1-Riadková kamera TSLR1401

• Vypracovali:

Bc. Peter Lovaš

Bc. Tomáš Oravec

Bc. Ján Mazúch

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

Zadanie úlohy

Pripojte riadkový senzor TSLR1410_DB k mikroprocesoru, zmerajte výstupný signál, preneste ho do PC a zobrazte. Z PC je možnosť meniť expozičnú dobu senzora.

Literatúra:

• Datasheet
• Ako to funguje

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 ich pomocou Stampplotu. Stampplot nám, ale neposkytoval požadovane dobrý priebeh, tak sme sa rozhodli zobraziť výstupný priebeh z pinu A0 pomocou osciloskopu. Nameraný výstupný signál A0 pri snímaní je zobrazený na nasledujúcom obrázku.

Obr. 6. Zaznamenaný priebeh signálu A0 pomocou kamery TSL1410_DB

Pomocou Stampplotu sme si zobrazený výstupný signál uložili do .txt súboru, a uložené dáta sme vykreslili pomocou Matlabu.

Obr. 7. Priebeh výstupného signálu vykreslený pomocou Matlabu

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 a pomocou Stampplotu sme si uložili dáta zobrazeného výstupného priebehu a vykreslili sme ich pomocou Matlabu. Výstupné priebehy z Matlabu sme porovnali s priebehom zobrazeným pomocou osciloskopu. Porovnávané priebehy z osciloskopu a z Matlabu sa zhodovali s malými odchýlkami. V zdrojovom kóde je možnosť meniť veľkosť integračného času.