Ing. Jaroslav Jirkovský, HUMUSOFT s.r.o.

jirkovsky@humusoft.cz

Dnešní optické senzory často obsahují technologii založenou na nákladném speciálním zařízení. Společnost INTACTON se však rozhodla postavit nový produkt ze standardních komponent, což přináší snížené náklady na výrobu i následnou údržbu zařízení. Hlavními součástmi senzoru (obr.1) jsou CCD kamera a digitální signálový procesor C6000 DSP firmy Texas Instruments.

Protože nikdo předtím nestavěl optický senzor založený na standardní CCD kameře a DSP, bylo nezbytné prozkoumat a analyzovat kompletní chování systému, včetně mnoha stupňů volnosti, které přináší různé osvětlení a odlišné povrchové vlastnosti materiálů. Z obchodního hlediska bylo nutné zařízení kompletně vyvinout a dostat na trh do 18 měsíců. Pro úspěšné zvládnutí tohoto termínu musela být většina času věnována výzkumu a návrhu chování algoritmu a nikoli vlastnímu programovaní DSP. Vzhledem k nedostatku programovacích a implementačních zkušeností vývojového týmu se signálovými procesory bylo rozhodnuto o využití prověřených nástrojů pro automatické generování kódu. Byl vybrán systém MATLAB & Simulink firmy MathWorks, který poskytuje grafické nástroje pro matematické modelování soustav, tvorbu algoritmů, Model-Based Design, simulace a automatické generování a verifikaci produkčního kódu (obr.2).

V první fázi vývoje byly pomocí měření dat a off-line simulace v Simulinku vytvořeny projektové studie k prověření správného chodu prostorové filtrace se zvoleným DSP hardwarem. V simulačních modelech byly využity hotové funkce z nadstaveb Signal Processing Blockset a Simulink Fixed Point k provedení FFT, výpočtu statistických funkcí a simulaci celočíselné aritmetiky (obr.3). Studie byla vypracována v relativně krátkém čase s použitím minima hardwarových komponent a téměř bez nutnosti ručního psaní kódu.

V další fázi se činnost vývojářů přesunula k implementaci kódu na hardwarovou platformu. Z algoritmů navržených v Simulinku byl pomocí nástrojů Real-Time Workshop Embedded Coder a Target Support Package TC6 automaticky vygenerován kód umožňující integraci s operačním systémem Texas Instruments a následnou kompilaci pomocí Code Composer Studia. Výsledný kód byl již připraven pro použití v cílovém signálovém procesoru.

V závěrečné fázi byla z prostředí MATLABu a Simulinku ověřena přesnost a výkonnost algoritmu spuštěného na DSP v reálném čase a výsledky byly porovnány s původním návrhem. Konečný prototyp senzoru pak prošel sérií plošných testů při nichž byl řízen nůž textilního stroje pracující s akceleračními silami až 10g.

Využití nástrojů firmy MathWorks umožnilo vyvinout v krátké době senzor obsahující optické, mechanické, hardwarové a softwarové komponenty a zvládnout celý vývojový proces včetně DSP implementace i s malým počtem vývojářů. Díky rychlé verifikaci kódu bylo možné věnovat více času jeho optimalizaci a včas realizovat změny podle požadavků zákazníků.

Distributor produktů společnosti The MathWorks v České republice a na Slovensku: