基于TMS320VC5509A实现超声波笔迹检测的设计方案

作者：时间：2010-07-05来源：网络收藏

超声波是一种弹性机械波，其传播时能量相对集中，衰减小，不受光线和周围物体颜色的影响，广泛应用于工业检测之中。电子笔系统要精确完成笔迹形成和存储的功能，首先是要利用超声波检测出各个采样时刻笔触所在位置。为此，需要一个超声波发生器安装于笔触位置，两个超声波传感器固定在一个主设备上。它们的几何位置关系可以由图1表示，其中R(L)和R(R)是两个固定的超声波传感器，TX是笔触上的超声波发生器，a为R(L)与R(R)之间的距离，是一个已知常量。

　　在有红外信号同步的情况下，b和c的大小可以通过渡越时间法实时测量得到。然后，以R(L)所在位置为原点，以R(L)和R(R)的连线为x轴建立平面坐标系，由简单的几何知识得到此时笔触的位置坐标为

　　通过反复测量，以75 Hz频率采样形成点迹，多个时刻的点迹最终形成连续笔迹。为了避免环境噪声干扰和多套系统同时使用时产生的相互干扰，采用文献叙述的两步检测和时隙跳变检测方法。

　　2 系统硬件设计

　　超声波电子笔系统由一个主机设备和一只电子笔组成。其中主机设备包含两个位置固定的超声波传感器、超声接收电路、信号采集和用于笔触位置计算的DSP处理器。为了功能完善，DSP外接有SD卡存储器、液晶显示器(LCD)，温度传感器和红外发生器，其整体架构如图2所示。

　　接收电路分前级放大，带通滤波，后级放大，整形电路几部分。因为直接由超声波传感器接收到的信号十分微弱，需要进行前级放大，此处选用高精度单片运算放大器OP07实现。带通滤波采用压控电压源二阶带通滤波器，其电路原理如图3所示，它通过改变RF和R4的比例就可改变频宽而不影响中心频率，电路参数由下面的公式计算得到，中心频率

　　核心处理器选用TI公司的16位低功耗DSP芯片TMS320VC5509A。VC55-09A主频最高达200 MHz，内部有双乘法器，支持DMA操作，集成有USBl．1控制器、多路A／D转化器，并且它自带MMC控制器，可以扩展MMC卡和SD卡作为存储设备。SD卡主要用于存储形成的笔迹信息，用于事后通过片上集成的USB接口上传至电脑作进一步处理，比如通过文字识别软件生成标准字体；液晶显示器实时显示笔迹信息，并且调整系统参数使有利于人机交互；温度传感器用于监控环境温度，由于超声波在空气中的传播速度是一个与温度有关的量，需要对检测的笔迹结果作修正；红外发生器配合电子笔中的红外接收器工作，作为超声波测距时的同步信号。

　　在与SD卡连接时，直接利用TMS320VC5509A自带的MMC控制器，通过对EBSR(外部总线选择寄存器)的设置，来选择工作于MMC／SD模式或MCBSP(多通道缓冲串口)模式，对SD卡的操作其接口方式，如图4所示。