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基于TMS320VC5509A實現超聲波筆跡檢測的設計方案

作者：時間：2010-07-05 來源：網絡

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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，廣泛應用于工業檢測之中。電子筆系統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，需要一個超聲波發生器安裝于筆觸位置，兩個超聲波傳感器固定在一個主設備上。它們的幾何位置關系可以由圖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軸建立平面坐標系，由簡單的幾何知識得到此時筆觸的位置坐標為

　　通過反復測量，以75 Hz頻率采樣形成點跡，多個時刻的點跡最終形成連續筆跡。為了避免環境噪聲干擾和多套系統同時使用時產生的相互干擾，采用文獻敘述的兩步檢測和時隙跳變檢測方法。

　　2 系統硬件設計

　　超聲波電子筆系統由一個主機設備和一只電子筆組成。其中主機設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生器，其整體架構如圖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，需要進行前級放大，此處選用高精度單片運算放大器OP07實現。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200 MHz，內部有雙乘法器，支持DMA操作，集成有USBl．1控制器、多路A／D轉化器，并且它自帶MMC控制器，可以擴展MMC卡和SD卡作為存儲設備。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一步處理，比如通過文字識別軟件生成標準字體；液晶顯示器實時顯示筆跡信息，并且調整系統參數使有利于人機交互；溫度傳感器用于監控環境溫度，由于超聲波在空氣中的傳播速度是一個與溫度有關的量，需要對檢測的筆跡結果作修正；紅外發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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