TMS320VC5509A超声波电子笔设计方案

　　随着计算机应用的普及，对便携式输入设备的要求也越来越高。人们希望能随时随地用电子设备记录下原始的书写内容。传统的基于传感材料的手写笔系统需要特殊的书写材料，使它的应用范围受到限制。超声波相对与电磁波速度要小得多，其传播的时间较容易检测，将其应用于电子笔系统中，可以使输入设备更加便捷，笔迹跟踪准确。
　　DSP拥有高速的运算能力，适合于大运算量的信号处理，在超声波电子笔系统中将其作为信号处理的核心处理器是一个良好的选择。本系统综合应用传感器技术、波形检测和笔迹形成技术，实现记录手写笔迹的功能。当电子笔在任意平面书写的同时，笔迹即刻显示在主设备的屏幕上，同时笔迹信息存储到主设备的SD卡中，并且可以上传至电脑，作进一步的处理。它适用于移动办公、电化教育、网络会议等多种场合。
　　1 超声波笔迹检测原理
　　超声波是一种弹性机械波，其传播时能量相对集中，衰减小，不受光线和周围物体颜色的影响，广泛应用于工业检测之中。电子笔系统要精确完成笔迹形成和存储的功能，首先是要利用超声波检测出各个采样时刻笔触所在位置。为此，需要一个超声波发生器安装于笔触位置，两个超声波传感器固定在一个主设备上。它们的几何位置关系可以由图1表示，其中R（L）和R（R）是两个固定的超声波传感器，TX是笔触上的超声波发生器，a为R（L）与R（R）之间的距离，是一个已知常量。
　　
　　在有红外信号同步的情况下，b和c的大小可以通过渡越时间法实时测量得到。然后，以R（L）所在位置为原点，以R（L）和R（R）的连线为x轴建立平面坐标系，由简单的几何知识得到此时笔触的位置坐标为
　　
　　通过反复测量，以75 Hz频率采样形成点迹，多个时刻的点迹最终形成连续笔迹。为了避免环境噪声干扰和多套系统同时使用时产生的相互干扰，采用文献叙述的两步检测和时隙跳变检测方法。
　　2 系统硬件设计
　　超声波电子笔系统由一个主机设备和一只电子笔组成。其中主机设备包含两个位置固定的超声波传感器、超声接收电路、信号采集和用于笔触位置计算的DSP处理器。为了功能完善，DSP外接有SD卡存储器、液晶显示器（LCD），温度传感器和红外发生器，其整体架构如图2所示。