🐀 🤠 👩🏼‍🌾 रिवर्स इंजीनियरिंग लेजर स्कैनर Leuze RS4 👍🏽 😏 👨🏿‍🎓

इससे पहले, मैंने रिवर्स इंजीनियरिंग के बारे में एक लेजर दूरी सेंसर के बारे में बात की । इस बार हम एक और अधिक जटिल डिवाइस के बारे में बात करेंगे - एक लेजर स्कैनर Leuze RS4। सेंसर की तरह, यह स्कैनर टूटी-फूटी स्थिति में मेरे पास आया था, इसलिए मुझे इसका काम बहाल करना शुरू करना था, और इस प्रक्रिया में इसकी कुछ विशेषताओं को सुधारना, और, वास्तव में, इसे दूसरे डिवाइस में रीमेक करना।

यह लेजर स्कैनर क्या है?

Leuze RS4 एक लेजर सुरक्षा स्कैनर है, अर्थात, यह लोगों को कार्यस्थल में खतरनाक क्षेत्रों में प्रवेश करने से रोकने के लिए बनाया गया है, उत्पादन वाहनों के टकराव को रोकने के लिए, आदि इसकी बहुत अच्छी विशेषताएं हैं - अधिकतम सीमा: 15/50 मीटर (ऑपरेटिंग मोड के आधार पर) ), संपूर्ण माप सीमा में दूरी को मापने की सटीकता 5 मिमी है, कोणीय संकल्प 0.36 डिग्री है, स्कैनिंग गति 25 आरपीएम (25000 माप / सेकंड) है।

यह ध्यान देने योग्य है कि यह स्कैनर एक सुरक्षा उपकरण के रूप में सटीक रूप से तैनात है - अर्थात्, यह मेमोरी में अलार्म और चेतावनी क्षेत्रों के स्थान को संग्रहीत करता है, और जब कोई वस्तु इन ज़ोन में प्रवेश करती है, तो स्कैनर में से एक चाबी खुलती है। ज़ोन के स्थान को कॉन्फ़िगर करने के लिए, स्कैनर को कंप्यूटर से जोड़ा जा सकता है और स्क्रीन पर बाधाओं के स्थान का निरीक्षण कर सकता है। यहां तक कि एक आरओएस पैकेज भी है जो आपको इस स्कैनर से डेटा प्राप्त करने की अनुमति देता है।
मुझे एक केस के बिना एक स्कैनर मिला, इसके घटकों में असंतुष्ट। शरीर को जोरदार झटका लगने से स्कैनर दुर्घटनाग्रस्त हो गया; वास्तव में इसने काम करना बंद कर दिया, मुझे अभी भी समझ में नहीं आया - शायद ऑप्टिक्स को गलत बताया गया था, कनेक्टर्स में से एक में संपर्क बाहर चला गया, या एनकोडर सेंसर चले गए, या कुछ और। मैंने सभी भागों को एक साथ इकट्ठा करने की कोशिश की, स्कैनर को मूल सॉफ़्टवेयर में देखा गया, लेकिन स्कैन शुरू नहीं हुआ। इसलिए मेरे पास इसे शुरू करने का एक ही तरीका है - स्कैनर सर्किट को पूरी तरह से बहाल करना, और अपना स्कैनर माइक्रोकंट्रोलर फर्मवेयर लिखना।

यहां वे भाग हैं जो मैंने देखे थे: यहां उन्हें मामले में स्थित होना चाहिए (प्रलेखन से फोटो, यह देखा जा सकता है कि डिजाइन और इलेक्ट्रॉनिक्स थोड़ा अलग हैं):

इसके अलावा स्कैनर का एक महत्वपूर्ण हिस्सा स्कैनिंग मिरर है (इसके फोटो में ऊपर नीले रंग में हाइलाइट किया गया है): इसके

स्कैनर का योजनाबद्ध आरेख:

जैसा कि आरेख से देखा जा सकता है, स्कैनर के पूरे इलेक्ट्रॉनिक्स में अलग-अलग मॉड्यूल (बोर्ड) होते हैं जो कनेक्टर्स और लूप से जुड़े होते हैं।

बहुत सारे मॉड्यूल हैं - बिजली आपूर्ति मॉड्यूल (डीसी-डीसी), इंटरफ़ेस मॉड्यूल, प्रोसेसर मॉड्यूल, फोटोडेटेक्टर मॉड्यूल (एपीडी), लेजर मॉड्यूल। इसके अलावा, एक एनकोडर मॉड्यूल और दो घोड़े की नाल के आकार के बोर्ड भी हैं, जो पहले अजीब लग रहा था।

सबसे पहले, यह उन पर ध्यान देने योग्य है:

जाहिर है, एक बोर्ड में एलईडी होते हैं, और दूसरे में फोटोडायोड होते हैं। प्रारंभ में, मुझे लगा कि यह लेजर विकिरण की जाँच के लिए किसी प्रकार का एनकोडर, या किसी प्रकार का तंत्र है। हालांकि, बाद में, स्कैनर के लिए प्रलेखन को पढ़ने और उसमें मौजूद तस्वीरों की विस्तार से जांच करने के बाद, मैंने महसूस किया कि यह स्कैनर के सुरक्षात्मक ग्लास की सतह की स्थिति की निगरानी के लिए एक प्रणाली है।

एलईडी के लिए छेद फोटो में दिखाई देते हैं:

फोटोडियोड से सिग्नल स्तर को मापकर, आप सुरक्षात्मक ग्लास के संचरण स्तर का अनुमान लगा सकते हैं। जाहिर है, यह प्रणाली स्कैनर के लिए महत्वपूर्ण नहीं है, इसलिए मैंने भविष्य में इन बोर्डों का उपयोग नहीं किया।

प्रोसेसर मॉड्यूल स्कैनर का सबसे कठिन हिस्सा है। इस प्रकार मॉड्यूल के इलेक्ट्रॉनिक्स दो तरफ से दिखते हैं:

पहली बार मैंने बोर्ड को देखा, मुझे तुरंत एहसास हुआ कि स्कैनर समय-की-उड़ान दूरी माप पद्धति (टीओएफ) का उपयोग करता है - सबसे बड़ा अंकन वाला चिप " एसीएएम टीडीसी-जीपीएक्स " निकला , जिसके बारे में मैंने पहले ही सुना है। टीडीसी - "टाइम-टू-डिजिटल कनवर्टर", अर्थात्, एक विशेष चिप जिसे बहुत अधिक सटीकता के साथ समय अंतराल को मापने के लिए डिज़ाइन किया गया है, यह वह है जो लेजर पल्स की "उड़ान" के समय को मापने के लिए उपयोग किया जाता है।
इसके अलावा बोर्ड पर एक Infineon C167 माइक्रोकंट्रोलर था जिसमें एक बाहरी फ्लैश मेमोरी चिप (जिससे प्रसन्न) और ASIC (जो बहुत परेशान है)। इस मॉड्यूल के बारे में अधिक विस्तार से मैं नीचे बताऊंगा।

पावर मॉड्यूलकई आउटपुट वोल्टेज और कई कैपेसिटर के साथ एक कस्टम गैल्वेनिक रूप से पृथक डीसी-डीसी कनवर्टर होता है:

कनवर्टर आपूर्ति वोल्टेज 24 वी है। इसकी मुख्य विशेषता यह है कि यह एक उच्च वोल्टेज (~ 230V) प्रदान करता है, जो लेजर और फोटोडेटेक्टर के संचालन के लिए एक अलग छोटे कनेक्टर के लिए आवश्यक है।

यह मुख्य कनेक्टर के लिए निम्नलिखित वोल्टेज को भी आउटपुट करता है: RS232 इंटरफ़ेस के लिए + 5V, -5V, ~ 15V, शेष से अलग + 5V।

स्कैनर का ऑप्टिकल हिस्सा

पहली नज़र में, यह बहुत स्पष्ट नहीं है कि स्कैनर के प्रकाशिकी कहां हैं। इस मामले में, फोटो के केंद्र में एक दर्पण के साथ एक छोटी खिड़की लेजर बीम का उत्पादन करने के लिए कार्य करती है, और इसके चारों ओर एक बड़ी चमकदार सतह फोटोडेटेक्टर लेंस के सामने स्थापित एक हस्तक्षेप फिल्टर की सतह है। यह फिल्टर केवल विकिरण को स्थानांतरित करता है जिसकी तरंग दैर्ध्य लेजर तरंग दैर्ध्य के करीब होती है।

इसे स्कैनर प्रलेखन में दिखाया गया है:

लेंस खुद को एक काले प्लास्टिक के आवास के अंदर रखा गया है, इसलिए इसे देखने के लिए समस्याग्रस्त है। इस आवरण के अंत में, ऊपर की तस्वीर में जो देखा गया है, उसके विपरीत, लेजर मॉड्यूल और फोटोडेटेक्टर निश्चित हैं : लेजर मॉड्यूल

लेजर मॉड्यूल का दृश्य (सर्किट के ड्राइंग के दौरान कुछ विवरण मेरे द्वारा चिह्नित किए गए हैं): जैसा कि आप देख सकते हैं, इस मॉड्यूल का सर्किट्री काफी सरल है, इसलिए मैं इसके सर्किट को पूरी तरह से बहाल कर सकता हूं: बोर्ड पर एक बड़ा गोल हिस्सा एक विशेष लेजर कड़वा है। दुर्भाग्य से, इस पर कोई चिह्न नहीं थे, इसलिए इस पर कोई दस्तावेज नहीं पाया जा सका। आप स्कैनर पर विवरण से पता लगा सकते हैं - "लेजर प्रकाश तरंग दैर्ध्य - 905 एनएम", "लेजर वर्ग - 1", "पल्स अवधि - 0.003,", "पुनरावृत्ति आवृत्ति - 25 kHz"। मॉड्यूल सर्किट को पुनर्स्थापित करने और इसके संचालन का विश्लेषण करके क्या समझना संभव था:

लेजर एमिटर लगातार 143 वी की आपूर्ति वोल्टेज के साथ आपूर्ति की जाती है, जो जेनर डायोड द्वारा सीमित है।
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सभी लेजर नियंत्रण एक लाइन में किया जाता है - "LASER_PULSE"। लाइन पर अधिकांश समय "उच्च" स्तर होना चाहिए। जब एक नकारात्मक पल्स लगाया जाता है, तो ट्रिगर DD1 इसके प्रमुख किनारे पर 0 पर रीसेट हो जाता है, और अनुगामी किनारे पर, ट्रिगर फोटोोडिओड और लेजर से सिग्नल के लिए "प्रतीक्षा" शुरू होता है। जब फोटोडियोड से एक संकेत दिखाई देता है, ट्रिगर 1 पर स्विच करता है।
आप मॉड्यूल से जुड़े कनेक्टर का उपयोग करके दो समाक्षीय तारों को नोटिस कर सकते हैं। वे ट्रिगर सिग्नल से टीडीसी चिप तक अंतर सिग्नल को प्रसारित करने के लिए उपयोग किए जाते हैं।

इस मॉड्यूल पर भी पाँच एल ई डी हैं। प्रोसेसर मॉड्यूल उन्हें नियंत्रित करता है।

Photodetector
मॉड्यूल मॉड्यूल स्वयं इस तरह दिखता है: Photodetector का फोटो स्वयं के पास:

बोर्ड के कोने में उच्च वोल्टेज संकेत स्पष्ट रूप से दिखाता है कि एक हिमस्खलन फोटोडायोड (एपीडी) का उपयोग यहां किया जाता है - उन्हें संचालित करने के लिए काफी उच्च वोल्टेज की आवश्यकता होती है।

दुर्भाग्य से, फोटोडेटेक्टर निकाय पर कोई दृश्य चिह्न नहीं थे। स्वयं फोटोडायोड (केंद्र में) पर प्रतीक द्वारा, यह केवल यह निर्धारित करना संभव था कि यह प्रशांत सिलिकॉन सेंसर (फर्स्ट सेंसर) द्वारा निर्मित किया गया था।हालांकि, उसके बारे में अधिक जानकारी नहीं थी, शायद वह कस्टम-मेड है। फोटो से देखा जा सकता है कि यह फोटोडेटेक्टर एक हाइब्रिड है, अर्थात्। एक अंतर्निर्मित एम्पलीफायर होता है - यह फोटोडायोड के ऊपर स्पष्ट रूप से दिखाई देता है। जाहिर है, एम्पलीफायर और फोटोडियोड को शक्ति की आवश्यकता होती है - इसे निचले टर्मिनलों के माध्यम से खिलाया जाता है (कैपेसिटर उन्हें मिलाया जाता है)। एक बड़ा रहस्य फोटोडिओड के बाईं ओर छोटा विस्तार था, जिसमें तीन कंडक्टर हैं। आगे के शोध से पता चला कि यह एक एनालॉग थर्मल सेंसर है।

यह मॉड्यूल पिछले एक की तुलना में बहुत अधिक जटिल है, यह एक बहुपरत मुद्रित सर्किट बोर्ड का उपयोग करता है - कम से कम 4 परतें, बोर्ड की बाहरी परत पर स्थित अधिकांश सिग्नल लाइनों के साथ, जो इसके विश्लेषण को बहुत सुविधाजनक बनाती हैं। इस मॉड्यूल में, मैंने लगभग 80% सर्किट को बहाल कर दिया, बाकी इसकी वास्तव में मेरे लिए कोई आवश्यकता नहीं थी।

फोटोडेटेक्टर मॉड्यूल के परिणामस्वरूप सर्किट: सर्किट के शीर्ष पर एक हिमस्खलन फोटोडोडोड के लिए एक समायोज्य रैखिक उच्च वोल्टेज स्रोत है। यह कम से कम 150 V का एक स्थिर वोल्टेज उत्पन्न कर सकता है। यह स्रोत DA1 DAC (LTC1451) द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

चूंकि स्कैनर एक स्पंदित रेंज फाइंडर पर आधारित है, इसलिए फोटोडेटेक्टर मॉड्यूल का मुख्य कार्य एक बाधा से प्रतिबिंबित एक पर्याप्त रूप से कमजोर लेजर सिग्नल का जल्दी से पता लगाना है। चूंकि प्रकाश संकेत का स्तर बहुत छोटा है, इसलिए इसे केवल हिमस्खलन फोटोडोडीओइड का उपयोग करके पता लगाया जा सकता है, जिसका अपना लाभ है। इस मामले में, फोटोडायोड से संकेत अतिरिक्त रूप से एक एकीकृत एम्पलीफायर द्वारा एकीकृत किया जाता है जो फोटोडेटेक्टर में एकीकृत होता है। इस तथ्य के कारण कि एम्पलीफायर को फोटोडेटेक्टर के शरीर में बनाया गया है, उपयोगी सिग्नल पर हस्तक्षेप का प्रभाव कम हो जाता है। फोटोडेटेक्टर (OUT_B) द्वारा उत्पन्न सिग्नल को एक निश्चित DA4 चिप में प्रेषित किया जाता है, जो, जाहिरा तौर पर, एक अन्य उच्च आवृत्ति एम्पलीफायर है। इसके बाद, संकेत उच्च गति तुलनित्र D1 (MAX9601) के प्रत्यक्ष इनपुट को प्रेषित किया जाता है।रोकनेवाला विभक्त (लगभग 50 mV) से संदर्भ संकेत इस तुलनित्र के व्युत्क्रम इनपुट को खिलाया जाता है।

तुलनित्र के उत्पादन में संकेत अंतर है, यह सीधे प्रोसेसर मॉड्यूल बोर्ड पर एक समाक्षीय तार के माध्यम से प्रेषित होता है।

इसके अलावा, डीए 4 एम्पलीफायर के आउटपुट से संकेत किसी प्रकार के शिखर डिटेक्टर को प्रेषित किया जाता है, जो प्राप्त पल्स के अधिकतम स्तर को "याद" करता है। मैंने इस नोड के सर्किट को पुनर्स्थापित करना शुरू नहीं किया, और सर्किट पर केवल इसकी आउटपुट स्टेज (यू 1 चिप) को आकर्षित किया, जिसमें से संकेत भी प्रोसेसर मॉड्यूल को प्रेषित किया जाता है।

स्कैनर के कुछ हिस्सों में से एक, जो मेरे लिए कम स्पष्ट है, RF एम्पलीफायर के आउटपुट में स्थापित Q3 ट्रांजिस्टर है। सर्किटरी को देखते हुए, एम्पलीफायर आउटपुट पर सिग्नल के क्षीणन को सक्षम करने की आवश्यकता होती है। प्रोसेसर बोर्ड (लाइन 10 - "डिजी") से एक सिग्नल का उपयोग करके इस ट्रांजिस्टर को नियंत्रित किया जा सकता है।

आप देख सकते हैं कि बोर्ड में EEPROM चिप है। इस चिप के सभी सिग्नल आउटपुट प्रोसेसर बोर्ड से जुड़े होते हैं। जाहिर है, इस माइक्रोक्रेसीट में कुछ मापदंडों को संग्रहीत किया गया था, प्रत्येक फोटोडेटेक्टर बोर्ड के लिए अद्वितीय, और बोर्ड का परीक्षण करते समय इसमें दर्ज किया गया था। विशेष रूप से, यह आपूर्ति वोल्टेज पर लाभ एपीडी की निर्भरता का एक वक्र हो सकता है, इसके तापमान पर तापमान संवेदक के उत्पादन में वोल्टेज की निर्भरता, और अन्य समान विशेषताएं।

आप देख सकते हैं कि DOD और EEPROM से जुड़ी CLK, CS, CS2 की तर्ज पर कुछ स्तरों को निर्धारित करके फोटोडेटेक्टर की शक्ति को नियंत्रित किया जा सकता है।

बोर्ड में कई सर्किट होते हैं जो इसकी स्थिति की निगरानी करने के लिए डिज़ाइन किए जाते हैं। आप एपीडी के वोल्टेज स्तर, इसके तापमान (लाइन 7) और तुलनित्र की सीमा को नियंत्रित कर सकते हैं। ये वोल्टेज DA3-DA5 परिचालन एम्पलीफायरों द्वारा परिवर्तित किए जाते हैं और प्रोसेसर मॉड्यूल बोर्ड को प्रेषित किए जाते हैं।

प्रोसेसर मॉड्यूल पर लौटना यह मॉड्यूल सभी का सबसे जटिल है, इसमें बड़ी संख्या में बहु-आउटपुट माइक्रोक्रिस्केट शामिल हैं, मुद्रित सर्किट बोर्ड फिर से चार-परत है, और अधिकांश सिग्नल लाइनें आंतरिक परतों में अलग हो जाती हैं, जो सर्किट की बहाली को काफी जटिल करती हैं। बहुत बार यह पता चला है कि पटरियों को बोर्ड के दूसरी तरफ स्विच किया गया था। जल्दी से खोज करने के लिए जहां एक विशेष ट्रैक जुड़ा हुआ है, मुझे बस ऐसे ब्रश का उपयोग करना था, जो मल्टीमीटर से जुड़ा हुआ है (डायलर मोड में):

मैंने लगभग 70% योजना को बहाल किया - बाकी मुझे वास्तव में ज़रूरत नहीं थी। प्रोसेसर मॉड्यूल का ब्लॉक आरेख: प्रोसेसर मॉड्यूल

का परिणामी आरेख: इस तथ्य के बावजूद कि मैं इस मॉड्यूल को "प्रोसेसर मॉड्यूल" हर जगह कहता हूं, वास्तव में यह Infineon SAK-C167CR-L33M माइक्रोकंट्रोलर पर आधारित है । इसमें 144 पिन हैं, और यह काफी पुराने C166 आर्किटेक्चर पर बनाया गया है। इस माइक्रोकंट्रोलर की अपनी गैर-वाष्पशील मेमोरी नहीं होती है - यह एक समानांतर बस के माध्यम से बाहरी मेमोरी को कनेक्ट करने के लिए आवश्यक है। इन उद्देश्यों के लिए, स्कैनर में फ्लैश मेमोरी चिप M29F400B (512K x 8 / 256K x 16) है। इसके अलावा, दो रैम चिप्स माइक्रोकंट्रोलर - IS61C6416AL-12 (64K x 16) और K6R4016C1D (256K x 16) से जुड़े हैं।

आप देख सकते हैं कि पता बस एक बिट की एक शिफ्ट के साथ सभी मेमोरी माइक्रोक्रेसीट से जुड़ा हुआ है - मेमोरी लाइनें A0 माइक्रोकंट्रोलर की लाइन A1 से जुड़ी हैं। यह इस तथ्य के कारण है कि पते बाइट्स में पता बस पर सेट किए गए हैं, लेकिन नियंत्रक और मेमोरी 16-बिट हैं। नियंत्रक को 16-बिट शब्द में पड़ोसी बाइट्स को प्रभावित किए बिना रैम को सिंगल बाइट्स लिखने के लिए, मेमोरी चिप्स में विशेष लाइनें यूबीएन, एलबीएन हैं। यह समाधान समानांतर बसों वाले उपकरणों में बहुत आम है और नियंत्रक के लिए प्रलेखन में विस्तार से वर्णित है।

लेकिन प्रोसेसर मॉड्यूल में एक और समाधान मेरे लिए पूरी तरह से स्पष्ट नहीं हुआ। यदि आप U1 फ्लैश मेमोरी चिप को देखते हैं, तो आप देखेंगे कि चिप की A14 लाइन जमीन से जुड़ी है। संबंधित A15 नियंत्रक पता बस लाइन चिप से जुड़ा नहीं है। परिणाम यह है कि नियंत्रक की फ्लैश मेमोरी के केवल आधे हिस्से तक पहुंच है। RAM2 चिप (DD3) के साथ पूरी तरह से समान स्थिति।

RAM1 (DD2) चिप के साथ, स्थिति कुछ अलग है - A15 कंट्रोलर लाइन भी इससे जुड़ी नहीं है, लेकिन एक ही समय में इस चिप के सभी एड्रेस इनपुट एड्रेस बस से जुड़े हुए हैं, ताकि कंट्रोलर को चिप की पूरी मेमोरी तक पहुंच हो।

और अब आपको तार्किक तत्वों DX1, DX2, DD4 पर नोड पर ध्यान देना चाहिए। यह ये माइक्रोकैरिकट्स हैं जो यह निर्धारित करते हैं कि माइक्रोकंट्रोलर द्वारा कौन से मेमोरी माइक्रोकिरेट्स का चयन किया जाता है। यह देखा जा सकता है कि वे निम्नलिखित संकेतों द्वारा नियंत्रित होते हैं:

WRn - रिकॉर्डिंग सिग्नल, सक्रिय स्तर - कम। इस लाइन पर, माइक्रोकंट्रोलर एक निम्न स्तर निर्धारित करता है जब आपको बाहरी रैम मेमोरी में कुछ डेटा लिखने की आवश्यकता होती है
A15 एक ही डेटा बस लाइन है जो किसी भी मेमोरी चिप से सीधे कनेक्ट नहीं होती है।
CSn0 एक विशेष चिप चयन संकेत है, सक्रिय स्तर कम है। यह रेखा नियंत्रक में एकीकृत पते के डिकोडर से जुड़ी है। एक रीसेट के बाद, नियंत्रक कम है।
RAM2_CE - जमीन से लिफ्ट के साथ नियंत्रक के GPIO से जुड़ा।

इस नोड के संचालन के तर्क को तालिका द्वारा अच्छी तरह से वर्णित किया गया है:

जैसा कि आप देख सकते हैं, RAM2_CE लाइन की स्थिति के आधार पर, माइक्रोकंट्रोलर फ्लैश मेमोरी के साथ या RAM2 (DD3) माइक्रोक्रेकिट के साथ काम करेगा, और उनके लिए पता स्थान मेल खाता है। यह ध्यान देने योग्य है कि इन microcircuits की मेमोरी क्षमता समान है। शायद यह डिवाइस के फर्मवेयर को अपडेट करने को सरल बनाने के लिए किया जाता है। एक अन्य विकल्प है - स्थापित रैम फ्लैश मेमोरी की तुलना में 3 गुना तेज है, इसलिए नियंत्रक शुरू करने के बाद FLASH की सामग्री को RAM2 पर कॉपी कर सकता है, जिसके बाद प्रोग्राम को इससे निष्पादित किया जाता है।

लेकिन ए 15 लाइन पर उच्च स्तर स्पष्ट रूप से निर्धारित करता है कि नियंत्रक रैम चिप (डीडी 2) के साथ काम करेगा।

परिणामस्वरूप, यह पता चलता है कि फ्लेश और रैम 1 मेमोरी कंट्रोलर के एड्रेस स्पेस में वैकल्पिक है:

रैम का क्षेत्र जो पहले से ही सामना किया गया था, को लाल रंग में हाइलाइट किया गया है - इसे एक्सेस करते समय, नियंत्रक वास्तविकता में पते (0x8000-0xFFFF) पर स्थित डेटा तक पहुंच प्राप्त करेगा।
कंपाइलर कॉन्फ़िगरेशन गैर-तुच्छ है, और, जैसा कि मैंने ऊपर उल्लेख किया है, फ्लैश / रैम 2 का आधा हिस्सा खो गया है। स्कैनर के डेवलपर्स ने फ्लेश और रैम चिप्स के बीच स्विच क्यों नहीं किया, नियंत्रक के विशेष CSnX लाइन का उपयोग करना स्पष्ट नहीं है।

जैसा कि मैंने पहले ही उल्लेख किया है, उपयोग किए गए नियंत्रक में फ्लैश-मेमोरी नहीं है, और इसलिए, फ्यूज-बिट्स। नियंत्रक के कुछ मापदंडों को कॉन्फ़िगर करने के लिए: डेटा बस की चौड़ाई और पता, PLL मापदंडों का उपयोग डेटा बस से जुड़े पुल-डाउन प्रतिरोधों में किया जाता है। नियंत्रक में स्वयं निर्मित उच्च प्रतिरोध (> 100 KOhm) के पुल-अप प्रतिरोधक हैं जो पूरी बस से जुड़े हैं। इस प्रकार, बाहरी प्रतिरोधों के कारण, बस पर संकेतों का एक निश्चित संयोजन स्थापित होता है, जिसे चालू होने पर नियंत्रक पढ़ता है। यह आवश्यक नियंत्रक सेटिंग्स निर्धारित करता है।

इस मामले में, हम प्रतिरोधों R3-R6 के बारे में बात कर रहे हैं। प्रतिरोधों का चयनित कॉन्फ़िगरेशन परिणामी बस सिग्नल कनेक्शन के अनुरूप है और 33 MHz की नियंत्रक घड़ी की गति प्रदान करता है।

मिरर एनकोडर से पल्स सिग्नल को लॉजिक तत्व OR6 के माध्यम से माइक्रोकंट्रोलर के टाइमर "T2IN" के इनपुट को खिलाया जाता है। इस चिप का दूसरा इनपुट नियंत्रक के GPIO से जुड़ा है, जो आपको दालों की आपूर्ति को टाइमर इनपुट में अक्षम करने की अनुमति देता है। इस तरह के समाधान की आवश्यकता क्यों है, और क्यों टाइमर को प्रोग्रामेटिक रूप से बंद करना असंभव है, मुझे अभी भी समझ में नहीं आता है।

अब आपको टीडीसी चिप (डीडी 1) पर ध्यान देना चाहिए।

स्कैनर में एक टीडीसी-जीपीएक्स चिप है - जो एसीएएम की श्रेणी में सबसे "उन्नत" है। 10 पीएस आरएमएस तक के समय अंतराल को मापने का दावा किया सटीकता। Microcircuit में LVTTL लाइनों के 8 इनपुट चैनल और LVECL (अंतर) के 2 चैनल हैं।
इस स्कैनर में, समय मापन की अधिकतम सटीकता प्राप्त करने के लिए, यह एलवीईसीएल इनपुट है जिसका उपयोग लेजर मॉड्यूल और फोटोडेटेक्टर मॉड्यूल से चार समाक्षीय केबलों का उपयोग करके सिग्नल प्राप्त करने के लिए किया जाता है। लेजर मॉड्यूल से संकेतों को DStart / DStartN के इनपुट से खिलाया जाता है, और समय गणना शुरू करते हैं। फोटोडेटेक्टर मॉड्यूल से संकेत इनपुट DStop1 / DStop1N, DStop2 / DStop2N को खिलाया जाता है, और समय गिनती को रोकते हैं। जैसा कि आरेख से देखा जा सकता है, स्टॉप सिग्नल तुरंत दो टीडीसी चैनलों पर लागू होते हैं, व्युत्क्रम ध्रुवीयता के साथ। इसके कारण, प्रकाश पल्स की "उड़ान" की न केवल अवधि को मापना संभव है, बल्कि प्राप्त पल्स की चौड़ाई भी है।

टीडीसी-जीपीएक्स में 28-बिट डेटा बस है, लेकिन इसे 16-बिट मोड पर स्विच किया जा सकता है, जो कि स्कैनर में उपयोग किया जाता है। एड्रेस बस 4-बिट है, इसे भी 1 बिट द्वारा शिफ्ट किया जाता है, जैसे मेमोरी चिप्स। चिप्स DD8, DD9, U2 का उपयोग चिप के नियंत्रण संकेतों को उत्पन्न करने और स्तरों से मिलान करने के लिए किया जाता है - 3.3V से माइक्रोकंट्रोलर 5V और TDC से काम करता है। सामान्य तौर पर, टीडीसी बिजली प्रणाली काफी जटिल है, यहां तक कि आपूर्ति वोल्टेज का एक स्वचालित समायोजन भी है। इसकी जटिलता के कारण, मैंने इसका आरेख बनाना शुरू नहीं किया - मुझे संदेह है कि यह एक डेटशीट से बहुत अलग नहीं है।

माइक्रोकंट्रोलर और टीडीसी की प्रोग्रामिंग पर बाद में चर्चा की जाएगी।

जैसा कि मैंने पहले उल्लेख किया है, बोर्ड पर "LEUZE98" और "WATCHDOG" शिलालेख के साथ एक कस्टम ASIC चिप स्थापित है। यह अज्ञात क्या है। यह देखा जा सकता है कि एक 20 मेगाहर्ट्ज क्रिस्टल थरथरानवाला इस microcircuit से जुड़ा है। चूंकि मैं माइक्रोकंट्रोलर को प्रोग्राम करने में सक्षम था, इसलिए मैंने यह सुनिश्चित किया कि एएसआईसी इसके संचालन में हस्तक्षेप नहीं करता है, और एएसआईसी कनेक्शन आरेख को पुनर्स्थापित नहीं करता है। जहां तक मैं समझता हूं, यह चिप एक समानांतर बस के माध्यम से नियंत्रक के साथ संवाद करती है। यह संभव है कि यह ASIC है जो रीसेट सिग्नल RESETn जेनरेट करता है, जो कंट्रोलर और TDC को रीसेट करता है।

फिर भी, कुछ जंजीरों से अधिक विस्तार से निपटना आवश्यक था।

जैसा कि यह निकला, लेजर कंट्रोल सिग्नल "LASER_PULSE" को ट्रांजिस्टर टी 1, टी 2 पर एक नोड का उपयोग करके माइक्रोकंट्रोलर और एएसआईसी दोनों द्वारा उत्पन्न किया जा सकता है। इस स्थिति में, जब चालू होता है, तो ASIC ट्रांजिस्टर T1 खोलता है, ताकि नियंत्रक लेजर को नियंत्रित करने में असमर्थ हो। इस वजह से, मुझे रोकनेवाला R24 को निकालना पड़ा - और लेजर को नियंत्रक द्वारा सामान्य रूप से नियंत्रित किया जाने लगा।

दर्पण मोटर नियंत्रण संकेत लाइन_मोटर 1 भी ASIC (डायोड डी 2 के माध्यम से) से आया था। इस वजह से, मुझे बोर्ड पर ट्रैक को काटना पड़ा और इस सिग्नल को सीधे GPIO कंट्रोलर - P3.15 के फ्री आउटपुट से जोड़ना पड़ा।

सबसे अजीब बात यह है कि फोटोडेटेक्टर मॉड्यूल सर्किट बोर्ड पर स्थापित डीएसी से जुड़ी सीएस 2 लाइन भी एएसआईसी से जुड़ी हुई है। इस वजह से, नियंत्रक एपीडी आपूर्ति वोल्टेज को स्वतंत्र रूप से सेट नहीं कर सका, और एपीडी एम्पलीफायर चालू कर सकता है। शायद यह स्कैनर की विश्वसनीयता बढ़ाने के लिए किया गया था - एक गलत डीएसी सेटिंग एपीडी की विफलता का कारण बन सकती है। मुझे भी इस लाइन को P3.4 कंट्रोलर के फ्री GPIO पिन से जोड़ना था।

यह सर्वविदित है कि यह ASIC है जो लेजर मॉड्यूल पर लगे तीन एल ई डी को नियंत्रित करता है। स्कैनर की स्थिति को प्रदर्शित करने वाले दो और एल ई डी (कार्य क्षेत्र में एक बाधा की उपस्थिति) को नियंत्रक - एलएन 1, एलएन 2 से नियंत्रित किया जाता है। ये लाइनें इंटरफ़ेस मॉड्यूल बोर्ड पर भी जाती हैं।

चूंकि स्कैनर सुरक्षा प्रणालियों में काम कर सकता है, प्रोसेसर बोर्ड में इसकी स्थिति के निदान के लिए बड़ी संख्या में नोड्स हैं। प्रोसेसर (और संभवतः एएसआईसी) एक लेजर के समावेश (यू 3 चिप का उपयोग करके) का पता लगा सकता है, कई आपूर्ति वोल्टेज के स्तर को नियंत्रित कर सकता है, एपीडी आपूर्ति वोल्टेज, एपीडी तापमान, और फोटोडेटेक्टर बोर्ड पर तुलनित्र सीमा।

इस तथ्य के कारण कि नियंत्रक के एडीसी का संदर्भ वोल्टेज 4.1 वी है, मापा वोल्टेज का एक हिस्सा रोकनेवाला डिवाइडर की मदद से कम हो जाता है - उन्हें दाईं ओर आरेख में देखा जा सकता है।

और अब यह असामान्य "डिजी" सिग्नल उत्पन्न करने की विधि पर एक करीब से नज़र डालने के लिए सार्थक है , जिसका मैंने फोटोडेटेक्टर मॉड्यूल का वर्णन करते समय पहले उल्लेख किया था।

नीचे दिए गए आरेख में प्रोसेसर मॉड्यूल (नीचे) और फोटोडेटेक्टर मॉड्यूल (शीर्ष) दोनों के नोड्स दिखाए गए हैं:

तीर तारों का उपयोग करके मॉड्यूल का कनेक्शन दिखाते हैं। नीचे मैं इन नोड्स के संचालन का वर्णन करूंगा, जैसा कि मैं इसे समझता हूं। फोटोडेटेक्टर मॉड्यूल में, एपीडी आउटपुट से संकेत डीए 4 चिप द्वारा प्रवर्धित किया जाता है, जिसके बाद इसे तुलनित्र डी 1 में स्थानांतरित किया जाता है। यदि तुलनित्र के इनपुट पर संकेत स्तर 50 mV से अधिक है, तो तुलनित्र के आउटपुट पर एक उच्च स्तर निर्धारित किया जाता है। तुलनित्र के आउटपुट से संकेत प्रोसेसर मॉड्यूल को प्रेषित किया जाता है। सबसे पहले, यह टीडीसी इनपुट में प्रवेश करता है, जो लेजर पल्स की शुरुआत से समय की गणना करता है। लेकिन इसके अलावा, यह संकेत डी-ट्रिगर डीडी 1 के घड़ी इनपुट को खिलाया जाता है। ट्रिगर सिग्नल इनपुट के लिए एक तार्किक इकाई की आपूर्ति हमेशा की जाती है, और ट्रिगर को BASE5 नियंत्रक की GPIO लाइन का उपयोग करके शून्य पर रीसेट किया जा सकता है। इस प्रकार, तुलनित्र का संचालन एक स्नैप ट्रिगर "1" की ओर जाता है। इस ट्रिगर में एक अंतर आउटपुट है,सिग्नल जिसमें से D3 चिप के इनपुट को खिलाया जाता है, जो इसे LVTTL प्रारूप में परिवर्तित करता है। यह संकेत फोटोडेटेक्टर मॉड्यूल के "डिजी" इनपुट को खिलाया जाता है। जैसा कि मैंने पहले उल्लेख किया है, मेरी राय में, इस संकेत की उपस्थिति तुलनित्र के इनपुट पर सिग्नल स्तर के कमजोर होने की ओर जाता है।

मुख्य प्रश्न यह है कि इसकी आवश्यकता क्यों है और इसे लागू करना इतना कठिन क्यों है? फोटोडेटेक्टर मॉड्यूल के बोर्ड पर दोनों नोड्स बनाना असंभव क्यों था?

मैं केवल अपनी मान्यताओं को व्यक्त कर सकता हूं। शायद संतृप्ति के लिए तुलनित्र या आयाम डिटेक्टर के संक्रमण से बचने के लिए संकेत को देखा जाना चाहिए। शायद - प्राप्त पल्स की लंबाई कम करने के लिए। दोनों नोड्स के लिए, बस फोटोडेटेक्टर बोर्ड पर जगह नहीं हो सकती है। एक अन्य विकल्प भी संभव है - संकेत को कॉक्सियल तारों के माध्यम से टीडीसी तक पहुंचने का समय होने के बाद ही कमजोर होने की जरूरत है, जो इस तरह के एक जटिल डिजाइन को सही ठहराता है।
अध्ययन से पता चला कि एक नई लेजर पल्स शुरू करने से पहले, ट्रिगर को रीसेट करना आवश्यक है, अन्यथा दालों को स्वीकार नहीं किया जाता है।

इंटरफ़ेस मॉड्यूल
दुर्भाग्य से, मुझे इस मॉड्यूल की एक अच्छी तस्वीर नहीं मिली। केवल यह एक है:

यह इस मॉड्यूल पर है कि केवल दो कनेक्टर स्थापित हैं, जिससे आप स्कैनर के बाहर कनेक्ट कर सकते हैं। उनमें से एक RS-232 / RS-422 है, दूसरे के अनुसार, स्कैनर को बिजली की आपूर्ति की जाती है, नियंत्रण संकेतों की आपूर्ति की जाती है, और यहां एक सुरक्षा सर्किट जुड़ा हुआ है।

इस मॉड्यूल में UART-RS232 / RS485 कन्वर्टर्स और गैल्वेनिक आइसोलेशन के ऑप्टोकॉपर्स शामिल हैं (वे दाईं ओर दिखाए गए एक अलग छोटे बोर्ड पर स्थापित हैं), सुरक्षा सर्किट की पावर कुंजियां, रेंज फाइंडर लाइनों के इनपुट सर्किट, एक मोटर कंट्रोल सर्किट, एक एनकोडर सिग्नल कनवर्टर।

पावर मॉड्यूल और प्रोसेसर मॉड्यूल, साथ ही एनकोडर मॉड्यूल और मिरर मोटर इस मॉड्यूल से जुड़े हुए हैं (मॉड्यूल के तल पर कनेक्टर्स का उपयोग करते हुए, वे फोटो में दिखाई नहीं देते हैं)।

इंटरफ़ेस मॉड्यूल का आंशिक आरेख: मैंने इस मॉड्यूल (लगभग 20%) के सर्किट आरेख का केवल हिस्सा बहाल किया, क्योंकि मुझे सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक कुंजियों और इनपुट लाइनों में कोई दिलचस्पी नहीं थी। और वहाँ काफी कुछ घाव हैं, प्रलेखन में सुरक्षा सर्किट, शॉर्ट-सर्किट निगरानी और अन्य कार्यक्षमता पर वर्तमान सीमा का उल्लेख है।

दर्पण मोटर के रोटेशन की गति को थोड़ा अजीब ढंग से नियंत्रित किया। मोटर के वोल्टेज को बदलकर गति नियंत्रण लागू किया जाता है - इसके साथ, सब कुछ स्पष्ट है। लेकिन इस वोल्टेज का समायोजन स्वयं एक परिचालन एम्पलीफायर पर एक निश्चित एकीकृत श्रृंखला की मदद से किया जाता है। वोल्टेज बढ़ाने के लिए, कंट्रोलर लाइन_मोट 1 पर लाइन को कम करने के लिए सेट करता है - 1. जाहिर है, एनकोडर से निरंतर प्रतिक्रिया के बिना, मोटर या तो नियंत्रक के माध्यम से अधिकतम गति को रोकता है या तेज करता है।

जैसा कि यह निकला, UART-RS232 LTC1387 कनवर्टर चिप काफी धीमी है - 500 kbit / s की गति से, डेटा विकृत हो गया था। इस वजह से, मुझे इस चिप के साथ एक छोटा बोर्ड निकालना पड़ा, और यूएसबी-यूएआर कनवर्टर को सीधे इंटरफ़ेस मॉड्यूल बोर्ड से कनेक्ट करना पड़ा।

अब जब मैंने सभी मॉड्यूलों के डिजाइन के बारे में बात की है, तो यह रिवर्स इंजीनियरिंग की प्रक्रिया के बारे में विस्तृत करने के लिए सार्थक है।

जब मैंने स्कैनर इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ सौदा करना शुरू किया, तो मुझे सबसे अधिक डर था कि एक लेजर या फोटोडेटेक्टर को प्रभाव के परिणामस्वरूप क्षतिग्रस्त किया जा सकता है। उसी समय, मुझे यकीन नहीं था कि मैं प्रोसेसर मॉड्यूल लॉन्च करने में सक्षम होगा - अपरिचित माइक्रोकंट्रोलर और एएसआईसी शर्मिंदा थे। इसलिए, सबसे पहले, मैंने लेजर मॉड्यूल के सर्किट को पुनर्स्थापित किया, और फिर फोटोडेटेक्टर मॉड्यूल। चूंकि मैं इन मॉड्यूल के सर्किट्री को समझने और उनके कनेक्टर्स पर सभी संपर्कों के उद्देश्य को निर्धारित करने में सक्षम था, इसलिए प्रोसेसर मॉड्यूल के लिए आगे बढ़ना संभव था। अंतिम उपाय के रूप में, यदि मैं इसे शुरू नहीं कर सकता, तो मुझे STM32 + TDC-GP2 microcircuits पर इस मॉड्यूल का एनालॉग बनाने का विचार था।

जाहिर है, मॉड्यूल की जांच करने के लिए, आपको Infineon SAK-C167CR माइक्रोकंट्रोलर पर अपना प्रोग्राम चलाने की आवश्यकता है। फिर, यह याद रखने योग्य है कि इस नियंत्रक में अंतर्निहित फ्लैश मेमोरी नहीं है। इसके अलावा, जैसा कि यह निकला, नियंत्रक में कोई विशेष डीबगिंग इंटरफेस (जेटीजी सहित) नहीं है। संभावना की एक उच्च डिग्री के साथ, फर्मवेयर कारखाने में प्रोग्रामर में एक बाहरी फ्लैश को लिखा जाता है। हालांकि, जैसा कि यह निकला, सब कुछ इतना बुरा नहीं है - नियंत्रक में बूटलोडर ("बूटस्ट्रैप लोडर") है, जो UART पर काम कर रहा है। यह बूटलोडर नियंत्रक के अंतर्निहित बूट-रोम में संग्रहीत है, इसलिए यह मेरे नियंत्रक में होना चाहिए। और यह काफी अजीब तरह से काम करता है - इसे स्टार्टअप पर सक्रिय करने के लिए, आपको डेटा बस लाइन P0L.4 को कम पर सेट करना होगा।जिसके बाद कंट्रोलर होस्ट से 0x00 बाइट के आने का इंतजार करने लगता है। इस बाइट को स्वीकार करने के बाद, बूटलोडर स्वचालित रूप से ट्रांसफर दर निर्धारित करता है, और 32 बाइट्स डेटा की प्रतीक्षा करना शुरू कर देता है जो इसे कंट्रोलर के आंतरिक रैम में कॉपी करता है। डेटा प्राप्त होने के बाद, नियंत्रक प्राप्त कार्यक्रम (16 नियंत्रक शब्द) के निष्पादन को शुरू करता है।

वास्तव में, इन 32 बाइट्स में आपको एक अन्य लोडर ("प्रीलोडर") को धकेलना होगा, जो मेजबान से मुख्य लोडर "एक्सटर्नल लोडर" को प्राप्त करेगा, और इसका निष्पादन शुरू करेगा।

यहां मैं भाग्यशाली था - इस प्रोसेसर के लिए पहले से ही एक तैयार फ़्लैशिट प्रोग्राम है जो सभी उल्लिखित कार्यों को स्वचालित रूप से कर सकता है। इसमें निर्मित लोडर में काफी कार्यक्षमता है - इसके साथ आप स्वचालित रूप से स्थापित फ्लैश मेमोरी के मॉडल को निर्धारित कर सकते हैं, नियंत्रक रजिस्टरों की सामग्री को संपादित और देख सकते हैं, आप एडीसी चैनलों की स्थिति देख सकते हैं।

मुझे कंट्रोलर के P0L.4 लाइन से जुड़े बोर्ड पर कोई टेस्ट पैड नहीं मिला, इसलिए बूटलोडर को शुरू करने के लिए, मुझे इस लाइन के लिए एक विशेष पिन मिला देना था। मैंने एक रैम चिप्स के मामले में पिन को चिपका दिया। बूटलोडर को शुरू करने के लिए, आपको इस पिन को 8 kor रेसिस्टर से जमीन से जोड़ना होगा।

जब मैंने बोर्ड को कंप्यूटर से जोड़ा, और प्रोसेसर मॉड्यूल को बिजली लागू की, तो माइक्रोकंट्रोलर वास्तव में फ्लेशिट में दिखा। उसके बाद, मैंने केइल में एक छोटा सा प्रोग्राम लिखा जिसमें से एक कंट्रोलर पिन को स्विच किया और फ्लैश में लिखा। कार्यक्रम ने ठीक काम किया, ASIC ने हस्तक्षेप नहीं किया (मैं इसमें निर्मित किसी प्रकार के वॉचडॉग तंत्र से डरता था, या बसों में टकराव), ताकि मैं आगे बढ़ सकूं।
उसके बाद, मैंने प्रोसेसर मॉड्यूल सर्किट को बहाल किया, जिसने मुझे विधानसभा में सभी मॉड्यूल के संचालन की जांच करने की अनुमति दी।

पहले मैंने लेजर मॉड्यूल के संचालन की जांच की - जैसा कि मैंने पहले लिखा था, लेजर पल्स को शुरू करने के लिए इस मॉड्यूल में केवल एक सिग्नल लागू करना आवश्यक था। लेजर ने काम किया - इसकी चमक मोबाइल फोन के कैमरे का उपयोग करते हुए देखी जा सकती है। इसके अलावा, एक आस्टसीलस्कप का उपयोग करते हुए, मैंने जाँच की कि मॉड्यूल सामान्य रूप से प्रारंभ (संदर्भ) दालों का निर्माण करता है।

इसके बाद फोटोडेटेक्टर मॉड्यूल का चेक आया। यहां मुझे डीएसी, हिमस्खलन फोटोडायोड वोल्टेज जनरेशन यूनिट और फोटोडेटेक्टर एम्पलीफायर के पावर कंट्रोल यूनिट के संचालन की जांच करनी थी। उन सभी ने अर्जित किया, जो स्वयं रेंज फाइंडर के संचालन की जांच करने की अनुमति दी। ऐसा करने के लिए, मैंने इसके मॉड्यूल को इस रूप में इकट्ठा किया कि डेवलपर्स ने इसका इरादा किया:

तस्वीर में, सभी पांच मुख्य मॉड्यूल ऑप्टिकल सिस्टम के चारों ओर एक साथ इकट्ठे होते हैं। यहाँ, अपने स्वयं के घूर्णन दर्पण के बजाय, मैंने एक साधारण दर्पण स्थापित किया।

उसके बाद, मैंने UART के लिए एक लेज़र कंट्रोल प्रोग्राम लिखा, फोटोडायोड सेट किया। नतीजतन, जब मैंने तुलनित्र के इनपुट पर लेजर शुरू किया, तो मैं वास्तव में एक आस्टसीलस्कप के साथ दालों का पता लगाने में सक्षम था, जिसका आयाम स्पष्ट रूप से दर्पण के सामने बाधा के प्रकार पर निर्भर था! तुलनित्र ने भी ठीक काम किया। परीक्षण का अंतिम महत्वपूर्ण हिस्सा रहा - टीडीसी प्रदर्शन सत्यापन।

स्कैनर में स्थापित टीडीसी-जीपीएक्स चिप में एक जटिल डिजाइन है, और बड़ी संख्या में मोड में काम कर सकता है।

नीचे दिया गया आंकड़ा इसके संरचनात्मक आरेख को दर्शाता है:

जैसा कि आप देख सकते हैं, चिप में 8 अलग-अलग चैनल हैं, अर्थात, यह 8 स्टॉप सिग्नल प्राप्त कर सकता है। यदि चैनल अंतर हैं, तो केवल दो स्टॉप सिग्नल और एक स्टार्ट सिग्नल का विश्लेषण किया जा सकता है। इस मामले में, चिप आपको मापने वाले चैनलों को संयोजित करने की अनुमति देता है, जिससे समय अंतराल को मापने की सटीकता बढ़ जाती है:

ईमानदारी से, मुझे इस चिप के लिए प्रलेखन पसंद नहीं आया। इसमें बहुत सी बातों का वर्णन किया गया है न कि सतही तौर पर, कोड के उदाहरण समझ से बाहर हैं। समय संकल्प को समायोजित करने के लिए समर्पित डेटाशीट का हिस्सा "प्रवासी संख्या" के कुछ प्रकार से भरा है। चिप पर कोई सामान्य "एप्लिकेशन नोट" भी नहीं है। इसके अलावा, स्कैनर में ही, मैं कंट्रोलर को EF1 / EF1 लाइनों के कनेक्शन का पता नहीं लगा सका। यह इन पंक्तियों से है कि यह निर्धारित किया जा सकता है कि माइक्रोक्रिसिट ने मापने का समय समाप्त कर दिया है। इस सब के कारण, TDC को शुरू करने में मुझे काफी समय लगा, लेकिन परिणामस्वरूप सब कुछ उसी तरह से काम करना चाहिए - जब लेजर शुरू हुआ, TDC ने काम किया, और TDC के परिणाम स्पष्ट रूप से बाधा की दूरी पर निर्भर थे। इस प्रकार, स्पंदित लेजर रेंज फाइंडर ने काम करना शुरू कर दिया। यह पूरी संरचना को एक व्यावहारिक लेजर स्कैनर में बदल देता है।

पहला कदम मुझे समायोजन करने की आवश्यकता थी - इकट्ठे रेंजफाइंडर ने कुछ मीटर के बाद बाधाओं को "देखकर" रोक दिया। ऑप्टिकल सिस्टम बरकरार था, लेकिन मुझे ऑप्टिकल सिस्टम से बोर्डों को हटाना पड़ा, ताकि प्रतिबिंबित प्रकाश फोटोडेटेक्टर पर लेंस द्वारा ठीक से केंद्रित न हो।

संरेखण से पहले, मैंने नियंत्रक के लिए एक कार्यक्रम लिखा था, जो न केवल दूरियों को निर्धारित करता था, बल्कि एडीसी का उपयोग करके पीक डिटेक्टर द्वारा उत्पन्न सिग्नल के आयाम को भी मापता था।

संपूर्ण समायोजन प्रक्रिया को फोटोडेटेक्टर और लेजर बोर्डों के सुचारू आंदोलनों के लिए कम किया गया था, और उनकी स्थिति की खोज के लिए जिस पर सिग्नल आयाम अधिकतम है। समायोजन के परिणामस्वरूप, प्राप्त संकेत के आयाम में काफी सुधार हुआ था।

इसके बाद, आपको पल्स रेंजफाइंडर में निहित डेटा प्रोसेसिंग की कुछ विशेषता पर ध्यान देना चाहिए।

फोटोडेटेक्टर द्वारा उत्पन्न सिग्नल का एक एनालॉग रूप है। इसे डिजिटल रूप में परिवर्तित करने के लिए, जिसे टीडीसी द्वारा आगे संसाधित किया जाता है, एक तुलनित्र का उपयोग किया जाता है, यदि इनपुट एक निश्चित सीमा से अधिक हो तो स्विच करने के लिए कॉन्फ़िगर किया गया है। परिणामस्वरूप, इनपुट सिग्नल के जटिल आकार के कारण, जब सिग्नल के आयाम को बदलते हैं, तो समय अंतराल निर्धारित करते समय एक त्रुटि उत्पन्न होती है:

जैसा कि ग्राफ से देखा जा सकता है, देरी के साथ कम आयाम वाले सिग्नल का पता लगाया जाएगा। इस समस्या को हल करने के लिए, कई तरीके हैं, हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर दोनों। मैंने सबसे सरल विकल्प का उपयोग करने का निर्णय लिया - संकेत आयाम के आधार पर माप परिणामों का सुधार। उसी समय, मुझे सिग्नल आयाम में परिवर्तनों से समय माप परिणामों में परिवर्तन पर आंकड़े एकत्र करने थे। अपने अन्य मापदंडों को बदलने के बिना सिग्नल के आयाम को बदलने के लिए, मैंने लेंस पर पेपर पैड का उपयोग किया, जिसने फोटोडियोड पर प्रकाश प्रवाह की घटना को कम कर दिया।

परिणाम यह निर्भरता था: इस निर्भरता के

आधार पर, मैंने एक सुधार तालिका बनाई, जिसमें से डेटा का उपयोग नियंत्रक कार्यक्रम द्वारा वस्तु की दूरी निर्धारित करने के लिए किया जाता है।

अगला कदम दर्पण इंजन और एनकोडर शुरू करना है।

इससे पहले, मैंने पहले से ही एक दर्पण की एक तस्वीर उद्धृत की थी:

दर्पण मोटर ब्रश रहित है, कूलर प्रशंसकों में उपयोग किए जाने वाले समान। इसमें से तीन तार निकलते हैं - उनमें से 2 शक्ति हैं, एक और एक पल्स गति संकेत है। ये सभी तार इंटरफ़ेस मॉड्यूल से जुड़े हैं, जबकि मोटर द्वारा उत्पन्न गति संकेत का उपयोग नहीं किया जाता है - नियंत्रण एनकोडर के डेटा पर आधारित है।
जैसा कि आप फोटो से देख सकते हैं, इंजन की धुरी पर एन्कोडर के लिए लेबल के साथ एक पारदर्शी डिस्क तय की गई है। आप देख सकते हैं कि डिस्क पर एक शून्य चिह्न है।

एनकोडर को एक छोटे बोर्ड पर लगाया गया था और पूरी तरह से एक धातु स्क्रीन के साथ कवर किया गया था, ताकि इसकी मार्किंग निर्धारित न की जा सके। हालांकि, इसके आकार और पिनआउट के आधार पर, मैंने फैसला किया कि यह एक HEDS-9040 क्वाडरेचर एनकोडर था:

एनकोडर बोर्ड से इंटरफ़ेस मॉड्यूल में चार तार गए, लेकिन जैसा कि यह निकला, उनमें से केवल तीन का उपयोग किया गया था - दो बिजली की आपूर्ति और एक संकेत।

जैसा कि मैं इसे समझता हूं, श्मिट ट्रिगर और कुछ तर्क बोर्ड पर स्थापित किए गए थे, चैनल ए, बी और इंडेक्स (शून्य चिह्न संकेत) से डेटा का संयोजन।

यह है कि एनकोडर बोर्ड द्वारा उत्पादित सिग्नल और एन्कोडर से सीधे लिया गया इंडेक्स सिग्नल कैसा दिखता है।

जैसा कि देखा जा सकता है, इंडेक्स सिग्नल के दौरान, एनकोडर दालों को दबा दिया जाता है। जैसा कि यह निकला, एनकोडर बोर्ड ने प्रति क्रांति 500 दालों का उत्पादन किया, लेकिन टी 2 नियंत्रक का टाइमर, जिसमें एनकोडर लाइन जुड़ा हुआ है, दोनों दालों के दोनों किनारों पर एक साथ काम कर सकता है, जो दर्पण की क्रांति के प्रति 1000 रुकावटें देता है। यह मान 0.36 डिग्री पर स्कैनर के घोषित कोणीय संकल्प से मेल खाता है।

मैंने T2 टाइमर को "कैप्चर मोड" में सेट किया है, जो मुझे एनकोडर से रुकावटों के बीच के समय को मापने की अनुमति देता है। प्राप्त समय का उपयोग दर्पण की "शून्य" स्थिति का पता लगाने और मोटर के रोटेशन की गति को स्थिर करने के लिए किया जाता है। उसी समय, रुकावट की संख्या गिना जाती है, जो आपको दर्पण की स्थिति निर्धारित करने की अनुमति देती है।

एनकोडर काम करने के बाद, और मैं इंजन की गति नियंत्रण शुरू करने में कामयाब रहा, स्कैनर को पूरी तरह से इकट्ठा करना संभव था। बोर्डों और प्रकाशिकी के जटिल आकार के कारण, डिजाइन विस्तृत रूप से निकला: इस तरह के डिजाइन को इकट्ठा करना आसान नहीं था - स्कैनर के लिए व्यक्तिगत भागों की व्यवस्था की सटीकता बहुत महत्वपूर्ण है। यदि दर्पण की धुरी रेंजफाइंडर भाग के ऑप्टिकल अक्ष के साथ मेल नहीं खाती है, तो यह इस तथ्य को जन्म दे सकता है कि स्कैनिंग विमान दृढ़ता से घुमावदार या झुका होगा।

वस्तुओं के लिए सटीक दूरी को मापते समय, किसी प्रकार की "संदर्भ" वस्तु का होना जरूरी है, जिस दूरी को ठीक से जाना जाता है। इसके लिए "उड़ान का समय" जानने के बाद, आप शून्य दूरी के अनुसार समय को सटीक रूप से निर्धारित कर सकते हैं। स्कैनर घटकों के तापमान में बदलाव के कारण, यह समय बदल सकता है, इसलिए इस समय की लगातार निगरानी की जानी चाहिए। इस समस्या को हल करने के लिए, मैंने स्कैनर में एक विशेष काले रंग की प्लेट लगाई:

प्लेट को काला कर दिया गया ताकि उसमें से परावर्तित प्रकाश फोटोडेटेक्टर को "अंधा" न करे। निर्देशों को देखते हुए, मूल स्कैनर डिजाइन में अंधेरे और प्रकाश को प्रतिबिंबित करने वाले तत्व भी स्थापित किए गए थे। वे स्कैनर के रेंजफाइंडर भाग के संचालन की निगरानी करने के लिए उपयोग किए गए थे, और सबसे अधिक संभावना है, उनका उपयोग अंशांकन के लिए भी किया गया था।

ऊपर की तस्वीर में, बोर्ड पर घुड़सवार एनकोडर भी स्पष्ट रूप से दिखाई देता है। जैसा कि यह निकला, एनकोडर को डिस्क के सापेक्ष बहुत सटीक रूप से तैनात किया जाना चाहिए, और इसके साथ बहुत सारी समस्याएं थीं - एन्कोडर की एक छोटी सी पारी से भी दालों का नुकसान हुआ, विशेष रूप से सूचकांक वाले। यह संभव है कि एनकोडर के साथ समस्याओं के कारण शरीर को मारने के बाद स्कैनर ने काम करना बंद कर दिया।

नतीजतन, प्रति सेकंड 20 क्रांतियों तक की स्कैनिंग गति प्राप्त करना संभव था। 135 वी के एपीडी वोल्टेज के साथ, 10-15 मीटर तक की दूरी का सामान्य रूप से पता लगाया जाता है। 145 वी के वोल्टेज पर और अतिरिक्त सिग्नल फ़िल्टरिंग के साथ, 30 मीटर तक की दूरी को मापना संभव है (हालांकि मुझे यकीन नहीं है कि यह फोटोडेटेक्टर के लिए सुरक्षित है)।

यह ध्यान देने योग्य है कि मूल स्कैनर में अधिकतम संचरण की गति 115200 बिट / एस है, जो आपको लगभग 11 क्रांतियों प्रति सेकंड की गति से केवल सभी डेटा स्थानांतरित करने की अनुमति देता है।

जैसा कि मैंने उल्लेख किया है, मेरे फर्मवेयर में मैं 500 kbit / s की गति से डेटा स्थानांतरित करता हूं, जो प्रति सेकंड संचरित स्कैन की संख्या में काफी वृद्धि कर सकता है। यह UART की गति सीमा के कारण था कि मैंने स्कैनिंग गति को मूल 25 क्रांतियों में प्रति सेकंड नहीं बढ़ाया था। मैं ध्यान देता हूं कि स्कैनर के मूल डिजाइन में, डेटा को स्कैनर में ही संसाधित किया जाता है, इसलिए कम डेटा स्थानांतरण गति विशेष रूप से कुछ भी प्रभावित नहीं करती है।

चूंकि स्कैनर अब आवास के बिना काम करता है, इसलिए मूल डिजाइन में 190 के मुकाबले स्कैनिंग क्षेत्र को 208 डिग्री तक बढ़ाना संभव था।

स्कैनर से प्राप्त आंकड़ों का दृश्य:

जाहिर है, स्कैनर को कुछ उपयोगी कार्य करना चाहिए, इसलिए मैंने एसएलएएम में आरओएस में इसके संचालन की जांच करने का फैसला किया, और होममेड लेजर स्कैनर के परिणामों के साथ परिणामों की तुलना करें । ऐसा करने के लिए, मैंने इसे रोम्बा पर स्थापित किया, जिस पर पहले एक घर का बना स्कैनर स्थापित किया गया था। रूम्बा

पर स्थापित ल्यूज़ स्कैनर का दृश्य (दर्पण ऐसा घूमता है जिससे धुंधला दिखाई देता है ): हेक्टर_स्लैम ऑपरेशन के परिणामस्वरूप, हम इस तरह के एक अपार्टमेंट का नक्शा प्राप्त करने में कामयाब रहे (दीवारों को पीले रंग में दिखाया गया है): चूंकि वैक्यूम क्लीनर फर्श के स्तर पर यात्रा करता है, इसलिए यह मुख्य रूप से फर्नीचर को देखता है। लेकिन ऐसा कार्ड प्राप्त किया जाता है यदि बेल्ट के स्तर पर वैक्यूम क्लीनर बस हाथों में किया जाता है: इस मामले में, अपार्टमेंट की दीवारें अधिक बार "दिखाई" देती हैं।

यदि हम कार्ड की गुणवत्ता की तुलना करते हैं, तो यह स्पष्ट है कि होममेड स्कैनर की लाइनें अधिक "शोर" हैं। यह इस तथ्य के कारण है कि ऑपरेशन के त्रिकोणीय सिद्धांत का उपयोग करने वाले होममेड स्कैनर के साथ, बढ़ती दूरी के साथ सटीकता में काफी वृद्धि होती है।

दुर्भाग्य से, बहुत अच्छी स्कैनिंग गुणवत्ता के बावजूद, यह स्कैनर एक स्वायत्त रोबोट के लिए उपयुक्त नहीं है - इसमें बहुत बड़े आयाम और बिजली की खपत (लगभग 7.2 डब्ल्यू) है।
मैं इस तरह के स्कैनर का उपयोग कहां कर सकता हूं? इससे पहले, एक होममेड स्कैनर पर चर्चा करते समय, मुझसे अक्सर 3D स्कैनर बनाने की संभावना के बारे में पूछा जाता था, और इसे बनाने का समय आ गया है! काफी उच्च स्कैनिंग गति यहां उपयोगी है। निश्चित रूप से, रिज़ॉल्यूशन द्वारा, ऐसे स्कैनर की तुलना उन स्कैनर से नहीं की जा सकती है जो दूरी माप (लेजर लाइन या प्रोजेक्टर (SLS) के साथ त्रिकोणासन सिद्धांत का उपयोग करते हैं), लेकिन वे बड़े रिक्त स्थान - परिसर, सड़क अनुभागों को स्कैन कर सकते हैं।

3 डी में 2 डी स्कैनर रीमेक करने के लिए, आपको इसे अन्य अक्ष के साथ घूमने की क्षमता प्रदान करने की आवश्यकता है। मैंने बीम स्कैनर के उसी सिद्धांत का उपयोग करते हुए अपना स्कैनर बनाने का फैसला किया जैसा कि इस से स्कैनर में हैलेख। ऐसा करने के लिए, मैंने Leuze स्कैनर को "झूठ बोल" रखा, ताकि इसका स्कैनिंग विमान फर्श के लंबवत हो। इसके बाद, धुरी के चारों ओर पूरे स्कैनर की एक धीमी गति से घूमने का एहसास करना आवश्यक था। मुख्य कठिनाई - स्कैनर को धड़कन और विकृतियों के बिना घूमना चाहिए, जिससे स्कैन की विकृति हो जाएगी। जैसा कि यह निकला, घर पर एक असर विधानसभा बनाना मुश्किल है जो इस तरह के एक सटीक रोटेशन प्रदान कर सकता है। इसलिए, मैंने टेप रिकॉर्डर के वीएचएस हेड को एक असर इकाई के रूप में उपयोग करने का निर्णय लिया - इसमें दो बीयरिंग शामिल हैं, बहुत उच्च सटीकता के साथ बनाया गया है और स्कैनर के वजन का सामना करने में सक्षम है। परिणामस्वरूप डिजाइन एक स्टेपर मोटर द्वारा संचालित होता है।

इकट्ठे 3 डी स्कैनर इस तरह दिखता है: एक तिपाई पर लगे स्कैनर का दृश्य:

बाईं ओर एक 12 वी बैटरी है, जो एक काउंटरवेट भी है। चूंकि लीउज़ स्कैनर को ऑपरेशन के लिए 24 वी की आवश्यकता होती है, इसलिए मुझे स्कैनर पर एक्सएल 6009 चिप के आधार पर इकट्ठे एक डीसी-डीसी कनवर्टर स्थापित करना था। स्कैनर की स्टेपर मोटर को A4988 और Arduino पर एक मॉड्यूल द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जो एक निश्चित गति से रोटेशन प्रदान करता है। Leuze स्कैनर (USB-UART अडैप्टर के माध्यम से) और Arduino दोनों एक USB हब के माध्यम से एक तार के साथ एक कंप्यूटर से जुड़े हैं जो डेटा को कैप्चर करता है। वर्तमान रूप में, स्कैनर दर्पण के रोटेशन और पूरे स्कैनर के रोटेशन को सिंक्रनाइज़ नहीं किया जाता है - स्कैनर की रोटेशन की गति को चुना जाता है ताकि जब इसे 0.36 डिग्री से घुमाया जाए, तो दर्पण में कम से कम तीन चक्कर लगाने का समय होता है। चूंकि कोई गति सिंक्रनाइज़ेशन नहीं है, इसलिए मुझे Arduino से Leuze स्कैनर तक सिंक स्थिति की जानकारी प्रसारित करनी थी।यह काफी सरल रूप से लागू किया जाता है - जब अरुडिनो प्रत्येक 0.36 डिग्री के लिए स्कैनर को घुमाता है, यह टर्मिनलों में से एक पर संकेत स्तर को बदलता है। यह संकेत स्कैनर प्रोसेसर मॉड्यूल (सुरक्षात्मक ग्लास स्थिति सेंसर के अप्रयुक्त कनेक्टर के लिए) को प्रेषित किया जाता है। इस संकेत की स्थिति के बारे में जानकारी भेजने वाले प्रत्येक स्कैनर की शुरुआत में प्रेषित होती है - इस प्रकार पीसी के लिए स्व-लिखित कार्यक्रम जो स्कैनर को नियंत्रित करता है वह स्कैनर की गति के बारे में जानकारी प्राप्त करता है और उस कोण को निर्धारित करता है जिसके द्वारा इसे घुमाया जाता है।स्कैनर की गति के बारे में जानकारी प्राप्त करता है और उस कोण को निर्धारित करता है जिस पर इसे घुमाया जाता है।स्कैनर की गति के बारे में जानकारी प्राप्त करता है और उस कोण को निर्धारित करता है जिस पर इसे घुमाया जाता है।

स्कैनर द्वारा उत्पन्न एक एकल 3 डी स्कैन में लगभग 350'000 अंक होते हैं। बेशक, यह पेशेवर स्कैनर की तुलना में काफी कम है, लेकिन फिर भी बहुत अच्छा है, खासकर यदि आप एक साथ कई स्कैन को गोंद करते हैं।

एक उदाहरण एक कमरे का एक एकल स्कैन है: एक उदाहरण कई से चिपके हुए कमरे का एक स्कैन है: प्रवेश के स्कैन किए गए भाग: परिणामी स्कैनर के परिणाम दिखाने वाला एक वीडियो:

→ जीथब पर नियंत्रक कार्यक्रम का स्रोत कोड

रिवर्स इंजीनियरिंग लेजर स्कैनर Leuze RS4

यह लेजर स्कैनर क्या है?

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