基于TMS320VC5509A的超聲波電子筆設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)TMS320VC5509A內(nèi)部有雙乘法器，擁有豐富的外設(shè)資源等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了超聲波電子筆系統(tǒng)。介紹了根據(jù)超聲波測(cè)距值計(jì)算筆觸位置的基本方法，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件構(gòu)架，DSP接口設(shè)計(jì)和軟件功能設(shè)計(jì)作出說明。該系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是對(duì)書寫材料沒有特殊要求，并且可以脫離計(jì)算機(jī)單獨(dú)工作，便于攜帶。
關(guān)鍵詞：超聲波；電子筆；DSP

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及，對(duì)便攜式輸入設(shè)備的要求也越來越高。人們希望能隨時(shí)隨地用電子設(shè)備記錄下原始的書寫內(nèi)容。傳統(tǒng)的基于傳感材料的手寫筆系統(tǒng)需要特殊的書寫材料，使它的應(yīng)用范圍受到限制。超聲波相對(duì)與電磁波速度要小得多，其傳播的時(shí)間較容易檢測(cè)，將其應(yīng)用于電子筆系統(tǒng)中，可以使輸入設(shè)備更加便捷，筆跡跟蹤準(zhǔn)確。
DSP擁有高速的運(yùn)算能力，適合于大運(yùn)算量的信號(hào)處理，在超聲波電子筆系統(tǒng)中將其作為信號(hào)處理的核心處理器是一個(gè)良好的選擇。本系統(tǒng)綜合應(yīng)用傳感器技術(shù)、波形檢測(cè)和筆跡形成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)記錄手寫筆跡的功能。當(dāng)電子筆在任意平面書寫的同時(shí)，筆跡即刻顯示在主設(shè)備的屏幕上，同時(shí)筆跡信息存儲(chǔ)到主設(shè)備的SD卡中，并且可以上傳至電腦，作進(jìn)一步的處理。它適用于移動(dòng)辦公、電化教育、網(wǎng)絡(luò)會(huì)議等多種場(chǎng)合。

1 超聲波筆跡檢測(cè)原理
超聲波是一種彈性機(jī)械波，其傳播時(shí)能量相對(duì)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(cè)之中。電子筆系統(tǒng)要精確完成筆跡形成和存儲(chǔ)的功能，首先是要利用超聲波檢測(cè)出各個(gè)采樣時(shí)刻筆觸所在位置。為此，需要一個(gè)超聲波發(fā)生器安裝于筆觸位置，兩個(gè)超聲波傳感器固定在一個(gè)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(gè)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(gè)已知常量。

在有紅外信號(hào)同步的情況下，b和c的大小可以通過渡越時(shí)間法實(shí)時(shí)測(cè)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(jiǎn)單的幾何知識(shí)得到此時(shí)筆觸的位置坐標(biāo)為

通過反復(fù)測(cè)量，以75 Hz頻率采樣形成點(diǎn)跡，多個(gè)時(shí)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(shí)使用時(shí)產(chǎn)生的相互干擾，采用文獻(xiàn)敘述的兩步檢測(cè)和時(shí)隙跳變檢測(cè)方法。