Устройство для считывания графической информации

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 1 19) 111) б К 11/О ТНЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ГОСУД ПО ДЕ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВИ ЕТЕЛЬСТВ АВТОРСКОМ чаров,о ССС75,СССР ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРА(54) УСТРОЙСТ ФИЧЕСКОИ ИНФО(57) Из авто носит ени ехнике иля полуавычислительн ати ь использ кого счит ожет быт оматичес очек, Це овышение ывания координатетения являетсяи быстродействия лью из точно)1- 48823 1, кл, ч 06 К 11/00, 12, Авторское свидетельствоФ 551637, кл. 6 Об Р 3/16, 19 устройства. Устройство содержит электроакустические преобразователи 1,2линейные координатные микрофоны 3,4,времяимпульсные преобразователи 5,6,блок 7 управления, регистр 8 числаблокировок, счетчики 9, 10 координат, регистр 11 эталонного расстояния, генератор 12 тактовых импульсов, накапливающий сумматор 13, Каждый времяимпульсный преобразовательсодержит триггер 14, элемент И 15,элемент ИЛИ 16, элемент И 17, микрофонный усилитель-формирователь 18,В устройстве ошибка измерения сведена к теоретическому минимуму цифровых устройств - величине дискретности, соответствующей одномуимпульсу, Кроме того, в устройствецикл вычисления номера блокируемогоимпульса совмещен с циклом измерения координат, 1 ил.Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть применено для полученияавтоматического считывания координатточек,Известны акустические устройства.для считывания графической информации, содержащие электроакустические преобразователи, блок сравнения,приемник акустических колебаний,время-импульсные преобразователи,счетчики координат, генератор тактовых импульсов, блок постояннойпамяти, дешифратор, блок вычитаниякодов, сумматор и преобразователькод в ,напряжение (1) .Однако устройство имеет большойаппаратурный состав, основной обьемкоторого составляют арифметическиеблоки и низкое быстродействие вследствие осуществления нескольких цикловкоррекции перед каждым измерением,Наиболее близким по технической 15 20 25сущности к предлагаемому являетсяустройство для считывания графической информации, содержащее электроакустические преобразователи, акустически связанные с линейными координатными микрофонами, подключенными к 30первым входам время-импульсных пре. -образователей, выходы которых соединены со счетными входами счетчиковкоординат, управляющие входы которыхподключены к первому и второму выходу блока управления, третий и четвертый выход которого соединены с вторыми входами время-импульсных преобразователей, третьи и четвертые входы которых и входы электроакустических преобразователей подключенысоответственно к пятому и шестомувыходам блока управления, генератортактовых импульсов, соединенный спятыми входами время-импульсных 45преобразователей 2),Недостатками известного устройства являются невысокая точность вшироком диапазоне изменений параметров звукопроводящей среды вследствие использования для коррекцииизмерения только целой части коэффициента коррекции, что приводит кнакопленной ошибке, а также низкоебыстродействие,Цель изобретения - повышение точности и быстродейс.твия устройства.Указанная цель достигается тем,что устройство содержит накапливающий сумматор и регистры, управляющиевходы которых подключены к седьмомувыходу блока управления, установочные входы - к разрядным выходам счетчиков координат, а выходы соответственно - к суммирующим и вычитающим входам накапливающего сумматора,тактирующий вход которого соединенс генератором тактовых импульсов, авыход - с шестыми входами времяимпульсных преобразователей,На чертеже изображено предлагаемое устройствоУстройство содержит электроакустические преобразователи 1 и 2,линейные координатные микрофоны3 и 4, время-импульсные преобразователи 5 и б, блок 7 управления,регистр 8 числа блокировок, счетчики 9 и 10 координат, регистр 11эталонного расстояния, генератор 12тактовых импульсов и накапливающийсумматор 13.Каждый из время-импульсных преобразователей содержит триггер 14,элемент И 15, элемент ИЛИ 1 б, элемент И 17 и микрофонный усилительформирователь 18,Электроакустические преобразователи 1 и 2 предназначены для излучения коротких ультразвуковых импульсов. Координатные микрофоны 3и 4 преобразуют принятые ультразвуковые импульсы в электрические сигналы. Время-импульсные преобразователи 5 и б вместе со счетчиками9 и 1 О предназначены для преобразования времени прохождения ультразвуковой волны в код координаты.Блок 7 управления служит для синхронизации. работы всего устройства. Регистр 8 числа блокировок в цикле измерения предназначен для хранения избыточного числа импульсов. Счетчик 9 координат Х в цикле коррекции используется для вычисления избыточного числа импульсов, а в цикле измерения координат осуществляет счет откорректированной последовательности тактовых импульсов во время-импульсном преобразователе координаты Х, Регистр 11 эталонного расстояния в цикле измерения служит для хранения величины эталонного расстояния при данных параметрах среды, Генератор 12 тактовых импульсов формирует так товые импульсы для измерения расстояния,Триггер 14 предназначен для формирования прямоугольного импульсадлительностью, равной времени прохождения звука от электроакустического преобразователя до микрофонов,Триггер 14 устанавливается в единичное состояние от сигнала любого из электроакустических преобразователей, что позволяет использовать блоки преобразования координат как в цикле коррекции, так и,в цикле измерения,Логический элемент И 15 предназначен для пропускания тактовых импульсов в координатные счетчики вовремя прохождения звука от электроакустического преобразователя домикрофонов,Логический элемент ИЛИ 16 предназначен для использования счетчика 10 для измерения координаты Ув цикле измерения и для измеренияэталонного расстояния в цикле коррекции.Логический элемент И 17 с одниминверсным входом запрещает прохождение избыточных импульсов из последовательности тактовых импульсов,поступающих в счетчики 10 и 9 вцикле измерения.Электроакустический преобразователь 1 связан с выходом 23 блока 7управления и единичными входамитриггеров 14 время-импульсных преобразователей 5 и 6, Координатныемикрофоны 3 и 4 подключены к соответствующим блокам 5 и 6, каждыйиз которых содержит последовательновключенные усилители-формирователи18, триггеры 14, логические элементыИ 15, ИЛИ 16, И 17, с одним инверсным входом и координатные счетчикиУ 10 и Х 9, Электроакустический преобразователь 2 подключен к выходу 22блока 7 управления и единичным входамтриггеров 14 блоков 5 и 6. Блок 7управления входом 26 связан с кнопкой "Пуск" (не показана), размещенной на электроакустическом преобразователе 1, выходами 20 и 21 - сосчетчиками 9 и 10 координат, а выходами24 и 25 - с элементом И 17 блоков 5 и 6.Регистр 8 числа блокировок входамисоединен с разрядными выходами координатного счетчика Х 9, управляющим входом - с выходом 19 блока 7 управления,а 3396034выходами - с вычитающим входом накапливающего сумматора 13. Регистр11 эталонного расстояния входамисоединен с разрядными выходами5счетчика У 10, управляющим входом -с выходом 19 блока 7 управления,а выходами - с суммирующим входомнакапливающего сумматора 13, Накапливающий сумматор 13 выходом знакового разряда соединен с входами времяимпульсных преобразователей, а тактирующим входом - с выходом генератора 12 тактовых импульсов, Генератор Я тактовых импульсов связан сэлементами И 15 блоков 5 и 6,Принцип работы устройства основан на измерении времени прохожденияфронта ультразвуковой волны отэлектроакустического преобразователядо микрофона. При изменении параметров окружающей среды изменяетсяскорость распространения звуковойволны, Для расчета корректур изме 26 ренной координаты используется эталонный канал, состояний из неподвижно укрепленного электроакустического преобразователя 2 и микрофона Х, За время прохождения звуковой волной расстояния от эталонногоисточника 2 до микрофона 3 Х насчетный вход счетчика 9 Х поступаетот генератора 12 тактовых импульсовХ, импульсов, Частота генератораао овыбрана так, что Х,о ) Х, во всем35диапазоне изменений параметров среды,в котором предполагается использовать устройство (Х, - истиннаякоордината эталонного источника),40 Если из последовательности Хисоключить ДХ = (Х о - Х ) импульсов3 э 9 Фто получим истинную координату эталонного источника.При измерении координаты произ 4 б вольной точки необходимо исключитьоиз Х. количество импульсову ОсЯ. =ВХХфо эфэ. огде Х. - количество, которое поступит на вход счетчика 9 Хот тактового генератора 12за время прохождения фронтом звуковой волны расстоя 55 ния от электроакустическогопреобразователя 1 до микрофона 3 Х,Измерение координат произвольнойточки разбивается на 2 цикла,396036сов, Если Р ) О, то наоборот, Еслиа = О, то ошибки нет, В начальныймомент а = О, Ь, = 0 и следовательно5Р = О, Устройство следит за знакомР, который содержится в знаковомразряде сумматора 13, Знаковый разряд сумматора 13 содержит 1, приР ( О, и 0 - при Г ) О,В начальный момент в сумматоре13 - О,Рассмотрим как изменится Р на -мимпульсе: 5 131. Измерение Хоо и одновременноезвычисление д Х2. Измерение координаты Х У,Устройство работает следующим образом.Для измерения координат электроакустический преобразователь 1 сов"мещает с требуемой точкой. По команде из блока 7 в счетчик 9 координатыХ записывают число, являющееся дополнением эталонного расстояния до величины 2 ", т.е. число 2 - Х .Затем производится возбуждение ультразвука в электроакустическом преобразователе 2. Синхронно с запускомультразвука блок 7 управления разрешает поступление импульсов в счетчик 9 координаты Х и счетчик 10 координаты У, В момент, когда фронт звуковой волны достигает микрофона 3,время-импульсные преобразователипрекращают поступление импульсов всчетчики 9 и 10, В счетчике 10 записывается Х, а в счетчике 9(2" - Х ) + Х= 2 + (1 Х, Слездовательно, в младших разрядах счетчика 9 записывается д Х 9, а в (и + 1)разряде - 1, Затем по команде изблока 7 содержимое счетчика 10 записывается в регистр 11, а содержимоесчетчика 9 - в регистр 8, На этомпервый цикл заканчивается,Цикл измерения координат начинается с того, что по команде блокауправления производится возбуждениеультразвука.в электроакустическомпреобразователе 1, Синхронно с возбуждением начинается счет импульсов счетчиками 9 и 10, Для поясненияпринципа коррекции введены следующиеобозначения,Пусть а. - количество заблокированных импульсов к х-му такту,Ь, - количество импульсов, сосчитанных счетчиком координат к этому тако Р, = Г Х- Ь гХ20 туЕсли ошибка измерения равна Оо тоЬ, Х,о-1 = --- Ка., Хо оотсюда ВХ Ь; = Х а. или а; Х,- Ъ, Х, = О. Обозначим Р - .- .а. Х, -1- Ь. Х,.Это оценочная функция коорекции, она хранится в сумматоре 13 иее знак совпадает со знаком ошибкиизмерения, Если Р ( О, то из последовательности тактовых импульсов исключено недостаточное число импульРассмотрим два случая: 1, Блокировка, т.е, из последовательности выбрасывается один импульс: Ь.,= Ь, и а;,= а 1+ 1. оТогда Р;= (а; + 1) -Х- ЬдХ =Г +Х325 2. Неблокируемый счет Ь;,=Ь, +1 иа=а 1Тогда Г;+= а;Х- (Ъ + 1)дХ- Г. -Х, Сумматор 13 работает следукнцим образом,Если в результате вычислений напредыдущем шаге Р ) О, то выполняется вычитание Р - Х , т,е из содержимого сумматора 13 вычитаетсясодержимое регистра 8, Если Р ( О,35то выполняется сложение Р +.х , т,е,содержимое сумматора 13 суммируетсяс содержимым регистра 11, Так какв начальный момент в сумматоре Г = 0и с каждым тактом устройство стремит 40 ся уменьшить ошибку, то в ходе описанного функционирования в сумматоре13 ошибка измерения не превышаетодного импульса. Заметим, что отсюдаследует, что разрядность сумматора45 13 не превышает разрядности регистра 11.Использование накапливающего сумматора 13 с регистрами на входевыгодно отличает предлагаемое устройство от известного, так как устраняет накапливуемую ошибку, полученную в последнем вследствие использования для коррекции измерениятолько целой части коэффициента55коррекции, Оценим эту ошибку. В известном устройстве коэффициент корор Хэрекции К = епС ( - ) так как делениедХтам производится на счетчиках, При(1) видно, что максимальная при измерении координаты известном устройстве пропорциоИз ошибка Х.о в нальна Х(2),К 1(К+ 1) Расширение рабочего диапазона устройства, связанное с изменением параметров знукопроводящей среды, приводитк расширению интервала изменения коэффициента коррекции, Из (2) видно,что на величину возможной ошибки 2наибольшее влияние оказывает минимальное значение коэффициента корекции, которое уменьшается с ростомтемпературы и других факторов, приводящих к росту скорости звука,Устройство для считывания графической информации, содержащее эле 5 ктроакустические преобразователи,акустически связанные с линейнымикоординатными микрофонами, подключенными к первым входам время-импульсных преобразователей, выходы которыхЗо соединены со счетными входами счетчиков координат, управляющие входыкоторых подключены к первому и второму выходам блока управления, третий ичетвертый выходы которого соединеныс вторыми входами время-импульсныхпреобразователей, третьим и четвертыевходы которых и входы электроакустических преобразователей подключены"соответственно к пятому и шестому40 выходам блока управления, генератортактовых импульсов, соединенныйс пятыми входами время-импульсныхпреобразователей, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения45 точности и быстродействия устройства,оно содержит накапливающий сумматор ирегистры, управляющие входы которыхподключены к седьмому выходу блокауправления, установочные выходы -5 О к разрядным входам счетчиков координат, а выходы соответственно ксуммирующим и вычитающим входамнакапливающего сумматора, тактирующий вход которого соединен с генератором тактовых импульсов, а выход -с шестыми входами время-импульсныхпреобразователей,Т 672 ПодписноеУжгород, ул. Проектная, 4 Оценим величину ошибки измерения координат н известном утсройстве при изменении температуры воздуха в пределах 20 + 10 С на планшете 1000 х х 1000 мм, Скорость звука при10 С - тт = 337,8 10 мм/сек, а при с = 30 С - ч = 349,6 10 мм/с,Время прохождения звука от электроакустического преобразователя до микрофонов соответственно равны: Х10 с; Т2 Т = - = 2960 Х 1- 2867 10 с. Коэффициенткоррекции К- еп 1+ ( - ) = 31.ХэйХ 7измерении координаты произвольнойточки Х с из нее будет исключенофоимпульсов. Поэтому ошибка приизмерении координаты произвольнойоточки Х, О равнаЮ оХ Х Х; (К - К )1 1(1)ьХзгде К =ДХ Используя (2), оценим максимальную ошибку измерения1Х--- 0 001 Х,.мсц К 1(К 1 + 1) Ошибка составляет О, 1% измеряемого расстояния, Это вполне удовлетворительно. ВШПИ Заказ 4225/41 Проиэн.-полигр. пр-тие, г 8Если температура воздуха изменяется н пределах 10 А 50 С, то расчеты для устройства с таким рабочимпланшетом показывают, что максимальная ошибка увеличивается до 2,8 измеряемого расстояния.В предлагаемом устройстве ошибкаизмерения сведена к теоретическомуминимуму цифровых устройств - величине дискретности, соответствующейодному импульсу,Кроме того, в предлагаемом устройстве цикл вычисления номера блокируемого импульса совмещен с цикломизмерения координат, что приводитк увеличению быстродействия предлагаемого устройства по сравнению сизвестным на 33 ,Формула изобретения