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基于TMS320VC5509A實(shí)現(xiàn)超聲波筆跡檢測(cè)的設(shè)計(jì)方案

作者： 時(shí)間：2010-07-05 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò) 收藏
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(guò)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(guò)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。
　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　　超聲波電子筆系統(tǒng)由一個(gè)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(gè)位置固定的超聲波傳感器、超聲接收電路、信號(hào)采集和用于筆觸位置計(jì)算的DSP處理器。為了功能完善，DSP外接有SD卡存儲(chǔ)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(jí)放大，帶通濾波，后級(jí)放大，整形電路幾部分。因?yàn)橹苯佑沙暡▊鞲衅鹘邮盏降男盘?hào)十分微弱，需要進(jìn)行前級(jí)放大，此處選用高精度單片運(yùn)算放大器OP07實(shí)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(guò)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(jì)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(chǔ)設(shè)備。SD卡主要用于存儲(chǔ)形成的筆跡信息，用于事后通過(guò)片上集成的USB接口上傳至電腦作進(jìn)一步處理，比如通過(guò)文字識(shí)別軟件生成標(biāo)準(zhǔn)字體；液晶顯示器實(shí)時(shí)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(gè)與溫度有關(guān)的量，需要對(duì)檢測(cè)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(cè)距時(shí)的同步信號(hào)。
　　在與SD卡連接時(shí)，直接利用TMS320VC5509A自帶的MMC控制器，通過(guò)對(duì)EBSR(外部總線選擇寄存器)的設(shè)置，來(lái)選擇工作于MMC／SD模式或MCBSP(多通道緩沖串口)模式，對(duì)SD卡的操作其接口方式，如圖4所示。
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