫切需要。基于CPLD和DSP设计了先进的线阵CCD检测系统，应用于数粒机系统，替代传统的PLC和光电头检测方案。

线阵CCD检测系统是数粒机系统的核心，通过DSP将喂料、检测计数、装瓶系统及人机界面集成在一起。用户利用触摸屏设定数粒机的相关参数，启动自动数粒功能；DSP检测通道光照是否正常，内部是否有异物，履带是否有瓶；检测结束后，DSP控制振动料斗送料，同时不断地将CCD拍摄到的图像信息读入进行AD转换，转换完毕经过数据处理后，判别检测通道中是否有药粒，并进行计数；当计数到用户设定值时，DSP控制通道阀门，保证进入瓶中的药粒正确；装瓶完毕，DSP控制瓶限位阀门将已装好的瓶送走，同时将空瓶送入到装瓶位置并定位，然后进行下一轮计数动作。

使用线阵CCD检测系统设计的数粒机系统受粉尘影响少，适用于各种形状尺寸药粒的检测计数，数粒速度快，解决了边缘灵敏度低的问题，采用双镜头扫描互相检测消除了传感器多计或漏计药粒引起的瓶装量误差。

1．线阵CCD检测系统的设计

线阵CCD检测系统由光学镜头、CCD、CCD驱动板以及DSP电路板组成，其实物结构如图1所示。线阵CCD为东芝公司生产的TCD1209D，像敏单元2048个，最高工作频率20MHz；驱动采用ALTERA公司生产的CPLD，型号为EPM7064SLC44；DSP芯片是TI公司生产的TMS320F2812，数字信号处理器能力150MIPS，能实时地处理各种复杂算法，自带12位A/D转换，流水线最快转换周期60ns，128KB的Flash存储器。

检测系统拍摄时，镜头和光源布局如图2所示，TCD1209D像元尺寸为14μm× 14μm，则成像部分长度L为28.7mm；根据扫描需要，取水平视场约为FOV=280mm。则放大率M=v/u= L/FOV =28.7/280=0.1025；物距u为工作距离W，像距v为镜头到CCD的距离，设计的物距为35mm：故工作距离W=u= v/M= 35/0.01025 =341mm；由此可以计算出镜头焦距f=W/（M+2+1/M）=28.79mm；检测系统使用定焦距光学镜头，取焦距为28mm。

CCD驱动板完成CCD信号的驱动，产生CCD像元同步、帧同步信号和经过运放处理的视频信号，DSP电路板是CCD检测系统处理的核心，也是整个数粒机系统的核心，数粒机系检测系统框图如图3所示。DSP利用自带高速A/D模块采集视频信号，根据采集的数字信号判断颗粒是否满足要求，与人机界面通信，并完成振动漏斗、通道阀门、输送线等的控制。

2．CCD驱动设计

CCD芯片TCD1209D采用CPLD芯片EPM7064S驱动，CCD驱动需要移位脉冲SH、复位脉冲RS、箝位脉冲CP、像元转移脉冲输入端Ф1、Ф2、Ф2B，DSP模数转换时序信号需要行同步脉冲FC与像元同步脉冲SP。使用40MHz晶振作为时钟源，其中的Verilog关键程序如下：

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软件的仿真波形如图4所示，仿真结果满足TCD1209时序。

输出的视频信号OS利用高速运放芯片AD8044AR进行处理，输出满足采样要求的0~3.3V电压，配合同步信号FC和SP，进行A/D转换获取数字视频信号。