Устройство для считывания графической информации

(51.)М. Кл. 606 К 11 ЮО 1 Ьеударетееекы кектет СССР в делен кзабретенкк. и вткрыткв(53) УДК 681.327. .12 088,8) 72) Авто Э, К. Скворцов ТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКО И НФОРМАБИИ(54) УСТ втоматике может бытьИзобретение относится ки вычислительной технике ииспользовано для ввода графичформации в электронные выч ско слител ет иг и через ирова тели торого ателя интегранизации,ве при изопорных темин погрешнос ции, вызыва:.звука в эадавлениятся такжела. При этем ник сигнаникаетмашины.По основному авт. св.877584известно устройство, содержащее плащи с установленными на нем точечными пр емниками сигналов, подключенным соответствующие усилители-форм ко входам коммутатора, выход ко соединен с .одним иэ входов вычит частот, подключенного ко входутора, состоящего из блока синхро счетчика, интегрирующего узла, двух ключей, узла сравнения кодов, делителя . частоты и прерывателя сигнала, последовательно соединенные вычислитель координат, узел контроля и блок вывода информацщ, визир-излучатель, подключенньтй к усилителю, генератор опорнык импульсов, соединенный с делителем частоты и с одним из входов преобразователя код-Фоз", другой вход которого подключен к выходу интегратора, а выходко второму входу вычитателя частот, де, тектор знака ошибки, соединенный с дс полнительным выходом узла контроля и с управляющим входом генератора опо ных импульсов, и блок управления, вход которого подключен к выходу делителя частоты, а выходы соединены с соответствующтями управляющими входами коммутатора, вычислителя координат, блока вывода информации и интегратора, второй управляющий вход которого подипоеля часточен к другому выходу делитты 11.Однако в этом устройстменении частоты генераторапульсов, с целью компенсатий при считывании информемых колебаниями скоростивисимости от температуры,влажности воздуха, изменяи частота излучаемого сигнав цепи визир-излучатель прла-усилитель-формирователь3 МОМО фаэовая погрешность, поскольку фаза сигнала на выходе любой механической и электрической колебательной системы зависит от частоты возбуждающего сиг,нала. Эта погрешность не может быть З компенсирована эа счет частотной подстройки, так как путем изменения чаототы устраняются погрешности кодов расстояний от точки излучения до точек приема ультразвуковых сигналов, пропор О циональные величинам расстояний, в то время как фазовые погрешности для каждого из трех определяемых расстояний приблюительно одинаковы. На практике это приводит к снижению точности уст б ройства, особенно при необходимости работы в широком диапазоне изменения температуры, .давления и влажности воздуха.Целью изобретения является повыше ние точности устройагва.Указанная цель достигается тем, что в известное устройство, введены элемент памяти и дополнительные генератор им. - ;,пульсов, делитель частоты и коммутатор, 2 В причем дополнительный генератор импуль , сов соединен с усилителем излучаемого сигнала через дополнительный делитель частоты, установочные входы которого подключены к выходам основного делителя частоты, установочные входы Йтемента памяти соединены с соответствующим выходом интегратора и вычитателя чаотот, входы дополнительного коммутатора соединены соответственно с выходами детектора знака ошибки, элемента памяти и блока управления, а выход - с управляющим входом генератора опорных импульсов.На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для считывания графической информации; на фиг. 2 - временная диаграмма сигналов устройства.Устройство (фиг. 1) содержит планшет 1, свободно перемещаемый визир-излучатель 2 и акустически связанные с ним че- реэ воздух три точечных приемника 3 сигналов. Расстояние между соседними приемниками 3, фиксированными на план- гете 1 на прямой линии, равно - . С выходом генератора 4 опорных импульсов й черж делитель 5 частоты соединены установочные входы дополнительного делителя 6 частоты, выход которого подключен к усилителю 7 излучателя, а второй входй дополнительному генератору 8 импуль фф сов. Выходы приемников 3 через усилителю-формирователи 9 и коммутатор 10 соединены со входом вычитателя 11 час. тот, выход которого соединен с другим его входом через последовательно включенные интегратор 12 и преобразователь 13 код-фаза. Счетный вход преобразователя 13 подключен к генератору 4. Второй вход интегратора 12 соединен с выходом делителя 5, а ковторому его выходу последовательно подключены вычислитель 14 координат, узел 15 контроля и блок 16 вывода информации. Детектор 17 знака ошибки и элемент 18 памяти через допол нительный коммутатор 19 соединены с управляющим входом генератора опорных импульсов, причем вход детектора 17 подключен к другому выходу узда 15, а установочные входы элемента 18 памяти соединены с выходом вычитателя частот и .соответствующим выходом интегратора 12. "Блок 20 управления соединен с выходом делителя 5 и со входами коммутатора 10 интегратора 12, вычислителя 14, блока 16 и дополнительного коммутатора 19,Устройство работает следующим абразом.Объект кодирования-график, чертех- крепят на планшете 1 (фиг.1). При включении питания устройства запускаются генератор 4 опорных импульсов и несин хрониэированный с ним, стабилизированный по частоте дополнительный генератор 8 .пульсов, Сигнал генератора 4 через елитель 5 и блок 20 управления обеспечивает синхронизацию всех вычислительных блоков, в то время как сигнал генератора 8 через дополнительный делитель 6, управляемый делителем 5, и усилитель 7 синхронизирует работу излучателя 2, приемников 3 и усилителей-формирователей 9 на фиксированной частоте, выбран, ной с учетом необходимой точности и по ,мехоэащищенностн устройства.На. временной диаграмме (фдг.2) пока заны сигналы на входах и выходе дополнительного делителя 6: высокочастотный сигнал генератора 8 (фиг. 2 а) и установочный сигнал от делителя 5 (фиг. 2 б), разрешающий работу делителя 6 и обеспе чивающий заданную начальную фазу его выходного сигнала, показанного на фиг.2 в.Таким образом, сигнал на выходе делителя 6 представляет собой пакеты им пульсов, частота заполнения которых определена частотой сигнала генератора 8, а частота повторения частотой сигнала генератора 4 и коэффициентом деления делителя 5, причем частоты заполнения и повторения не кратны между собой, поскольку генератор 8 стабилиэирован цо частоте, а частота сигнала генератора 4ма первоначальная правильная подстройкачастоты генератора 4. Это выполняетсяпри положении визира-излучателя 2 вточке привязки О, фиксированной на планшете 1 вблизи одного из приемников 3,При нажатии на кнопку Сброс", входящуюв блок 20 управления, в регистр интегратора 12 заносятся величины 0 о и одновременно производится подстройка частоты генератора 4 в сдедующем порядке,По величинам 8,о в регистре группово.го интегратора преобразователя код-фазаформирует.сигналы, передние фронты которых имеют задержку по фазе, пропор-,циональные кодам младших разрядов 1 1,(т.е. кодаи 1 соответствующих фаз).На фиг, 2 е показан сигнал на выходепреобразователя 1 3 код-фаза, соответствующий, например, величине о . Этотсигнал сравнивается по фазе с принятым,усиленным и сформированным прямоугольным сигналом (фиг. 2 д 1. Сравнение происходит на вычитателе 11 частот, выходной сигнал которого изображен на фиг. 2 ж.В качестве вычитатепя 11 частот исползован Р-триггер, на информационный входкоторого поступает принятый сигнал, ана переключающий вход - сигнал от преобразователя 13 код-фаза, Сигналы, показанные на фиг. 2 д, е, соответствуют одному приемнику (каналу), в то время какна выходах коммутатора 10 и преобразователя 13 происходит периодическая поочередная смена сигналов, соответствующих трем приемникам 3 и трем величинам ,Как показано на фиг. 2 д и е при включении устройства фронты принятого и воостановленного из кода сигнала в общемслучае не будут совпадать. Это объясняется произвольными значениями в моментвключения как скорости звука, зависящей от температуры, давления и влажности воздуха, так и частоты генератора4 (сигнал которого поступает на счетныйвход преобразователя 13 код-фаза и, следоватепьно, определяет фазовый сдвигвосстановленного из кода сигнала), Задержка 1 от момента излучения одногоцз импульсов пакета до момента приема"щгде Г о - расстояние,. например, до третьего приемника;ч - скорость звука,С другой стороны, задержка 1 от моф.мента измерения того же импульса паке. 5 МОМОзависит от сигнала, поступающего ю егоуправляющий вход, В то же время начальная фаза сигнала, поступающего с выходаделителя 6 на усилитель 7, привязана кмоменту начала формирования глкета импуЛльсов за счет управляющего сигнала отделителя 5. Делитель 6 выполняет четырефуркции: понижает частоту сигнала генератора 8 до частоты излучаемого сигнала:прерывает сигнал, поступающий на иэлу фчатель; синхронизирует момент начала излучения с сигналом генератора 4 и делителя 5, т.е. с работой всех вычислительныхблоков; обеспечивает первоначальную фаэовую настройку устройства (например, засчет смены перемычек на установочныхвходах триггеров делителя 6).Длительность пакета импульсов выбирается с учетом инерционности излучателя 2, приемника 3 и усилителя 9 и длетельности одного цикла работы группового интегратора 12. Расстояние междудвумя пакетами, излученными в пространстве, примерно равно максимальному.удалению визира-излучателя 2 от приемников 3 в пределах планшета 1, Приэтом отраженные сигналы не оказываютзаметного влияния на точность работыустройства.Приемники 3 обнаруживают излучение Юв пространство пакеты импульсов. Нафиг. 2 г временной диаграммы изображенсигнал на выходе линейной части усилителя-формирователя 9, а на фиг. 2 д. иц нал на выходе детектора нуля, являю- ззщегося выходом этого усилителя. Коммутатор 10 по сигналам блока 20 периодически поочередно подключает выходыусилителей-формирователей 9 к вычитателю 11 частот. Время подключения каждогоканала должно быть не менее одного периода сигнала в пакете.: В основе работы устройства лежитявление Допплера: излучатель движется,а приемники сигналов неподвижны, При 4 зэтом частоты сигналов на выходах приемников 3 получают допплеровские сдвиги.Разностные (допплеровские) частоты,представляющие скорости излучателя Ч,относительно приемников, и интегралы отних по времени представляющие расстояния Рп 1 (п 1= 1,2,3 - номер приемника) от излучателя 2 до приемников 3,определяются в процессе работы колькафазовой автоподстройки, составленного извычитатепя 11 частот, являющегося фазовым детектором интегратора 12 и преобразователя 13 код-фаза. Для правильного вычисления оасстояний Ц, необходи- частота генератора опорных Оимпульсов.в момент включения устройства.Изменяя соответствующим образом частоту Его 1 можно добиться того, чтобы равенство (2) перешло в равенство 15 (1), чему будет соответствовать совпадение фронтов принятого и восстановленного сигналов на фиг. 2 д и 2 е, При этом частоты генератора 4 опорных импульсов будет равна величине20рЧ+ГОИгде- частота генератора опорныхгоыимпульсов после окончанияподстройки частоты, когда 25квант примет заданное значение.Изменение частоты Уго производится при пуске устройства в работу путем воздействия сигнала с выхода вычитателя Зо 11 частот на управляющий вход Венера- тора 4 опорных импульсов. При этом с помощью коммутатора 19 и элемента 18 памяти, управляемого сигналом с соответствующего выхода интегратора 12, с выхода вычитателя 11 частот при нажатой кнопке фСброс отбирается информа ция, относящаяся только к одному приемнику 3 ультразвука, а именно, приемнику, ближайшему к точке привязки 0 . В соот, ветствии с управляющим сигналом с выхо- да вычитателя 11 частот изменяется чао-. тота 1 гои (фиг. 2 э). Изменение гои приводит к тому,что фронт восстановленного сигнала на выходе преобразователя 13 код-фаза подтягивается" до фронта цри нимаемого сигнала (фиг. 2 и). Гем самым процесс первоначальной подстройки частоты генератора 4 опорных импульсов заканчивается. Этот процесс можно также описать одной из.,двух возможных последовательностей состояний вычитателя 11 частот, соответствующих 0 о, а именно,1 11111 1110101или000000000 101 0Таким образом, процесс подстройки при нажатой кнопке "Сброс" заканчивается колебанием частоты генератора 4 7та до момента формирования переднего фронта сигнала, соответствующего Р, на выходе преобразователя 13 код-фаза (фиг. бе) равна М 0869 8 )опорных импульсов около некоторого зна:-.чения 1 го близкого к оптимальному всмысле погрешностей кодов считываемойинформации,Эта подстройка частоты не являетсяокончательной и служит лишь для правильного захвата по фазе сигналов, соответствующих всем трем каналам устройства.Для захвата,ло фазе сигнала,. соответствующего Во, достаточно чтобы первоньчальное рассогласование принятого и восстановленного фронтов не превышало половины длины волны излучаемого сигнала( например, 4 мм), Такое рассогласованиедля 6 о = 64 мм соответствует изменениютемпературы воздуха от -20 о до+50 фС, Именно таким становится температурный диапазон работы предлагаемого.устройства - приблизительно вчетвероболее, чем у известного устройства.После того, как произведена подстройка для расстояния Во, рассогласованияфронтов принятых и восстановленных ситъ.налов для 1 10 и 0, становятся заведомоменьше половины длины волны и происходит правильный захват по фазе и этихсигналов, т.е. количество длин волн излучаемого сигнала, укладывающихся на расстояни х Е,. Е Ю, в н. ти равноуказанным величинам.Второй этап частотной подстройки начинается с момента отпускания кнопки"Сбросф и протекает в течение всеговремени работы устройства. При этом коммутатор 19 передает на управляющийвход генератора 4 опорных импульсовсигнал с выхода детектора 17 знакаошибки. Этот сигнал ("1" или "0) определяет знак контрольной суммы Е, котораявычисляется узлом 15 контроля по информации, поступающей от вычислителя14, и выражает известное "правило параллелограма" - сумма квадратов сторонравна сумме квадратов диагоналей (фиг. 1 ):р 2 р 2. 2,р 1 х 3 1,Ы Х 1, 4При правильном захвате сигналов пофазе сумма Е колеблется около нуля, аее знак указывает. направление частотной подстройки генератора 4 опорных импульсов. Интегрирование знака Е, осуществляемое в генераторе 4 опорных импульсов, и управление частотой Е ои в соот-ветствии с величиной интеграла от управляющего воздействия обеспечивает стабильную и точную работу устройствапрактически при любых характеристикахвоздуха.10 9 МОЙВычисление расстояний Р.,1, Рпроизводится путем непрерывного отслеживания фвз принятых сигналов. При этомна вычитателе 11 частот. сравниваютсяфазы сигналов приемников 3, соответствующих 6 -му циклу работы устройства,с фазами сигналов, восстановленных из;"кодов н поэтому соответствующих1-му циклу. Результаты такого сравненияв виде сигналов "1" или фОф ( Ч -я фазаменьше-1-ой фазы или больше ее)суммируются интегратором 12 лишь в рабочие циклы, когда пакеты излученныхимпульсов достигают приемников 3, При-.чем из каждого пакета сравнивается сположением фронта восстановленного сигнала положение фронта одного единственного импульса. При таком способе слежения за фазой нв играет роли тот факт,что излучаемый сйгнал несинхронен ссигналом, восстанавливаемым из кода,Интегратор 12 фазы производит двойное цифровое интегрирование сигналоввычитателя 11 частот: определяются скорости Ч, Ч 2, Ч визира-щлучателя25относительно приемников 3 и интегралыг, Е Е,. Конроль правильности функционирования всех .трех каналов; начиная от излучения сигнала;и кончая вычислением величин , зо, необходимых для получения ко 1 2ординат считываемых точек, осуществляется путем слежения за величиной контрольной суммы Е, определяемой равенством 3). Если величина Е превысит З 5заданный порог, выдача кодов координатбудет блокирована.Благодаря двойному интегрированиюсигналов вычитателя частот обеспвчиивает-ся необходимое быстродействие устройств 40(допустима скорость перемещения визира2 до 2 м/с), несмотря на прерывистыйхарактер излучаемого сигнала и на то,что из пакета сигналов берется один единственный измеряемый фронт. 45Прямоугольные координаты поверхнооти планшета в предлагаемом устройствевычисляются по формуламк(5 О3 л,гывания непрерывных кривых с выдачей кодов через заданные приращения координати режиме считывания случайной информации путем совмещения визира-излучателя2 с клетками "менюф; размещенными накраю планшета 1. Эти режимы осуществляет блок 16, управляемый блоком 20,Использование в схеме устройства элемента 18 памяти и дополнительных гвнв.ратора 8 импульсов, делителя 6 частотыи коммутатора 19 обеспечивает отсутствие фазовых погрешностей и, следовательно, повышает точность работы устройства при любых колебаниях характеристик воздушной среды, так как излучение .и прием сигналов происходит на стабилизированной частоте, а компенсация изменений скорости звука в воздухе осуществля.ется только за счет подстройки частотыгенератора опорных импульсов,Кроме того, обеспечивается работа устройства при правильной первоначальнойподстройке частоты генератора 4 опорныхимпульсов в диапазоне, не менее, чвм20 + 50 С, в то время как в известном устройстве рабочий температурныйдиапазон менее, чем вчетверо,Увеличивается надежность устройства,таккак становится возможным использование резонансного режима работы излучателя и приемников сигналов. В известном устройстве использование такогорежима приводит к чрезмерно большим погрешностям, так как изменение фазы колебательной системы, в зависимости отчастоты, особенно велико в точке резонанса. В резонансном режиме сигналы навыходах приемников 3 формируются в10-20 раз больше по амплитуде, чтообеспечивает лучшую устойчивость устройства против акустических шумов, а резонансный режим работы позволяет значительно увеличить размеры планшета уст.ройства и использовать его, например, наплаэах. Устройство для считывания графической информации по авторскому свидетель ству СССР877584, о т л и ч а щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оноодержит элемент памяти и дополнительные генератор импутъсов, делитель частоты и коммутатор, причем дополнительный генератор импульсов сов динен с усилителем излучаемого сигнала через дополнительный делитель частоты,ючислителе 14.инат устанавлисигналом отустановкой Р, ут выдаваться режиме разоочек, режиме во- счи которые реализуются в вь Начальные значения коорд ваются в вычислителе 14 блока 20 одновременно с о 1 о, З. Ко рдинаты м г на перфоратор или в ЭВМ в го считывания отдельных т формула,изобретенияИсточники информации,принятые во внимание при экспертюе 1. Авторское свидетельство СССР И 9 877584 ф кл. б 06 К 11/0002.07.79 (прототип) .1 1960869 12ход - с управляющим входом установочные входы которого подключены ления, а выход - с управляк выходам основного делителя частоты, генератора опорных импульсов, установочные входы элемента памяти соединены с соответствующим выходом интегратора и вычитателя частот, входы допол Знительного коммутатора соединены соответственно с маходами детектора знакаошибки, элемента памяти н блока управодписное д, Проектная ИИПИ Заказ 7287/62 ТФилиал ППП "Патентф, г. Укгород