基于TMS320VC5509A的超聲波筆跡檢測方案設(shè)計
超聲波是一種彈性機(jī)械波,其傳播時能量相對集中,衰減小,不受光線和周圍物體顏色的影響,廣泛應(yīng)用于工業(yè)檢測之中。電子筆系統(tǒng)要精確完成筆跡形成和存儲的功能,首先是要利用超聲波檢測出各個采樣時刻筆觸所在位置。為此,需要一個超聲波發(fā)生器安裝于筆觸位置,兩個超聲波傳感器固定在一個主設(shè)備上。它們的幾何位置關(guān)系可以由圖1表示,其中R(L)和R(R)是兩個固定的超聲波傳感器,TX是筆觸上的超聲波發(fā)生器,a為R(L)與R(R)之間的距離,是一個已知常量。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/149290.htm 在有紅外信號同步的情況下,b和c的大小可以通過渡越時間法實時測量得到。然后,以R(L)所在位置為原點(diǎn),以R(L)和R(R)的連線為x軸建立平面坐標(biāo)系,由簡單的幾何知識得到此時筆觸的位置坐標(biāo)為
通過反復(fù)測量,以75 Hz頻率采樣形成點(diǎn)跡,多個時刻的點(diǎn)跡最終形成連續(xù)筆跡。為了避免環(huán)境噪聲干擾和多套系統(tǒng)同時使用時產(chǎn)生的相互干擾,采用文獻(xiàn)敘述的兩步檢測和時隙跳變檢測方法。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
超聲波電子筆系統(tǒng)由一個主機(jī)設(shè)備和一只電子筆組成。其中主機(jī)設(shè)備包含兩個位置固定的超聲波傳感器、超聲接收電路、信號采集和用于筆觸位置計算的DSP處理器。為了功能完善,DSP外接有SD卡存儲器、液晶顯示器(LCD),溫度傳感器和紅外發(fā)生器,其整體架構(gòu)如圖2所示。
接收電路分前級放大,帶通濾波,后級放大,整形電路幾部分。因為直接由超聲波傳感器接收到的信號十分微弱,需要進(jìn)行前級放大,此處選用高精度單片運(yùn)算放大器OP07實現(xiàn)。帶通濾波采用壓控電壓源二階帶通濾波器,其電路原理如圖3所示,它通過改變RF和R4的比例就可改變頻寬而不影響中心頻率,電路參數(shù)由下面的公式計算得到,中心頻率
核心處理器選用TI公司的16位低功耗DSP芯片TMS320VC5509A。VC55-09A主頻最高達(dá)200 MHz,內(nèi)部有雙乘法器,支持DMA操作,集成有USBl.1控制器、多路A/D轉(zhuǎn)化器,并且它自帶MMC控制器,可以擴(kuò)展MMC卡和SD卡作為存儲設(shè)備。SD卡主要用于存儲形成的筆跡信息,用于事后通過片上集成的USB接口上傳至電腦作進(jìn)一步處理,比如通過文字識別軟件生成標(biāo)準(zhǔn)字體;液晶顯示器實時顯示筆跡信息,并且調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)使有利于人機(jī)交互;溫度傳感器用于監(jiān)控環(huán)境溫度,由于超聲波在空氣中的傳播速度是一個與溫度有關(guān)的量,需要對檢測的筆跡結(jié)果作修正;紅外發(fā)生器配合電子筆中的紅外接收器工作,作為超聲波測距時的同步信號。
在與SD卡連接時,直接利用TMS320VC5509A自帶的MMC控制器,通過對EBSR(外部總線選擇寄存器)的設(shè)置,來選擇工作于MMC/SD模式或MCBSP(多通道緩沖串口)模式,對SD卡的操作其接口方式,如圖4所示。
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