1-Riadková kamera TSLR1401

• Vypracovali:

Bc. Peter Lovaš

Bc. Tomáš Oravec

Bc. Ján Mazúch

• Študijný odbor: Aplikovaná mechatronika
• Ročník: 2. Ing.

Zadanie úlohy

---

1. Riadkovy senzor TSL1410_DB pripojte k mikroprocesoru, výstupný analógový signál preneste do PC a zobrazte.

Popis riadkovej kamery

---

TSL1401_DB je lineárna kamera, ktorá sa skladá z poľa fotodiód 128 x 1. Vnútorná riadiaca logika kamery si vyžaduje pre správnu funkčnosť zapojenie sériového vstupu SI a hodinového signálu CLK.

Obr. 1. Riadková kamera TSL1410_DB

---

Na nasledujúcom obrázku je schéma vnútornej štruktúry lineárnej kamery a označenie jednotlivých pinov.

Obr. 2. Vnútorná štruktúra a zapojenie kamery TSL1410_DB

---

Označenie jednotlivých pinov a popis:

1. PIN A0_3 - analógový výstup
2. PIN CLK_2 - hodiny, riadia prenos, pixelový výstup a reset
3. PIN GND_6,7 - zem
4. PIN SI_1 - sériový vstup, definuje počiatok vysielania dát
5. PIN VDD_4 - napájacie napätie pre analógové aj digitálne obvody

---

Popis činnosti:

Kamera sa skladá zo 128 fotodiód usporiadaných v lineárnom poli. Svetelná energia, ktorá dopadá na každú jednu fotodiódu(jeden pixel) vytvára na každej tejto fotodióde prúd. Počas integračného času sa kondenzátor pripojí k výstupu integrátora prostredníctvom analógového prepínača. Náboj nahromadený na každom pixeli(fotodióde) je priamoúmerný intenzite osvetlenia a integračného času. Výstup a Reset integrátorov je riadený 128-bitovým posuvným registrom. Výstupný cyklus(posielanie dát)je inicializovaný, ak je na pine SI logická 1. Počas prvých 18 hodinových cyklov neprebieha integrácia. Integrácia a prenos dát začína až po uplynutí 18 hodinových cyklov. Rozsah napájania lineárnej kamery je VDD = 3 - 5,5V.

Obr. 3. Časové priebehy kamery TSL1410_DB

Obr. 4. Prevádzkové priebehy kamery TSL1410_DB

---

Vypracovanie

Pripojenie kamery k Acrob doske a definovanie pinov je v hlavičkovom súbore "kamera.h". Rýchlosť sériového portu je nastavená na 19200 Baud/rate. Na začiatku sa vyšlú konfiguračné príkazy do Stampplotu, stačí zaškrtnúť "plot data" a potom "connect". Pred spustením treba držať reset na doske, aby sa začali vysielať dáta až po pripojení. Nastavenie integračného času je vyriešené tak, že po prijatí 1 znaku sa jeho hodnota 0 až 255 nastaví ako integračný čas v milisekundách (strop je obmedzený na 100),dá sa pozmeniť v zdrojovom kóde.

Schéma zapojenia kamery:

Obr. 5. Schéma zapojenia kamery TSL1410_DB

Nami definovaná knižnica:

#ifndef KAMERA_H_
#define KAMERA_H_

#define CLK_PORT	B
#define CLK_PIN		5

#define SI_PORT		B
#define SI_PIN		4

#define A0_PORT		C
#define A0_PIN		0

#endif /* KAMERA_H_ */

Zdrojový kód v jazyku C:

#include <stdio.h>
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
#include <util/delay.h>
#include "kamera.h"


/* Global macros */
#define sbit(var, bit)	var |= (1 << bit);
#define cbit(var, bit)	var &= ~(1 << bit);
#define rbit(var, bit)	((var & (1 << bit)) != 0)
#define CONCAT(a, b)	a ## b
#define DDR(port)		CONCAT(DDR, port)
#define INPORT(port)	CONCAT(PIN, port)
#define OUTPORT(port)	CONCAT(PORT, port)


/* Program-specific macros */
#define cam_clk_high()	sbit(OUTPORT(CLK_PORT), CLK_PIN)
#define cam_clk_low()	cbit(OUTPORT(CLK_PORT), CLK_PIN)
#define cam_si_high()	sbit(OUTPORT(SI_PORT), SI_PIN)
#define cam_si_low()	cbit(OUTPORT(SI_PORT), SI_PIN)

static int usart_putchar(char c, FILE *stream);
static FILE mystdout = FDEV_SETUP_STREAM(usart_putchar, NULL, _FDEV_SETUP_WRITE);

/* Global variables */
volatile unsigned char _integrationTime = 10;	// in milliseconds
unsigned char _data[128];

// Send char over USART
static int usart_putchar(char c, FILE *stream) {
    // add '\r' before '\n'
	//if (c == '\n') usart_putchar('\r', stream);
	// wait for empty transmit buffer
	while ( !(UCSR0A & (1 << UDRE0)) );
	// send char
	UDR0 = c;
	return 0;
}


// Send char over USART
void usart_send_char(unsigned char ch) {
	// wait for empty transmit buffer
	while ( !(UCSR0A & (1 << UDRE0)) );
	// send char
	UDR0 = ch;
}

// Read the 8 most significant bits
// of the AD conversion result
unsigned char read_adc() {
	// Start the AD conversion
	ADCSRA |= (1 << ADSC);
	// Wait for the AD conversion to complete
	while ((ADCSRA & (1 << ADIF)) == 0);
	// Clear flag
	ADCSRA |= (1 << ADIF);
	return ADCH;
}

// RX Complete handler
ISR (USART_RX_vect) {

	// received character is set as integration time in [ms], max 100
	unsigned char ch;
	ch = UDR0;
	if (ch > 100) ch = 100;

	_integrationTime = ch;
}


// Main loop
int main(void)
{
	// Pin config
	sbit(DDR(CLK_PORT), CLK_PIN);	// CLK out
	sbit(DDR(SI_PORT), SI_PIN);		// SI out
	cbit(DDR(A0_PORT), A0_PIN);		// analog in


	// Configure UART
	// - parameters: 8 Data, 1 Stop, No Parity
	// - baud rate: 19200
	UCSR0B = (1 << RXCIE0) | (1 << RXEN0) | (1 << TXEN0);
	UCSR0C = (1 << UCSZ01) | (1 << UCSZ00);
	UBRR0 = 51;	// @16MHz, 0.2% error


	// ADC initialization
	// - ADC clock frequency: F_CPU / 128 (125kHz @ 16MHz)
	// - reference: AVcc with external cap
	// - channel: as defined in A0_PIN
	// - result left adjusted!
	ADMUX = (1 << REFS0) | (1 << ADLAR) | A0_PIN;
	ADCSRA = (1 << ADEN) | (1 << ADPS2) | (1 << ADPS1) | (1 << ADPS0);

    // Redirect STDOUT to USART
	stdout = &mystdout;

	// Interrupt global enable
	sei();

	// Init StampPlot
	printf("!PNTS 128\r");
	printf("!PLOT ON\r");
	printf("!MAXR\r");
	printf("!AMAX 255\r");
	printf("!TMAX 1\r");
	printf("!RSET\r");

	// some delay for PC port buffers to clear
	_delay_ms(500);

	// time to send
	unsigned char tts = 0;
    while(1)
    {
        cam_si_high();
		cam_clk_high();
		cam_si_low();

		unsigned char i;
		for (i = 0; i < 128; i++)
		{
			cam_clk_low();
			unsigned char val = read_adc();
			_data[i] = val;
			cam_clk_high();
		}
		cam_clk_low();

		// delay for integration time
		for (i = 0; i < _integrationTime; i++) _delay_ms(1);

		// send data
		if (tts++ == 10)
		{
			tts = 0;
			// data send lasts ~150ms
			for (i = 0; i < 128; i++) printf("%d\r", _data[i]);
		}

    }
}

---

Snímaný obrázok a výsledky

Pomocou riadkovej kamery TSL1410_DB sme skúšali snímať rôzne predmety a zobrazovať priebehy cez Stampplot. Pre lepšiu kvalitu zobrazenia sme si ale zvolili osciloskop, na ktorom sme si zobrazili výstupný signál A0 pri snímaní nasledujúceho obrázka.

Obr. 6. Zaznamenaný priebeh signálu A0 pomocou kamery TSL1410_DB

Záver

---

Pri programovaní a riešení celého projektu nám robil najväčší problém Stampplot, jeho nastavenie a zobrazenie priebehu. Pre zobrazenie výstupného signálu A0 sme sa rozhodli použiť osciloskop. Z daného obrázku je vidieť, že funkčnosť kamery je správna. V zdrojovom kóde je možnosť meniť veľkosť integračného času.