对大型人工建筑(如隧道、桥梁、大坝、国防工程等)进行长期的自动化变形观测非常重要。掌握这些建筑的变形动态，可以及时发现隐患，避免重大损失，还可以积累观测数据，为新的工程提供经验。
　　目前，自动观测方法可供选择的手段有限，且各有优缺点。就激光接力观测方法而言，PSD器件价格较高是限制其应用的重要因素之一。针对大多数建筑变形观测要求精度高、采样频率较低的现实情况，本文采用离散型COMS图像传感器和SAA7113视频解码器设计了一种基于激光接力观测方法的嵌入式多维位移观测系统，有效降低了成本。同时为了兼顾精度与速度性能，采用阈值法与重心法结合确定光束中心位置，可使测量误差在5μm以内，满足了大多数建筑变形位移测量的要求。
1 数据采集的实现
　　用COMS图像传感器作为光斑位置传感器，把毛玻璃屏、物镜、COMS传感器组装在一起构成数据采集系统。光束在毛玻璃屏上形成漫射光斑，光斑经过物镜在传感器像面上成一像点。COMS传感器将获取的图像以PAL制式的模拟视频格式输出到数据采集系统进行处理。

2 数据处理系统的硬件设计
　　数据处理系统结构如图1所示。系统由中央处理器模块、数据采集模块" title="数据采集模块">数据采集模块和通信模块等组成。中央微控制器选用Philips公司的ARM微处理器LPC2214。数据采集模块选用专业视频解码器SAA7113把PAL制式的模拟数据经过A/D" title="A/D">A/D转换器转换成8位数字格式存储在存储器内，存储器地址由地址发生器产生。当采集完1帧数据后，微处理器对存储器中的数据进行重心计算，并把计算结果通过通信接口传输到主控计算机。通信接口有一个串口、一个网口和一个无线接口，可根据需要选用。
2.1 数据采集模块内部接口设计
　　数据采集模块内部电路连接如图2所示。SAA7113是Philips公司的一款高集成度视频A/D芯片，其功能是将输入的一路复合视频信号采样作A/D变换，通过8位数据总线输出变换结果，同时输出相应的各种同步。它支持多种视频信号的输入及数据输出格式，可通过其I²C接口对芯片内部电路进行控制。对SAA7113的控制主要包括：对输入模拟信号的预处理，色度和亮度的控制，输出数据格式及输出图像同步信号的选择控制等。本系统主要针对灰度图像进行识别处理，只需采集图像的8位灰度值即可。本设计将数据输出格式设置为YUV 4：2：2格式和CVBS格式均可。

　　SAA7113的实时信号输出管脚RTS0和RTS1是多功能复用管脚，根据不同的系统要求，通过对子地址寄存器SA12写入不同的控制字可将两输出管脚配置为行同步、帧同步、奇偶场同步等不同信号。本系统将SA12子地址寄存器设置为0xA7，这样设置后，RTS0输出为水平参考输出信号，RTS1输出为奇偶场同步信号。同时，SAA7113还可输出行锁定系统时钟LLC，时钟频率为27MHz（即周期为37ns）。该信号是像素时钟的二倍，即像素时钟频率为13.5MHz。
　　地址发生器由两个12位二进制计算器74LV4040级联组成，存储器选用256KB的静态RAM存储器IS61LV2568，即可满足一帧图像像素存储的需要。SAA7113与地址发生器74LV4040及存储器IS61LV2568的连接如图2所示。地址发生器CP端输入信号由SAA7113的行锁定系统时钟LLC脚、水平参考输出信号RTS0脚和微处理器P0.17脚的与非产生，时间延迟为8ns，在信号的下降沿计数器计数产生相应地址。微处理器P0.17控制一帧图像数据采集的开始与结束，RTS0控制一行图像数据采集的起止，通过子地址寄存器SA06和SA07可以设置水平参考输出信号的开始和截止像素。计数器的最低位Q0与存储器的输入使能端WE相连，在WE的上升沿将数据线上的数据存入到Q1～Q19产生的地址中。计数器的时间延迟为12ns，所以Q0的时间延迟为12ns，级联的地址发生器产生地址的时间延迟为24ns，时序图如图3所示。

2.2 LPC2214与数据采集模块的接口设计
　　LPC2214是基于支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7-TDMI-S^TM CPU的微控制器，并带有256KB嵌入的高速片内Flash存储器和16KB的片内RAM，能够完成软件代码的存储与运行。LPC2214的引脚连接模块可以使同一个引脚具有多种功能，即引脚复用。此功能使得LPC2214的通用I/O" title="I/O">I/O（即GPIO）引脚多达76个，并且绝大多数GPIO为真正的全双向I/O口，可以独立控制每一根I/O口线的输入和输出。绝大多数GPIO的输出为推挽输出，可以独立控制每一根I/O口的输出状态。LPC2214与数据采集模块的电路连接如图4所示。