摘要：闡述了新型CMOS圖像傳感器ME1010的結(jié)構(gòu)模塊與工作方式，設計出了以ME1010為核心的計花器系統(tǒng),，給出了系統(tǒng)硬件,、軟件結(jié)構(gòu)，對硬件和軟件進行了計算機仿真分析,。仿真結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠滿足高支纖維生產(chǎn)過程對計花作業(yè)的要求,，具有實用價值。
關鍵詞：CMOS圖像傳感器,；ME1010,；計花器

0 前言
    織物上的疵點主要是由纖維上的花結(jié)引起的，計花器是紡織業(yè)中的一種常用設備,，主要用于統(tǒng)計(或清除)紡錠上的花結(jié),，是確定纖維質(zhì)量等級的主要依據(jù)。目前國產(chǎn)計花器主要有電容式和光電式兩種,，精度較低,，對高支纖維的處理較困難,。本文提出利用CMOS圖像傳感器，進行纖維花結(jié)的感知,，其精度可達0．02mm,，完全可以滿足當前高支纖維的生產(chǎn)需要。

1 ME1010簡介
    ME1010是一個使用方便的綜合圖像傳感器,，由Microne公司采用專利結(jié)構(gòu)開發(fā),，旨在使其更便于與計算機產(chǎn)品構(gòu)成一個整體。不同于傳統(tǒng)的CCD圖像傳感器或一些新的CMOS圖像傳感器產(chǎn)品,，ME1010圖像傳感器可提供極低速X-Y地址圖像輸出,，以便于與計算機或DSP相連接。它提供了352×290個像素(其中352×288個有效像素),、一個片上放大器和配套的ADC電路,。
    此外，一個寬范圍的連續(xù)全屏幕電子快門功能(從1μs到255ms)可避免對很多光學設備如光圈和機械快門等的需求,。這對那些緊湊而經(jīng)濟的產(chǎn)品如定向視聽相機組件,、電子監(jiān)視、車載電視系統(tǒng),、消費品,、高技術玩具等非常有吸引力。
    其主要特征有：12．1μm×12．1μm的CMOS像素元,；352×290像素陣列(有效元：352×288),；基于像素元的片上幀buffer；低速可按X-Y地址輸出像素信號,；片上視頻放大器,；片上8位A／D轉(zhuǎn)換器；低功耗(小于200mW),；全屏電子快門寬范圍連續(xù)可調(diào),；內(nèi)置黑狀態(tài)參考；LCC- 48
腳封裝,；
    功能：
    像素陣列：由352×290的光敏區(qū)組成,，包括一系列的參考行和可用的352×288像素陣列。
    控制信號“XYSEL”的狀態(tài)決定九位地址(ADO to AD8)的譯碼與X或Y地址對應,。感光過程的初始化由"VRST"的電平對感光區(qū)內(nèi)的各感光元素進行預置,。像素陣列的初始化可以全屏一次進行，也可以通過"PREC",、X地址譯碼輸出以及“G”信號的組合邏輯狀態(tài)按行進行,。產(chǎn)生的感光信號可暫存在幀buffer里，通過取樣控制信號(包括"Samp"信號、X譯碼輸出,、"SampG"信號的邏輯綜合),，由X-Y地址可將此buffer內(nèi)的指定內(nèi)容讀出。
    在讀數(shù)據(jù)期間,，由X地址譯碼輸出和"Sel"信號共同決定哪一行像素為當前行,，同時在"Read"信號的上升沿，對當前像素區(qū)的感光單元采樣并送至一 buffer行里,。此buffer行通過多路傳輸技術輸出至輸出行"Vout"。多路器由Y信號的譯碼輸出控制,。Y譯碼的最近一次輸出用來讀
出動態(tài)暗參考,。因此，在正常的圖像讀出方式下,，最重要的Y譯碼輸出是O×15F,。
    ME1010對由外部邏輯電路(微控制器或ASIC)指定的X-Y地址對應的感光區(qū)(當前區(qū))的感光信號保存至模擬信號幀Buffer。由"Vout"腳輸出的原始像素信號是負極性信號,。換言之,，黑色信號的電平比白色信號的電平高。
    黑色參考單元行：
    感光陣列的第一行(底部)是用來對動態(tài)黑色(參考背景)進行感光,。這一動態(tài)黑色參考是在取樣過程開始前,，第一行的光敏元感光產(chǎn)生的。當選擇此行即Y譯碼輸出為15F(351)時,，參考信號即輸出至"Vref"腳做為后續(xù)的源,。這樣就為關閉信號處理器和片上模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供了黑色參考。
    片上8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(8-bADC),；
    片上8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器可將模擬圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號,。快速ADC的功能時序圖如下圖1所示,。在"ADCclock"信號的下降沿對模擬圖像信號取樣,，在"ADC Clock"低電平期間完成A／D轉(zhuǎn)換，在"ADCClock"的上升沿輸出數(shù)字信號,。由此引起半個時鐘周期的轉(zhuǎn)換延遲(低電平寬度),。轉(zhuǎn)換范圍由外置參考電壓決定。以電源方式輸入的補償信號可將偏離信號減少到零,。



2 硬件系統(tǒng)
    本系統(tǒng)硬件主要由傳感器及外圍電路,、按鍵電路、基準電壓電路,、MCU處理器,、顯示電路、與上位機通訊接口電路,、電源電路等部分組成,，如圖2所示,。


    傳感器采用ME1010型CMOS圖像傳感器，其外圍電路主要有地址譯碼與驅(qū)動電路,、數(shù)據(jù)總線,、采樣時鐘及控制電路、A／D控制電路等部分組成,。
    按鍵電路較簡單,，主要有計花、計長,、暫停鍵等,，實現(xiàn)計花、計長,、暫停檢修等功能,。
    基準電壓電路為圖像傳感器提供A／D轉(zhuǎn)換參考電平。具體電路如圖3所示,。


    顯示電路完成計花,、計長結(jié)果的顯示，主要由顯示模塊及驅(qū)動電路組成,，顯示模塊采用數(shù)碼管實現(xiàn),，也可采用液晶顯示模塊，前者結(jié)構(gòu)簡單,、成本低廉,。
    通訊接口電路實現(xiàn)各計花器終端與上位機的數(shù)據(jù)傳送。在系統(tǒng)研制階段,，還可通過通訊接口電路,，獲得傳感器數(shù)據(jù)，以設定合理的整定值,。
    MCU選用8位單片機即可,。

3 軟件系統(tǒng)
    軟件系統(tǒng)主要由主程序、按鍵掃描程序,、顯示程序等構(gòu)成,。
    主程序主要負責對傳感器信號進行處理，調(diào)用按健子程序和顯示子程序,。圖4軟件流程圖



4 仿真
    采用匯編語言完成程序編寫,，在單片機IDE平臺UV2上，對各程序進行仿真,，仿真結(jié)果表明,，各程序模塊功能正確。利用模擬信號進行硬件仿真,，仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)完全能夠?qū)崿F(xiàn)預定功能：根據(jù)花結(jié)整定參數(shù),，對輸入信號進行處理,，統(tǒng)計出當前線錠上花結(jié)的數(shù)目,。