Устройство для считывания графической информации

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфез СоветсникСоциапистичесникРеспублик 976455.с присоединением заявки М С 06 К 11/00 3 Ъоудоротокниый комнтет СССР но делам нзооретеннЯ н открытнЯ(72) Автор изобретения Э.К. СкворцовМ йь: Специальное конструкторское бюро научно о приборостроения Сибирского отделения АН -О:.СЕ,.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИИзобретение относится к автоматике,и вычислительной технике, в частности к устройствам ввода графической информации в ЭВМ. По основному авт. св. У 475638 иэ"5 вестно устройство для считывания графической информации, содержащее план. шет визир-излучатель с блоком эапус.ка, .точечные приемники ультразвука,соединенные с усилителями, генератор опорных сигналов, групповой счетчик, блок вывода кодов, формирователи опор ных меандров, фазосдвигатель, триггеры вычитания частот, подключенные к групповому счетчику, усилителям и формирователям опорных меандров, групповые интеграторы, соединенные с групповым счетчиком, делитель частоты, подключенный к схеме запуска визира излучателя и к формирователям опорных меандров, и сумматор, подключенный к выходам групповых интеграторов и к 1 вкоду блока вывода кодов. 2Однако такое устройство не исключает выдачу неправильных кодов при ошибке в определении расстояний от центра визира-излучателя до приемников ультразвука по причине внешних помех, например при случайном блокировании рукой оператора ультразвукового сигнала на пути от визира-излучателя до приемника или при большом скачке напряжения питания, а также при ошибке в определении тех же расстояний или при вычислении по этим расстояниям координат точек кодируемого объекта иэ-за сбоя, внутри устройства по любым другим причинамЦель изобретения - повышение точности считывания графической информации, т. е. полное исключение ошибок кодирования иэ-за внешних помех и внутренних сбоев при вычислении координат.Эта цель достигается тем, что в устройство введены контрольный излучатель, соединенный с блоком запускавизира-излучателя, интегрирующий элемент, подключенный к генератору опорного сигнала, контрольный триггер вычитания частот, соединенный с интегрирующим элементом и формирователем опорных меандров, контрольный приемник, подключенный к контрольному триг"геру вычитания частоТ, блок следящегоинтегратора, соединенный с групповымсчетчиком, сумматором и блоком вывода 1 р кодов, и последовательно подключенные,регистр сдвига, соединенный с суммато",ром, контрольный сумматор, другой входкоторого подключен к сумматору, и блок,сигнализации, соединенный с блоком вы.1вода кодов.С помощью контрольного сумматора непрерывно в процессе работы устройства проверяется "равенство параллелограмма": сумма квадратов всех сторон параллелограмма должна равняться сумме квадратов всех его диагоналей, Сторонам параллелограмма приравнены расстояния от центра визира-излучателя до двух приемников ультразвука, ис-пользуемых при вычислении одной из координат. Расстояние между этими при" емниками ультразвука равно диагонали параллелограмма. Половина второй диагонали равна расстоянию от центра ви. зира"излучателя до третьего приемника ультразвука, помещенного на одной прямой с первым и вторым приемниками на равном удалении от них. Квадраты всех этих расстояний вычисляются в изЪестном устройстве. Если допускается35 . ошибка в определении квадрата хотя бы одного из трех расстояний (т. е. ошибка в определении координат х и у выражаемых через квадраты этих раСстоя40 ний), то в блок вывода кодов немедлен но поступает сигнал запрета от блока сигнализации, соединенного с контрольным сумматором, и, кроме того, срабатывает звуковая сигнализация.Поскольку для вычисления координат использо" ваны только два приемника ультразвука, а третий приемник выполняет только контрольную функцию, для вычисления второй координаты применен блокследящего интегратора, входными вели 5"чинами для которого является известная первая координата и одно из расстояний от центра визира-излучателя до приемника ультразвука.Для правильного функционирования контрольного сумматора необходимо, чтобы расстояние от центра визира-излучателя до приемника ультразвуков были измерены в строго определенном масштабе, Такое измерение обеспечивает расположение контрольного излучателя и контрольного приемника ультразвука на фиксированном расстоянии друг от друга.На чертеже дана схема предлагаемого устройства.Устройство включает планшет 1, визир-излучатель 2, три точечных приемника 3 ультразвука на рабочем поле планшета, генератор 4 опорных сигналов, два формирователя 5 опорных меан дров, один из которых подключен к выходу фазосдвигателя б, присоединенного, параллельно с другим формирователем опорных меандров, к выходу генератора 4 опорных сигналов, Делитель 7 частоты опорных сигналов подключен к выходу одного из формирователей 5 опорных меандрови к входу блока 8 запуска визира-излучателя. Выходы усилителей 9, соединенных с приемниками ульт развука, объединены и подключены к входам. двух триггеров 10 вычитания частот другие входы которых соединейы с выходами формирователей 5 опорных меандров. Входы группового счетчива 11 присоединены к выходам тригге.аров 10, а выходы счетЧика подключены к управляющим входам усилителей 9 и входу группового интегратора 12, выход которого соединен с блоком 13 вывода кодов через сумматор 14, формиро. ватели. 15 опорных меандров подключены к промежуточным выходам делителя частоты и к входам двух триггеров 16 вычитания частот, соединенных также с выходами усилителей 9 и входами группового счетчика 14. Групповой интегратор 17 подключен к выходу группового счетчика 11 и через сумматор 14 к вхо. ду блока 13 вывода кодов.Кроме того, устройство содержит контрольный сумматор 18, подключенный к выходу сумматора 14 непосредственно и через региСтр 19 сдвига, блок 20 сигнализации, соединенный с выходом контрольного сумматора 18 и с входом блока 13 вывода кодов, и блок 2 1 следящего интегратора, подключенный к вы. ходу сумматора 14, выходу группового счетчика 11 и .к входу блока 13 вывода кода.В звукоизолированном месте расположены контрольный излучатель 22 и контрольный приемник 23 ультразвука с усилителем 24, соединенный с контрольным триггером 25 вычитания частот, другие входы которого подключены к выходам формирователя 15 опорных меандров,а выход соединен через интегрирующийэлемент 26 с генератором 1 опорныхсигналов.Устройство работает следующим образом.Объект кодирования крепят на планшете 1. Затем совмещают центр визираизлучателя 2 с фиксированной на планаете точкой 0 и после этого устанавливают начальные значения расстоянийот центра визира-излучателя - точкиИ - до приемников 3 ультразвука в тоц"ках П, П , П в групповом счетчике 511 и квадратов этих расстояний в групповом интеграторе 17, Координаты точек кодируемого объекта после указанных операцийвычислены в координатнойсистеме с началом в точке П. 20.В процессе обвода визиром-излучателем линий кодируемого объекта изменяют расстояния (от центра визира доприемников ультразвука) и соответственно изменяют задержки сигналов, по Зсылаемых визиром-излучателем и обнаруживаемых приемниками. Задержки сигналов (сдвиги фаз) измеряются относительно опорных меандров, так как блок8 запуска визира-излучателя соединенс выходом формирователя 5 опорных меандров через делитель 7 цастоты, Принятый ультразвуковой сигнал с помощьюусилителя 9, включающего настроенныйна частоту излучаемых сигналов резонансный усилитель и схему для определения момента перехода усиленного гармонического сигнала через нуль, превращается в периодическую последовательность импульсов длительностью неболее 0,2 мкс,Три усилителя 9 по очереди подключаются к триггерам 10 вычитания частот, причем включение каждого усилителя на одну треть периода групповогосчетчика 11 производится сигналамиэтого счетчика, поступающими на управляющие входы усилителей. Суммарныйсигнал на объединенном выходе усилителей представляет собой чередующиеся пакеты. импульсов, соответствующиетрем последовательностям импульсов сравным периодом, но с произвольным фазовым сдвигом импульсов одного пакетаотносительно импульсов другого пакета.Выделение единичных приращении расЯстояний протекает следующим образом.При неподвижном визире-излучателе,,например, в нацальной точке О, импульсы каждого из трех пакетов, поступающие с объединенного выхода усилителей на переключающие входы триггеров 10 вычитания частот, синхронизированы с опорными меандрами, поступающими на запрещающие входы этих же триггеров от формирователей 5. Каждый иэ формирователей 5 дает прямой и инверсный меандр, а за счет фазосдвигателя 6 на входе одного из формирователей сиг. налы этого формирователя сдвинуты по фазе наотносительно сигналов другого формирователя. В результате действия укаэанных сигналов на входахтриггеров 10 вычитания частот эти триг.геры формируют в течение одного периода работы группового счетчика три пары состояний приемника ультразвука. А именно, каждый новый пакет импульсов с выходов усилителей устанавливает пару триггеров 10 в такие состояния "0" или "1", которые соответствуют фаэовым сдвигам импульсов этого пакета относительно двух опорных меандров при условии, например, цто фазовому сдвигу от 0 до Ф соответствует состояние триггера "0" (пусть при этом каждыЙ импульс пакета совпадает с нижним запрещающим уровнем меандра).Частота импульсов в пакетах оказывается в целое число раз ниже частоты опорных меандров из-за делителя цастоты, включенного между формирователем 5 и схемой запуска визира-излучателя, Это не влияет на работу триггеров вычитания частот, но в то же время позволяет излучать ультразвук на наиболее выгодной частоте с точкизрения дальности действия акустической связи между визиром-излучателем и приемниками ультразвука.Три пары состояний триггеров вычитания частот (состояний приемниковультразвука) запоминаются в групповом счетчике на один период работы и срав ниваются с соответствующими парами состояний триггеров в последующем периоде работы счетчика. При неподвижном визире-излучателе состояния триг" геров периодически повторяются, при этом в счетчике не выделяются единичные приращения расстояний. Если визир излучатель смещают иэ начальной точки настолько, что изменение вфазовом сдвиге импульсов какого-либо пакета на выходе усилителей относительно меандров оказывается равным четверти периода следования меандров, то один из триггеров обязательно переключает 7 976455 8ся импульсами из этого пакета в другое состояние по сравнению с состоянием того же триггера, определенным до смещения визира-излучателя. А имен но, раз отрезок времени между фронта ми двух опорных меандров равен одной четверти периода следования их, то на запрещающих входах одного из триггеров 1 О к моменту прихода переключающего импульса этого пакета обязатель , но происходит смена сигналов - прямого на инверсный.Если состояние триггера 10 не повторяется по сравнению с определенным ранее на один период работы счетчика, 1 то групповым счетчиком выделяется приращение соответствующего расстояния по следующему правилу. сумма по моду" лю 2 предшествующего состояния одного из триггеров 10 с последующим (через 20 период работы счетчика) состоянием другого триггера 10 дает единичное приращение расстояния одного знака, а сумма по модулю 2 второй пары разновременных состояний разноименных триг 23 геров 10 дает единичное приращение расстояния противоположного знака. В случае одновременного выделения приращений с различными знаками они взаимно уничтожаются. 30 Два формирователя 15 опорных меандров и два триггера 16 вычитания частот по схемам и выполняемым функциям иден- . тичны формирователям 5 и триггерам 10, Различны лищь частоты сигналов на вхо дах и выходах формирователей 15 и 5, поскольку формирователи 15 запускаются сигналами с промежуточных выходов делителя 7 частоты, вход которого присоединен. к выходу одного из формиро 2 Гвателей 5. Фазовый сдвиг на - опорных меандров на выходах одного из формирователей 15 относительно опорных меандров на выходах другого формирователя 15 обеспечен за счет соответствующих сдвигов сигналов на входах этих формирователей, соединенных с различными выходами делителя частоты. Итак, если триггеры 10 вычитания частот позволлют отсчитывать единичные приращения расстояний, то триггеры 16 вычитания частот дают возможность выделить крупные приращения тех же расстояний, измеряемые целым чис 55 лом единичных приращений; равным коэффициенту деления частоты при получении низкочастотных меандров из высокочастотных опорных меандров. Групповой счетчик 11 содержит схему поочередного опроса усилителей 9,схему выделения единичных приращенийсхему выделения крупных приращений,а также кольцевую последовательнуюсчетную схему, состоящую из одногоединственного сумматора и регистрасдвига, в которой циркулируют расположенные друг за другом коды расстояний, представляющие собой суммы крупных приращений этих расстояний, добавляемые к начальным значениям расстояний, устанавливаемым в начале работыустройства.Групповые интеграторы 12 и 17 аналогичны по устройству и выполняемымфункциям. Каждый. из них содержит кольцевую последовательную счетную схему,состоящую из одного единственного сумматора и регистра сдвига. Периоды циркулирования кодов в интеграторах 12 и17 и счетчике 11 одинаковы и равны периоду опроса усилителей 9. Число раз"рядов кодов в интеграторах и в счетчике одинаково.Интеграторы работают следующим образом,При каждом изменении расстояния наединичное приращеыие,происходит однократная передача соответствующего кода с учетом знака приращения из группового счетчика в групповой интегратор 12. Тем сгмым илгегратор 12 накапливает мелкие приращения квадратоврасстояний, которые располагаются врегистре интегратора друг за другомв виде последовательных кодов. Прикаждом изменении расстояния на крупное приращение происходит однократнаяпередача соответствующего кода с учетом знака крупного приращения из группового счетчика в групповой интегратор 17, Тем самым интегратор 17 накапливает крупные приращения квадратоврасстояний. Одновременно с выделениемкрупного приращения квадрата расстояния производится установка нуля в соответствующей части регистра группового интегратора 12. Эта операция необходима потому, что в предлагаемомустройстве точные значения квадратоврасстояний получают путем сложениясоответствующих кодов из интеграторов 12 и 17, т, е. сложения мелких икрупных приращений квадратов расстояний, с помощью сумматора 14.Дополнительное включение в составпредлагаемого устройства контрольногосумматора 18, регистра 19 и блока 20сигнализации позволяет осуществлятьнепрерывный контроль вычисления квадратов расстояний. Величины, используемые для контроля, уже вычисляются визвестном устройстве. Разность этих 1величин определяется с помощью контрольного сумматора, на один вход которого поступает сигнал непосредственно с выхода сумматора 14, а на другойвход - сигнал с выхода регистра сдви Ога, в котором. этот сигнал был задержан на одну треть периода работы устройства.Бсли допускается ошибка в определении, квадрата хотя бы одного из трех Ирасстояний, то в блок вывода кодов немедленно поступает сигнал запрета отблока сигнализации, соединенного сконтрольным сумматором. Восстановление работоспособности устройства производится при положении визира в точке О путем установки начальных значений расстояний. и их квадратов в счетчике 11 и интеграторе 17.Поскольку для вычисления координат 25в предлагаемом устройстве использованы только два приемника ультразвука,а третий приемник выполняет толькоконтрольную функцию, для вычислениякоординаты применен блок 21 следящего щинтегратора. Входными величинами дляблока следящего интегратора являетсяизвестная координата х и одно из расстояний от центра визира-излучателядо приемника ультразвука. Поэтому входы следящего интегратора соединеныкак с выходом сумматора 14, так и свыходом группового счетчика.Действие контрольного канала основывается на регулировании частоты сиг.налов генератора 4 в соответствии сознаком фазового смещения сигналовконтрольного приемника относительноф опорных меандров, Такое регулированиевозможно в пределах одной длины волнына расстоянии от контрольного излучателя до контрольного приемника ультраЬвука,После включения устройства в работу триггер 25 устанавливается в одноиэ двух возможных состояний - "0" или"1". Состояние триггера соответствует знаку фазового смещения сигнала контрольного приемника. Пусть, например, состояние "0" указывает на отрицательное фазовое смещение, при котором на расстоянии от контрольного излучателя до контрольного приемника укладывается расчетное число волн плюс дробная часть волны. Ошибка - дробная часть - устраняется путем уменьшения частоты сигнала генератора 4 сигнал с выхода триггера 25 через интегрирующий элемент 26 воздействует на управляющий вход генератора 4, Управление частотой сигналов генератора осуществляется, например, путем подведения управляющего напряжения через резистор к коллектору транзистора генератора. Уменьшение частоты сигналов ге" нератора продолжается до тех пор, пока не станет равным нулю фазовое смещение сигналов контрольного приемника относительно опорных меандров. Затем генератор удерживается в состоянии, при котором длина волны,излучаемого сигнала остается постоянной.формула изобретенияУстройство для считывания графичес" кой информации по авт, св., У 475638, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности считывания графической информации, в него введе" ны контрольный излучатель, соединенный с блоком запуска визира-излучателя, интегрирующий элемент, подключен" ный к генератору опорного сигнала, контрольный триггер вычитания частот, соединенный с интегрирующим элементом и формирователем опорных меандров, контрольный приемник, подключенный к контрольному триггеру выцитания частот, блок следящего интегратора, соединенный с групповым счетчиком, сумматором и блоком вывода кодов, и последовательно подключенные регистр сдвига, соединенный с сумматором, кон" трольный сумматор, другой вход которого подключен к сумматору, и блок сигнализации, соединенный с блоком вывода кодов.976455 оставитель Т, Ниципоровехред А, Ац оррект шев актор Т. е щ В Заказ 9005/7 П нПатен Ужгород, ул, Проектна илиал Тираж 731 ВНИИПЙ Государственног по делам изобретений 113035, Москва, Ж, РаПодписноеомитета СССРоткрытийкая наб д. 4