Устройство для считывания графической информации Советский патент 1986 года по МПК G06K11/00 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для полуавтоматического считывания координат точек.

Известны акустические устройства для считывания графической информации, содержащие электроакус-, тические преобразователи блок сравнения, приемники акустических колебаний, времяимпульсные преобразователи, счетчики координат,генератор тактовых импульсовJ блок постоянной памяти, дешифратор, блок вычитания кодов, сумматор и преобразователь код-напряжение.

Однако известное устройство имеет большой аппаратурный состав, основной объем которого составляют арифметические блоки, и низкое быстродействие, вследствие осуществления нескольких циклов коррекции перед каждым измерением,

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для считывания графической информации, содержащее электроакустические преобразователи, акустически связанные с линейными координатными микрофонами, подключенными к первым входам время- импульсных преобразователей, выходы которых соединены со счетными входами счетчиков координат, управляющие входы которых подключены к первому и второму выходу блока управления, третий и четвертый выход которого соединены с вторыми входами время- импульс ых преобразователей, третьи и четвертые входы которых и входы электроакустических преобразователей подключены соответственно к пятому и шестому выходам блока управленияj генератор тактовых импульсов, соеди- енный с пятьгми входами времяимпуль- сных преобразователей.

Недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает высокую точность в широком диапазоне изменений параметров звукопроводящей среды, вледствие использования для коррекции измерения только целой части коэффициента коррекции, что приводит к накопленной ошибке, и низкое быстродействие.

Цель изобретения - повьпиеяие точности и быстродействия устройства

Поставленная цель достигается тем что устройство для считывания граЛической информации содержит накапливающий сумматор и регистры, управляющие входы которых подключены к седьмому выходу блока управления, установочные входы - к разрядным выходам счетчиков координат, а выходы - соответственно к суммирующим и вычитающим входам накапливающего сумматора, тактирующий вход которого

соединен с генератором тактовых импульсов, а выход - с шестыми входами времяимпульсных преобразователей.

На чертеже изображено предлагаемое устройство,

Устройство содержит электроакустические преобразователи 1 и 2,.линейные координатные микрофоны 3 и 4, времяимпульсные преобразователи 5 и 6, блок 7 управления, регистр 8

числа блокировок, счетчики 9 и 10 координат, регистр 11 эталонного расстояния, генератор 12 тактовых импульсов, накапливающий сумматор 13, Каждьй из времяимпульсных преобразователей содержит триггер 14, элемент И 15, элемент РШИ 16, элемент И 17, микрофонный усилитель- формирователь 18. Блок управления имеет выходы 1924, и входы 25 и -26.

Электроакустические преобразователи 1 и 2 предназначены для излучения коротких ультразвуковых импульсов. Координатные микрофоны 3 и 4 преобразуют принятые

ультразвуковые импульсы в электрические сигналы. Времяимпульсные преобразователи 5 и 6 вместе со счетчиками 9 и 10 предназначены

для преобразования времени прохождения ультразвуковой волны в код координаты. Блок 7 управления служит для синхронизации работы всего устройства..

1

Регистр 8 числа блокировок в

цикле измерения предназначен для хранения избыточного числа импульсов. Счетчик 9 координаты X в цикле коррекции используется для

вычисления избыточного числа импульсов, а в цикле измерения координат осуществляет счет откорректированной последовательности тактовых импульсов во времяимпульсном

преобразов.ателе координаты X, Регистр 11 эталонного расстояния в цикле измерения служит для хранения величины эталонного расстояния

3

при данных параметрах среды. Генератор 12 тактовых импульсов формирует тактовые импульсы для измерения расстояния.

Триггер 14 предназначен для формирования прямоугольного импульса длительностью, 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 во время прохождения звука от электроакустического преобразователя до микрофонов.

Логический элемент ИЛИ 16 предназначен для использования счетчика 1 для измерения координаты Y в цикле измерения эталонного расстояния в цикле коррекции.

Логический элемент И 17 с одним инверсным входом запрещает прохождение избыточных импульсов из последовательности тактовых импульсов, поступающих в счетчики 10- и 9 в цикле измерения.

Электроакустический преобразователь 1 связан с выходом 23 блока 7 управления и единичными входами триггеров 14 времяимпульсных преобразователей 5 и 6. Координатные микрофоны 3 и 4 подключены к соот- ветствующим блокам 5 и 6,каждый из которых содержит последовательно . включенные усилители-формирователи 18, триггеры 14, логические элементы 15 И, ИЛИ 16, И 17 с одним инверсным входом и координатные счетчики Y 10 и X 9. Электроакустический преобразователь 2 подключен к выходу 22 блока 7 управления и единичным входам триггеров 14 блоков 5 и 6. Блок 7 управления входом 26 связан с кнопкой Пуск (не показана) , размещенной на электроакустическом преобразователе 1, а выходами 24 и 25 - с элементом И 17 блоков 5 и 6. Регистр 8 числа блокировок входами соединен с разрядными выходами координатного счетчика X 9, управляющим входом - с выхо085704

дом 19 блока 7 управления, а выходами - с вычитающим входом накапливающего сумматора 13. Регистр 11 эталонного расстояния входами сое- 5 динен с разрядными выходами счетчика Y 10, управляющим входом - с выходом 19 блока 7 управления, а. выходами - с суммирующим входом накапливающего сумматора 13. Накапливаю10 щий сумматор 13 выходом знакового разряда соединен со входами время- имрульсньгх преобразователей, а тактирующим входом - с выходом генератора 12 тактовых импульсов. Гене15 ратор 12 тактовых импульсов связан с элементами И 15 блоков 5 и 6,

Принцип работы устройства основан на измерении времени прохождения фронта ультразвуковой волны от элект20 роакустического преобразователя до микрофона. При изменении параметров окружающей среды изменяется скорость распространения звуковой волны. Для расчета корректур изме25 ренной координаты используют эталонный канал, состоящий из неподвижно укрепленного электроакустического преобразователя 2 и микрофона X. За время прохождения звуко3Q вой волной расстояния от эталонного источника до микрофона ЗХ на счетный вход счетчика X 9 от генератора 12 тактовых импульсов поступает X импульсов. Частота генера5

тора выбрана так, что Хд° Х во всем диапазоне изменений параметров среды, в котором предполагается использовать устройство. X, - истинная координата эталонного источника) . Если из последовательнос- ти Х исключить дХ,-() импульсов, то получают истинную координату эталонного источника.

При измерении координаты произвольной точки необходимо исключить из Х.° количество импульсов

х- -t

N -{- fiXg,- где Х,° - количество.

которое поступает на вход счетчика 9Х от тактового генератора 12 за время прохождения фронтом звуковой волны расстояния от электроакустического преобразователя 1 до микрофона ЗХ.

55- Измерение координат произвольной точки разбивается.на два цикла:

1. Измерение X ° и одновременное вычисление лХ,

2„ Измерение координат Y, .

Устройство работает следующим образом.

Для измерения координат электроакустический преобразователь 1 совмещают с требуемой точкой. По команде из блока; 7 в счетчик 9 координаты X записывает число, являющееся дополнением эталонного расстояния до величины , т.е. число 2 -Хд , Затем производят возбуждение ультразвука в электроакустическом преобразователе 2. Синхронно с запуском ультразвука блок 7 управления разрешает поступление импульсов н счетчик 9 координаты X и счетчик 10 координаты Y, В момент, когда фронт звуковой волны достигает микрофона 3, времяимпульс ные преобразователи прекращают поступление импульсов в счетчики 9 , . и 10. В счетчик 10 записывается ХД а в счетчике 9 - () +iXg, Следовательно, в младших разрядах счетчика 9 записывается iX, а в (n-t-1) разряде - единица. Затем по команде из блока 7 содержимое счетчика 10 записывается в регистр 11 а содержимое считчика 9 - в регистр 8. На этом первый цикл заканчивается.

Цикл измерения координат начинается с того, что по команде блока 7 управления производят возбуждение ультразвука в электроакустическом преобразователе 1. Синхронно с возбуждением начинается счет импульсов счетчиками 9 и 10. Для пояснения принципа коррекции введем следующие обозначения:

а- - количество заблокированных импульсов к i-му такту,

Ь; - количество импульсов, сосчитанных счетчиком координат этому такту.

Если ошибка измерения равна О,

то

Ь1

AxV

4Х,

К

отсюда лХд-Ь; Х. а; или а. Х -Ь; йХ,, 0. Обозначим F а;; X -bjuX-j. Это оценочная функция коррекции, которая хранится в сумматоре 13 и ее знак совпадает со знаком ошибки измерения. Если , то из последовательности тактовых импульсов исключено недостаточное число импульсов. Если

08570 ;6

, то наоборот. Если а 0, то ошибки нет. В начальный момент а О, Ь;; О и, следовательно,. Устройство следит за знаком Г,ко- 5 торый содержится в знаковом разряде сумматора 13. Знаковый разряд сумматора 13 содержит эдиницу, при И , ноль при . В начальный момент в сумматоре 13 содержится О. О Рассмотрим как изменяется F на i-oM импульсе

F- .дХ,

Рассмотрим два случая. 5 1. Блокировка, т.е. из последовательности выбрасывается один импульс

b,4i ; и а,.., а; + 1

20 Тогда

PU, (a; + 1)X;-b;.AX,F..+X

2, Неблокируемый счет Ь;„ Ь;+1 и а аТогда

F;,, a;X;-(b;-H)uX F;-AX,.

Сумматор 13 работает следующим образом.

Если в результате вычислений на предыдущем шаге , то выполняется вычитание F-X , т.е. из содержимого сумматора 13 вычитается содержимое регистра 8, Если F-iO, то выполняется сложение F+X, т.е. содержимое сумматора 13 суммируется с содержимым регистра 11. Так как в начальный момент в сумматоре 13 F О и с каждым тактом устройство стремится уменьшить ошибку, то в ходе вышеописанного функционирования в сумматоре 13 опшбка измерения не превьшает одного импульса. Заметим, что отсюда следует, что разрядность сумматора 13 не превьшзает разрядности регистра 11.

Использование накапливающего сумматора 13 с регистрами на входе выгодно отличает предлагаемое устрой-, ство от устройства-прототипа, так как устраняет накапливаемую ошибку, получаемую в устройстве-прототипе, вследствие использования для коррекции измерения только целой час- ти коэффициента коррекции. Оценим эту ошибку. В прототипе коэффициент

X коррекции К ent(), так как

ЬЛа

деление там производится на счетчиках. При измерении координаты произвольной точки Х. из нее исключаетXся импульсов. При измерении

-ь

координаты произвольной точки Х.°

X из нее будет исключено импуль COB,no3TObfy ошибка при измерении координаты произвольной точки X , будет равна

to fv-v

(1)

(к-к )

(1) видно, что мак

п л -1 -1-

К . к

у где К . Из

iAg

симальная ошибка при измерении .координаты Х.° в .устройстве-прототипе пр Х порциональна jf( (2).

Расширение рабочего диапазона предлагаемого устройства, связанное с изменением параметров звукопроводящей среды, приводит к расширению интервала измерения коэффициента ко

рекции. Из (2) видно, что на величину возможной ошибки наибольшее влияние оказьгеает минимальное значение коэффициента коррекции, которое уменьшаемся с ростом температуры и других факторов, приводящих к росту скорости звука. I

Оценим величину ошибки измерения координат в устройстве-прототипе при изменении температуры воздуха в

1000

о/

пределах 20±10°С на планшете хЮОО мм. Скорость звука при равна v, 337,8-10 мм/сек, а при t ЗОЧ - v 349,6-10 мм/сек. Время прохождения звука от электро- акустического преобразователя до микрофонов соответственно равны:

.-е

.

2960ПО

с.

Ь

2867-10

-е

-яi-v lw/ Г УС.

2,J

Коэффициент коррекции К ent(-)

ИХ

31.

Используя (2), оценим максимальную ошибку измерения

° mq (j -r-JJ - 0,001 Х|.

Ошибка составляет 0,1% измеряемого расстояния, что вполне удовлетворительно.

EcjjH температура воздуха изменяется в пределах 10±5П°С, то расчеты для устройства с таким ее рабочим планшетом показываю, что макси- мальная ошибка увеличивается до 2,8% измеряемого расстояния.

В предлагаемом устройстве ошибка измерения сведена к теоретическому минимуму цифровых устройств - величине дискретности,соответствующей одному импульсу. Кроме того, в предлагаемом устройстве цикл вычисления номера блокируемого импульса совмещен с циклом измерения координат, что приводит к увеличению

быстродействия устройства (по сравнению с прототипом) на 33%.

Формула изобретения

Устройство для считывания графической информации, содержащее электроакустические преобразователи, акустически связанные с линейными координатными микрофонами, подключенными к первым входам времяимпульсньтх преобразователей, выходы которых соединены со счетными входами счетчиков координат, управляющие входы которых подключены к первому и втopo ry выходам блока управления, третий и четвертый выходы которого соединены с вторьми входами времяимпульсных

преобразователей, третьи и четвертые входы которых и входы электроакусти- ческих преобразователей подключены соответственно к пятому и шестому выходам блока управления, генератор тактовых импульсов, соединенньш с пятыми входами йремяимпульсных пре- - образователей, отличающее - с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия устройства, оно содержит накапливающий сумматор и регистры, управляющие входы которых подключены к седьмому выходу блока управления, установочные входы - к разрядным выходам счетчиков

координат, а выходы - соответственно к суммирующим и вычитающим входам накапливающего сумматора, тактирую- щий вход которого соединен с генератором тактовых импульсов, а выходс шестыми входами времяимпульсных преобразователей.

Редактор А.Ревин

Составитель Т.Ничипорович

Техред М.ПароцайКорректор Е.Сирохман

Заказ 290/59 Тираж б73Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП. Патент, г„ Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для считывания графической информации. Цель изобретения - повьшение точности и быстродействия. Устройство содержит электроакустические преобразователи, линейные координат-, ные микрофоны, времяимпульсные преобразователи, блок управления, регистр числа блокировок, счетчики координат, регистр эталонного расстояния, генератор тактовых импульсов, накапливающий сумматор. Каждый из времяимпульсных преобразователей содержит триггер, элемент И, элемент ИЛИ, элемент И, микрофонный усилитель-формирователь. Устройство обеспечивает высокую точность измерения координат в широком диапазоне изменений параметров звукопроводящей среды. 1 ил. i (Л to о 00 ел