单丝广泛的应用在生产生活中,它的直径是直接影响的其品质和用途的重要指标,单丝整体粗细不等,其表现出来的韧度,承拉力值均不相同,因此对单丝直径的测量是十分必要的。目前对于单丝直径的测量方法包括两种,一种为基于机械结构的接触式测量,另一种为基于传感器转换的非接触式测量。接触式测量方法即测量设备直接接触被测单丝,其成本低廉、测量方法简便,多采用数显千分尺或传统千分尺,但由于设备原因,在测量时会使得单丝表面产生形变,引入误差,此外,传统千分尺测量不便于记录数据,分析单丝整体的粗细均匀情况,且无法进行在线测量。非接触式测量方法不会直接接触被测单丝,目前,国内采用的非接触式测量方法基于数字图像传感器,通过对图像的分析得出单丝直径数值,但此方法是通过查询像素元个数计算直径,受到图像传感器像素大小的限制,目前,国内常见的图像传感器像素尺寸为8~10微米,此数值远远低于被测单丝精度的精度要求,为实现高精度测量不得不增加光学系统模块或使用定制的高精度图像传感器,这两种方法不仅增加了开发成本且均无法消除数字信号的量化误差。本课题设计了一种基于模拟图像信号采集的高精度单丝直径测量方法,不仅保证单丝直径的测量精度及准确性,还降低成本,适合工业应用。本设计主要分为两大部分,第一部分为光电转换部分,通过模拟摄像头对被照亮的待测量单丝进行拍摄,使单丝直径转化为电压脉冲宽度;第二部分为测量部分,对此脉冲宽度进行测量,经过换算得到实际的单丝直径。本文还详细介绍了的单丝直径测量仪的硬件结构,硬件上包括光照系统、光电传感器、信号分离单元、波形处理单元、FPGA及STM32微处理器、电源模块,其中光学装置包括LED线光源、黑色吸光底板,拍摄单元由驱动模块、光电传感器、信号处理模块、时序控制模块等,并讨论设备单元的具体选型,对每一个模块的设计原理及使用进行详细的说明。也详细讨论了测量的具体方法与数值处理计算过程,设计实现测量算法的软件,包括FPGA中硬件描述语言及STM32中C语言。除介绍硬件描述语言完成的各个模块,还给出了核心模块的仿真结果。介绍STM32的软件开发环境,整个系统的控制流程,绘制了软件流程图。最后完成整体系统调试及数据分析,讨论本课题最终的测量精度及误差来源。经实验数据分析,达到了直径测量仪的预期精度,同时在人机交互、智能化测量上提出了新的方案,对最终设备的研制生产有一定研究意义。