坝体变形监测是大坝安全监测的重要内容,其目的是通过提供坝体的实时变形情况,使人们及时发现大坝隐藏的安全隐患并采取相应措施,降低溃坝风险。随着计算机技术和电子技术的发展,人们对坝体变形监测提出了新的要求,提高变形监测的精度和稳定性的基础上实现网络化、智能化是坝体变形监测仪设计的发展方向。本文结合光学技术、信号处理技术和数字图像技术研究和设计了一款高精度的坝体变形监测仪。在详细介绍线阵CCD的工作原理及应用CCD测量坝体变形原理的基础上提出了一种基于双沟道线阵CCD芯片TCD1703C对坝体变形进行非接触式监测的设计方案,该方案采用STM32F103为主控制器,并利用其丰富的外设资源和强大的片内运算能力进行数据的采集及处理;在分析各种边缘检测算法基础上提出了一种针对一维图像的边缘检测方法——梯度平方加权质心法,该方法去噪能力强,程序实现简单,适用于下位机的亚像素边缘检测,采用硬件降噪和软件滤波相结合的方法提高仪器稳定性,能实现仪器的高精度监测。硬件方面主要介绍五个模块:以红光LED作为发光源的光源模块;利用CPLD输出线阵CCD驱动信号和同步采样时钟的驱动模块;线阵CCD模拟输出信号经过预处理电路后进入高速A/D进行模数转换的转换模块;将转换得到的数字信号送入以STM32F103为主控制器的处理系统中进行运算处理的主控模块;实现远程控制的通信模块和供电方案设计模块。软件方面设计了CCD驱动、信号采集控制程序、信号噪声处理程序、边缘检测程序和变形监测仪的功能程序,实现了坝体的变形测量、485通信、数据存储、定时测量以及光源与温度的自动控制。最后,对仪器的稳定性和精度进行了测试,验证了监测仪良好的稳定性和可靠性。本文为线阵CCD在坝体变形监测中的应用提供了可靠途径。