Устройство для считывания графической информации Советский патент 1987 года по МПК G06K11/00 

11

Изобретение относится к автома- тике и вычислительной технике и может быть применено для получения автоматического считывания координа точек.

Известны акустические устройства для считывания графической информации, содержащие электроакустические преобразователи, блок сравнения приемник акустических колебаний, время-импульсные преобразователи, счетчики координат, генератор тактовых импульсов, блок постоянной памяти, дешифратор, блок вычитания кодов, сумматор и преобразователь код -.напряжение (1),

Однако устройство имеет большой аппаратурный состав, основной объем которого составляют арифметические блоки и низкое быстродействие вследствие осуществления нескольких дикл коррекдии перед каждым измерением. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для считывания графической информации, содержащее электроакустические преобразователи, акустчески связанные с линейными координными микрофонами, подключенными к первым входам время-импульсных преобразователей, выходы которых соединены со счетными входами счетчиков координат, управляющие входы которы подключены к первому и второму выходу блока управления, третий и четветый выход которого соединены с вторми входами время-импульсных преобразователей, третьи и четвертые входы которых и входы электроакустических преобразователей подключены соответственно к пятому и шестому выходам блока управления, генератор тактовых импульсов, соединершый с пятыми входами время-импульсных преобразователей (2).

Недостатками известного устройства являются невысокая точность в широком диапазоне изменений параметров звукопроводящей среды вследствие использования для коррекции измерения только целой части коэффициента коррекции, что приводит к накопленной ошибке, а также низкое быстродействие.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия устройства.

Указанная цель достигается тем, что устройство содержит накапливаю

0

5

0

25

зО

35

40

45

50

55

щии 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 время- импульсных преобразователей.

На чертеже изображено предлагаемое устройство,,

Устройство содержит электроакустические преобразователи 1 и 2, линейные координатные микрофоны 3 и 4, время-импульсные преобразователи 5 .и 6, блок 7 управления, регистр 8 числа блокировок, счетчики 9 и 10 координат, регистр 11 эталонного расстояния, генератор 12 тактовых импульсов И накапливающий сумматор 13.

Каждый из время-импульсных-преобразователей содержит триггер 14, элемент И 15, элемент ИЛИ 16, элемент И 17 и микрофонный усилитель- формирователь 18.

Электроакустические преобразователи 1 и 2 предназначены для излучения коротких ультразвуковых импульсов. Координатные микрофоны 3 и 4 преобразуют принятые ультразвуковые импульсы в электрические сигналы. Время-импульсные 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.

Регистр 8 числа блокировок в цикле измерения предназначен для хранения избыточного числа импульсов. Счетчик 9 координат X 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 X. Регистр 11 эталонного расстояния в цикле измерения служит для хранения величины эталонного расстояния 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 г 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 10 для измерения координаты Y в цикле измерения и для 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 время-импульсных преобразователей 5 и 6. Координатные микрофоны 3 и 4 подключены к соответствующим блокам 5 и 6, каждый из которых содержит последовательно включенные усилители-формирователи 18, триггеры 14, логические элементы И 15, 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 входа триггеров 14 блоков 5 и 6. Блок 7 управления входом 26 связан с кнопкой Пуск (не показана),, размещенной на электроакустическом преобразователе 1, выходами 20 и 21 - со счетчиками 9 и 10 координат, а выходам 24 и 25 - с элементом И 1 7 блоков 5 и 6. Регистр 8 числа блокировок входами соединен с разрядными выходами координатного счетчика X 9, управляющим входом - с выходом 19 блока 7 управления, а

10

15

339603

выходами - с вычитающим входом накапливающего сумматора 13. Регистр 11 эталонного расстояния входами соединен с разрядными выходами счетчика Y 10, управляющим входом - с выходом 19 блока 7 управления, а выходами - с суммирующим входом накапливающего сумматора 13. Накапливающий сумматор 13 выходом знакового разряда соединен с входами время- импульсных преобразователей, а тактирующим входом - с йыходом генератора 12 тактовых импульсов. Генератор 1J тактовьк импульсов связан с элементами И 15 блоков 5 и 6.

Принцип работы устройства основан на измерении времени прохождения фронта ультразвуковой волны от 2Q электроакустического преобразователя до микрофона. При изменении параметров окружающей среды изменяется скорость распространения звуковой волны. Для расчета корректур изме- 25 ренной координаты используется эталонный канал, состояний из неподвижно укрепленного электроакустического преобразователя 2 и микрофона X, За время прохождения звуковой волной расстояния от эталонного источника 2 до микрофона 3 X на счетный вход счетчика 9 X поступает от генератора 12 тактовых импульсов импульсов. Частота генератора

30

xV

выбрана так, что X j° Х во всем диапазоне изменений параметров среды, в котором предполагается использовать устройство (Х° - истинная координата эталонного источника). Если из последовательности X ° исключить Xj (X « - Xj) импульсов, то получим истинную координату эталонного источника,

При измерении координаты произ- вольной точки необходимо исключить из Х.° количество импульсов

xi

N.

Ху- 3

где X. - количество, которое поступит на вход счетчика 9 X от тактового генератора 12 за время прохождения фронтом звуковой волны расстояния от электроакустического преобразователя 1 до микрофона 3 X. Измерение координат произвольной

очки разбивается на 2 цикла.

1. Измерение Х и одновременное

Х,

вычисление

2. Измерение координаты Х, Y,.

Устройство работает следующим образом,

Для измерения координат электроакустический преобразователь 1 совмещает с требуемой точкой. По команде из блока 7 в счетчик 9 координаты X записывают число, являющееся дополнением эталонного расстояния до величины 2 , т.е. число - Х° . Затем производится возбуждение ультрзвука в электроакустическом преобразователе 2, Синхронно с запуском ультразвука блок 7 управления разрешает поступление импульсов в счетчик 9 координаты X и счетчик 10 координаты Y. В момент, когда фронт звуковой волны достигает микрофона 3, время-импульсные преобразователи прекращают поступление импульсов в счетчики 9 и 10, В счетчике 10 заа в счетчике 9 писывается

)П1-1 тО

-хр

- э J. .

+ X j

+ ЛХ, Сле(2

довательно, в младших разрядах.счетчика 9 записывается jXj, а в (п + 1) разряде - 1, Затем по команде из блока 7 содержимое счетчика 10 записывается в регистр 11, а содержимое счетчика 9 - в регистр 8. На этом первый цикл заканчивается.

Цикл измерения координат начинается с того, что по команде блока 7 управления производится возбуждение ультразвука.в электроакустическом преобразователе 1. Синхронно с возбуждением -начинается счет импуль- ров счетчиками 9 и 10. Для пояснения ,принципа коррекции введены следующие обозначения.

Пусть а. - количество заблокированных импульсов к i-му такту, Ь. - количество импульсов, сосчитанных счетчиком координат к этому такту.

Если ошибка измерения равна О, то

bi f xj ,,

а- -.

отсюда iXj-b; . или , -b.-iJXj р. Обозначим F а.Х, -b.-dXj.Это оценочная функция коорек- ции, она хранится в сумматоре 13 и ее знак совпадает со знаком ошибки измерения. Если F ;0, то из последовательности тактовых импульсов исключено недостаточное чиаю импуль

сов. Если F О, то наоборот. Если а 0, то ошибки нет. Б начальный момент Е) О, Ь. О и следовательно F 0. Устройство следит за знаком F, который содержится в знаковом разряде сумматора 13. Знаковый разряд сумматора 13 содержит 1, при F О, и О - при F 0.

В начальньш момент в сумматоре 13 - 0.

Рассмотрим как изменится F импульсе:

на 1-м

15

F,

-Х--Ъ.ЛХ.

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

Ь1 + 1

. Ь,

а

+ 1

5

0

5

Тогда F,-4i (а,- b-dX,

+ , F. +

о

2. Неблокируемый счет b

Ч-1

t

0

bj + 1 и а ,.,

Тогда F;, - (Ь + D/iX F. -iXj, Сумматор 13 работает следующим образом.

0 Если в результате вычислений на предыдущем шаге F О, то выполняется вычитание F - Xj, т.е„ из содержимого сумматора 13 вычитается содержимое регистра 8, Если F : О, то выполняется сложение F + х , т.е.

b10

содержимое сумматора 13 суммируется с содержимым регистра 11. Так как в начальный момент в сумматоре F О и с каждым тактом устройство стремит0 ся уменьшить ошибку, то в ходе описанного, функционирования в сумматоре 13 ошибка измерения не превьш1ает одного импульса. Заметим, что отсюда следует, что разрядность сумматора

g 13 не превьшает разрядности регистра 1 1 .

Использование накапливающего сумматора 13 с регистрами на входе выгодно отличает -предлагаемое устройство от изв естного, так как устраняет накапливуемую ошибку, полученную в последнем вследствие использования для коррекции измерения только целой части коэффициента коррекции. Оценим эту ошибку. В известном устройстве коэффициент корХрекции к ent (), так как деление

там производится н счетчиках. При

измерении координаты произвольной точки X из нее будет исключено

х

импульсов. Поэтому ошибка при измерении координаты произвольной

(1),

где

ЛХ,

Из (1) видно, что максимальная ошибка при измерении координаты

нальна

Х. в известном устройстве пропорцио-15 кируемого импульса совмещен с циклом

измерения координат, что приводит к увеличению быстродействия предлагаемого устройства по сравнению с известным на 33%,

Формула изобретения

Xj

к (к + Т)

(2),

Расширение рабочего диапазона уст- 2о ройства, связанное с изменением параметров звукопроводящей среды, приводит к расширению интервала изменения коэффициента коррекции. Из (2) видно, что на величину возможной ошибки наибольшее влияние оказывает минимальное значение коэффициента корек- ции, которое уменьшается с ростом температуры и других факторов, приводящих к росту скорости звука.

30

Устройство для считывания графической информации, содержащее эле25 ктроакустические преобразователи, акустически связанные с линейными координатными микрофонами, подключенными к первым входам время-импульс ных преобразователей, выходы которых соединены со счетными входами счетчиков координат, управляющие входы которых подключены к первому и второму выходам блока управления, третий и четвертый выходы которого соединены с вторыми входами время-импульсных преобразователей, третьим и четвертые входы которых и входы электроакустических преобразователей подключены - соответственно к пятому и шестому выходам блока управления, генератор . тактовых импульсов, соединенный с пятыми входами время-импульсных преобразователей, отличающееся тем, что, с целью повьшения

Оценим величину ошибки измерения координат в известном утсройстве при изменении температуры воздуха в пределах 20 + 10°С на планшете 1000 х X 1000 мм. Скорость звука при t 10°С - V 337,8 103 мм/сек, а при t - vj 349,6 103 мм/с,.

Время прохождения звука от электроакустического преобразователя до микрофонов соответственно равны:

1

2960 -la с;

Т - i л

Ч V2

2867 ,

Коэффициент коррекции К

ent+

Ф 3 Используя (2), оценим максимальную ошибку измерения

с/

wccKc

KI (К

+ 1

у - 0,ООТХ, .

jg точности и быстродействия устройства оно содержит накапливающий сумматор регистры, управляющие входы которых Подключены к седьмому выходу блока управления, установочные выходы - к разрядным выходам счетчиков координат, а выходы соответственно к суммирующим и вычитающим входам накапливающего сумматора, тактирующии вход которого соединен с гене- Ошибка составляет 0,1% измеряемого gg ратором тактовых импульсов, а выход

расстояния. тельно.

Это вполне удовлетворис шестыми входами время-импульсных преобразователей,. Тираж 672 Подписное

ВЯИИПИ Заказ 4225/41

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3396038

Если температура воздуха изменяется в пределах 10 ± , то расчеты для устройства с таким рабочим планшетом показывают, что максимальная ошибка увеличивается до 2,8% измеряемого расстояния,

В предлагаемом устройстве ошибка измерения сведена к теоретическому 1Q минимуму цифровых устройств - величине дискретности, соответствующей одному импульсу.

Кроме того, в предлагаемом устройстве цикл вычисления номера бло2о0

35

Устройство для считывания графической информации, содержащее эле25 ктроакустические 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 выходам блока управления, третий и четвертый выходы которого соединены с вторыми входами время-импульсных преобразователей, третьим и четвертые входы которых и входы электроакустических преобразователей подключены - соответственно к пятому и шестому выходам блока управления, генератор . тактовых импульсов, соединенный с пятыми входами время-импульсных преобразователей, отличающееся тем, что, с целью повьшения

jg точности и быстродействия устройства, оно содержит накапливающий сумматор и регистры, управляющие входы которых Подключены к седьмому выходу блока управления, установочные выходы - к разрядным выходам счетчиков координат, а выходы соответственно к суммирующим и вычитающим входам накапливающего сумматора, тактирую0

0

с шестыми входами время-импульсных преобразователей,. Тираж 672 Подписное

Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для полуавтоматического считывания координат точек. Целью изобретения является повьппение точности и быстродействия устройства. Устройство содержит электроакустические преобразователи 1,2, линейные координатные микрофоны 3,,4, времяимпульсные преобразователи 5,6, блок 7 управления, регистр 8 числа блокировок, счетчики 9, 10 координат, регистр 11 эталонного расстояния, генератор 12 тактовых импульсов, накапливающий сумматор 13. Каж- .дый времяимпульсный преобразователь содержит 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 одному импульсу. Кроме того, в устройстве цикл вычисления номера блокируемого импульса совмещен с циклом измерения координат. 1 ил. (О с: Iff / L. оо оо со а о 00