大家好，我是极客范的本期栏目编辑小友，现在为大家讲解基于嵌入式Linux的晶体生长控径系统的研究问题。
基于嵌入式Linux的晶体生长直径控制系统的研究。
1导言
随着单晶硅片制造向大直径发展，直拉单晶硅生长技术逐渐显示出其在单晶硅制造中的主导地位。为了使结晶过程更加稳定、实用和有效，有必要提高工艺参数的控制精度。基于CCD相机扫描识别技术的单晶硅等径生长速率控制技术已受到业界关注。
基于ARM的单晶硅直径测量系统具有巨大的市场潜力。因此，本文对单晶硅直径测量系统的图像采集、处理和显示进行了研究。
2总体方案设计。
系统通电后，由CCD摄像头捕捉单晶炉炉膛内晶体硅棒生长区域的图像，并传输给嵌入式系统。通过观察VGA界面显示屏上显示的图像清晰度来对焦相机。图像经数字图像处理程序处理后，计算出单晶硅棒的瞬时直径。系统将直径的数字量送至D/A转换器，再将转换后的模拟量送至主控系统进行判断。致动器根据判断结果校正提升速度。
3 Linux平台开发。
一般来说，嵌入式系统是以主机/目标的方式开发的。首先在主机(一般是PC)强大便捷的开发环境下开发应用程序，然后利用串口和网络将程序下载到目标计算机(即嵌入式平台)，利用模拟器或主机上的交叉调试器对目标计算机上的程序进行调试和调试。最后将调试成功的目标程序编译到Linux内核中，下载并编写新的内核，从而完成整个Linux平台的开发。
用户通过以下方式开发和调试程序：通过交叉编译器在主机上编译用户程序，生成可在目标板上执行的二进制文件，通过串口或网络将用户程序只下载到目标板上，在主机上用模拟终端模拟目标计算机进行调试。
四等径工艺直径测量算法的实现。
l是软件测量系统的流程图。研究了等直径过程中的图像处理，采用全局阈值最小化的方法对灰度图像进行二值化，二值化后的图像仅包含孔径信息，达到了预期的效果。如图2所示。2a是原始图像，2b是处理后的图像。
图3示出了图像测量的过程。通过边界捕捉图像得到半椭圆弧图，然后通过已知的拍摄角度将椭圆的半圆弧还原为圆半圆弧，再将半圆弧拟合成圆弧，在圆弧上捕捉最大直径位置，利用亚像素原理得到这个直径的像素值。
在捕捉最大直径时，通过预设的捕捉位置获得当前AB距离值(见图3)，通过2点法向上移动捕捉位置，获得最大AB距离值作为直径值。依次扫描5行，分别是AlBl、A282、A383、A484、A585，相邻两行之间的距离为2像素。假设A1Bl~A585到圆心的距离分别为h1、h2、h3、h4、h5，圆的半径为R，可以列出六个方程：
通过解方程可以得到十组半径值。去掉两组最大值和两组最小值，计算剩余六组半径值的平均值，计算出的平均值为半径值r，因此计算出的直径值D=2R。
5控制(数模转换)设计。
根据上位机的具体要求，需要提供特定电平的模拟信号。采用TLV5616高速高精度数模转换器。该器件是一款12位3s串行数模转换器，采用8引脚SOIC封装。TLV5616所需的电源电压为3 ~ 5 V，其最小参考电压为2.7 V，由于TLV 5616没有控制功能，即需要转换时，将数字信号转换为模拟信号，因此该器件需要配合5l系列micro工作
采用嵌入式技术对直拉晶体硅棒的生长速率进行测量和控制，测量数据可读取。机器视觉直径测量技术取代了传统的Ircon直径测量技术，使得单晶硅生长的直径测量更加准确可靠。基于嵌入式Linux的晶体生长直径控制系统的研究。
1导言
随着单晶硅片制造向大直径发展，直拉单晶硅生长技术逐渐显示出其在单晶硅制造中的主导地位。为了使结晶过程更加稳定、实用和有效，有必要提高工艺参数的控制精度。基于CCD相机扫描识别技术的单晶硅等径生长速率控制技术已受到业界关注。
基于ARM的单晶硅直径测量系统具有巨大的市场潜力。因此，本文对单晶硅直径测量系统的图像采集、处理和显示进行了研究。
2总体方案设计。
系统通电后，由CCD摄像头捕捉单晶炉炉膛内晶体硅棒生长区域的图像，并传输给嵌入式系统。通过观察VGA界面显示屏上显示的图像清晰度来对焦相机。图像经数字图像处理程序处理后，计算出单晶硅棒的瞬时直径。系统将直径的数字量送至D/A转换器，再将转换后的模拟量送至主控系统进行判断。致动器根据判断结果校正提升速度。
3 Linux平台开发。
一般来说，嵌入式系统是以主机/目标的方式开发的。首先在主机(通常是PC)强大便捷的开发环境下开发应用程序，然后利用串口和网络连接程序。
下载到目标机(即嵌入式平台)上，用目标机配备的仿真器或主机上的交叉调试器对目标机上的程序进行调试排错，最后将调试成功的目标程序编译至Linux内核，下载烧写新的内核，即完成整个Linux平台开发。用户程序采用以下方式开发调试：在主机上通过交叉编译器编译用户程序，生成可在目标板上执行的二进制文件，通过串口或网络仅将用户程序下载到目标板上，用主机上的仿真终端仿真目标机，进行调试。
4 等径过程的直径测量算法实现
图l为软件测量系统的流程。这里研究的是等径过程中的图像处理，采用全局阈值的极小值法对灰度图像进行二值化处理，得到的二值化图像仅包含光圈信息，达到预期效果。如图2所示。其中2a为原始图像，2b为处理后的图像。
图3为图像测量过程，图像经边界捕捉，获得半椭圆弧图形，再通过己知的拍摄角度，将此椭圆的半圆弧还原为圆形的半圆弧，然后将此半圆弧拟合成圆弧，在圆弧上捕捉出最大直径位置，通过亚像素原理获得此直径的像素值。
捕捉最大直径时，通过预先设定的捕捉位置(见图3)获得当前AB距离值，将捕捉位置通过2分法上移，得到一个最大AB距离值作为直径值。依次扫描出5条线，分别为AlBl、A282、A383、A484、A585，相邻的两条线相隔2个像素点的距离。设A1Bl～A585到圆心的距离分别为别为h1、h2、h3、h4、h5，圆的半径为R，则可列出6个方程：
求解该方程组，可得10组半径值。去除两组最大值和两组最小值，对剩余6组半径值求解平均值，所求平均值即为半径值R，则所求直径值D=2R。
5 控件(D/A转换)设计
根据上位机具体要求，需为其提供具有特定电平的模拟信号。采用高速高精度TLV5616型D／A转换器。该器件为12位3μs串行D／A转换器，采用8引脚的SOIC封装。TLV5616所要求提供的供电电压为3～5 V，其最小的参考电压为2．7 V，由于不具备控制功能，即需要转换时，把数字信号转换成模拟信号，故该器件需与5l系列微控制器相配合工作。选用常用的89C5l单片机为其提供DIN，SCLK和FS信号。图4为控件电路连接图。由于参考电平较小，为保证其在传输过程中不受干扰，故在输出端加入放大电路。图5是控件实测波形图片。
6 结束语
利用嵌入式技术测量并控制直拉法晶体硅棒生长速度，实现测量数据可读化。通过机器视觉测径技术取代传统的Ircon测径技术，使单晶硅生长测径更加精确、可靠。
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