基于TMS320VC5509A的超聲波電子筆設(shè)計

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

隨著計算機應(yīng)用的普及，對便攜式輸入設(shè)備的要求也越來越高。人們希望能隨時隨地用電子設(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。超聲波相對與電磁波速度要小得多，其傳播的時間較容易檢測，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擁有高速的運算能力，適合于大運算量的信號處理，在超聲波電子筆系統(tǒng)中將其作為信號處理的核心處理器是一個良好的選擇。本系統(tǒng)綜合應(yīng)用傳感器技術(shù)、波形檢測和筆跡形成技術(shù)，實現(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，筆跡即刻顯示在主設(shè)備的屏幕上，同時筆跡信息存儲到主設(shè)備的SD卡中，并且可以上傳至電腦，作進一步的處理。它適用于移動辦公、電化教育、網(wǎng)絡(luò)會議等多種場合。

1 超聲波筆跡檢測原理
超聲波是一種彈性機械波，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。

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，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頻率采樣形成點跡，多個時刻的點跡最終形成連續(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，采用文獻敘述的兩步檢測和時隙跳變檢測方法。