一种新型全自动焦度计的设计

论文摘要

中国是眼镜制造和消费大国,眼镜的产品质量关系着人们的健康。用来测量眼镜镜片光学参数的各种焦度计对保证眼镜产品的质量起着重要作用,尤其是新兴的全自动焦度计,由于其操作方便、测量客观准确和功能齐全等优点而受到眼镜店欢迎。但长期以来,全自动焦度计主要产自国外,国内相关技术发展还有一定差距。本课题在研究了眼镜顶焦度测量的原理以及相关资料后,提出并设计了一种新型的全自动焦度计。文章首先介绍了课题的背景及意义,镜片和焦度计的相关知识;然后分析并阐述了本课题所采用的测量方法和解决方案;接着重点叙述了仪器的电子测量控制系统硬件和软件的设计;最后进行了实验验证并取得满意的设计实验结果。于仪器光路中置入眼镜镜片,在其屈光力作用下,平行光穿过哈特曼光阑后成的像将发生形变,对成像作多点测量,实现自动对焦并判断镜片类型、自动找出渐进片最高度数的位置。电子测量控制系统以SOPC(System on Programmable Chip)为主处理模块核心,以SOC(System on Chip)作辅助控制模块核心。测量时,图像传感器将相关数据传给主处理模块,对其处理、运算后,LCD将结果以数字和图像的方式实时显示出来,同时还指示操作者完成镜片的放置。仪器设计了六个功能键和扬声器提示。为配合镜片的快速检测过程,选择热敏打印方式打印测量数据。提出并设计了一种通过USB接口从PC端修改系统功能的方法,实现了能在不更换硬件的情况下对仪器的功能进行调整或升级。采用USB接口和BSD技术实现了仪器的在线测试,能够比较方便的对已使用BGA封装器件的高速系统进行调试。通过对设计实现的功能模块硬件和测控软件分别做实验,结果表明,所设计的仪器测量精度达到设计要求;测量过程操作简单,读数直观。研究结果具有较好的实用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 眼镜设备业现状
• 1.3 课题研究的主要内容
• 2 自动焦度计原理和总体方案设计
• 2.1 焦度计中的一些概念定义
• 2.1.1 顶焦度vertex power
• 2.1.2 球镜度spherical power
• 2.1.3 柱镜度astigmatic power
• 2.1.4 轴位角axis angle
• 2.1.5 棱镜度prismatic power
• 2.1.6 阅读附加reading addition
• 2.2 顶焦度测量方法
• 2.2.1 现有测量方法
• 2.2.2 利用哈特曼光阑测量
• 2.3 总体方案设计
• 2.3.1 仪器功能设计
• 2.3.2 电子测控系统硬件平台搭建
• 2.4 本章小结
• 3 系统硬件设计
• 3.1 主处理模块设计
• 3.2 FPGA 配置文件控制模块设计
• 3.2.1 SOC C8051F340 应用电路
• 3.2.2 Flash S29GL032A 应用电路
• 3.2.3 CPLD EPM240
• 3.3 打印功能模块设计
• 3.3.1 M-T123 打印头主要特性
• 3.3.2 M-T123 打印头应用电路
• 3.4 系统测试模块设计
• 3.4.1 边界扫描测试技术概述
• 3.4.2 EP3C25 边界扫描寄存器
• 3.5 本章小结
• 4 系统软件设计
• 4.1 USB 2.0 程序设计
• 4.3.1 USB 2.0 概述
• 4.3.2 固件程序设计
• 4.2 FPGA 配置文件存储程序设计
• 4.2.1 S29GL032A 关键时序
• 4.2.2 存储配置文件流程
• 4.3 FPGA 配置文件下载方法设计
• 4.3.1 EPM240 三态门设计
• 4.3.2 EP3C25 下载方式
• 4.3.3 EP3C25 下载流程
• 4.4 SMBUS 程序设计
• 4.4.1 SMBus 总线概述
• 4.4.2 SMBus 程序设计
• 4.5 打印头控制软件设计
• 4.5.1 M-T123 打印头关键时序
• 4.5.2 打印控制程序流程
• 4.6 测量操作设计
• 4.6.1 操作界面设计
• 4.6.2 测量操作设计
• 4.7 边界扫描测试程序设计
• 4.8 本章小结
• 5 功能验证
• 5.1 图像采集
• 5.2 镜片参数测量
• 5.3 FPGA 配置文件存储与下载
• 5.4 仪器操作界面
• 5.5 打印实验
• 5.6 边界扫描测试
• 5.7 本章小结
• 6 总结和展望
• 6.1 完成的工作
• 6.2 后续研究工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录