CCD sensore di scansione a linee (parte 2)

C'è un "cinese" a cui devo un favore. Non è stato per nulla facile, ma alla fine ho trovato degli appunti, mai pubblicati in rete, su come tentare di far lavorare il sensore di immagini a contatto (Toshiba CIPS218CF600 - CIS Contact Image Sensor). Alcuni dati li avevo "indovinati" con dei ragionamenti logici, altri invece sono specifici. 

Procediamo con ordine partendo dalla piedinatura del connettore e poi vediamo i segnali da applicare. 

1. OS Tensione analogica di uscita
2. Mode (300/600dpi switch)
3. GND
4. VOD Power supply
5. GND
6. TR (impulso di start)
7. M (clock)
8. LEDCA (anodo comune dei tre led RGB)
9. Led blu
10. Led verde
11. Led rosso
12. GND

Alcune caratteristiche dei segnali da applicare:

La tensione di uscita OS è di 800 mV (tipico) e 1,2 - 1,5V al massimo in condizioni di saturazione non lineare. Il VO tipico è misurato su un foglio bianco riflettente dall'80 al 90% con corrente per ogni led a 20mA e tempo di esposizione di 5mS. In condizioni di nero, il VO è di 40mV.

La modalità 300-600 dpi si ottiene applicando rispettivamente tensione o massa al piedino 2. Se il piedino 2 è a massa la risoluzione selezionata è 600 dpi. Per controllare l'esposizione, basta applicare un PWM ai tre diodi RGB sui quali non dovrà scorrere una corrente superiore ai 20mA.

L'alimentazione tipica del CIS è di 5V (minimo 4,5V massimo 5,5V) con un consumo di 60mA (max 100mA).

La frequenza del clock e del data rate in uscita è minimo 0,1 Mhz e massimo 2.5Mhz. Raccomandato 1Mhz. con ampiezza pari alla tensione di alimentazione. 

Per la lettura di una linea occorre applicare un impulso di start ed aspettare 5 impulsi di clock, trascurare le letture dei successivi 17 impulsi  di clock e successivamente leggere OS ad ogni impulso di clock per 5152 volte (i pixel dell'immagine vera e propria). Quindi per una lettura di una singola riga, occorreranno 5173 impulsi di clock. Si converte la lettura analogica OS in un valore binario e quello sarà il valore dell'intensità luminosa riflessa. Questo ciclo andrà ripetuto tre volte, per la stessa linea di lettura, accendendo alternativamente i led rosso blu e verde se si effettua una scansione a colori. Se si desidera una lettura in BN allora si accendono tutti e tre i led contemporaneamente (luce "bianca") e si legge per un solo ciclo ad ogni riga di lettura. Poi si avanza di una riga e si legge la successiva. E' chiaro che lo step di avanzamento andrà sincronizzato. Si può quindi predisporre un motore passo passo (stepper) o usare un encoder per rilevare il movimento del sensore se si vuole trascinare il CIS a mano. Un encoder di un mouse potrebbe andare bene, anche se va verificata la sensibilità in funzione della necessità di spostamento del sensore rapportata alla risoluzione adottata.

Bene, ce n'è abbastanza per cominciare a fare degli esperimenti e sbattere la testa con un problema mai trattato ad oggi nella pratica. Per pilotare il CIS ho a disposizone la Fox board 832 GNU-linux embedded system. Per generare un clock di 1Mhz dovrò creare un modulo apposito e lavorare a livello di kernel space...mai fatto prima d'ora, per cui mi servirà parecchio tempo per studiare e procedere per tentativi (e non è detto che ci riesca). Al limite proverò alla frequenza più bassa a livello di user space, dove dovrei raggiungere una frequenza di circa 130Khz (sufficienti). Sebbene si trovi della documentazione, devo dire che questa è a volte inutile in quanto imprecisa e poco dettagliata, come questo mio diario del resto. Ma preferisco così, non mi è mai piaciuta la pappa pronta così come odio pigiare bottoni senza sapere cosa sto facendo e cosa succede.

Per la conversione da analogico a digitale, mi sa che dovrò tribolare un pò. Non ne ho "di recupero" per le mani (sembrano abbastanza rari nelle apparecchiature che tratto) e vige l'obbligo di recuperarli da qualche parte, giusto per onorare lo sciopero della spesa e dato che a casa mia vige da anni l'auto embargo volontario. Ne ho trovato un paio in una scheda di un vecchissimo hard disk ma la tensione di alimentazione è a 12 volts e mi sa che è troppo "lento". Pensavo anche di usare un convertitore AD preso da una mother board di un paio di PC. Sono i chip codec audio (AC97) ma credo che siano troppo lenti anche questi in quanto progettati per le frequenze audio e noi siamo un pò oltre la gamma delle frequenze udibili. Vedrò cosa inventarmi, devo indagare. Un alternativa (un ripiego) potrebbe essere la seguente. Chissenenfrega di voler ricostruire uno scanner professionale. Se applico il segnale analogico (opportunamente amplificato) direttamente su una porta logica di input (3,3volts tolerant), quest'ultima interpreterà il valore binario in base alle soglie dichiarate nel datasheet. O zero o uno, o bianco o nero e basta. In caso di uso come sensore lineare generico potrebbe andare bene. Immaginiamo, per assurdo, un sensore che mi deve dire a che livello è posizionata una tapparella, oppure per indicare i gradi di apertura di un varco (un cancello ad esempio), o il posizionamento di un carrello o, ancora, il livello di un liquido con precisione "millimetrica"... in questi casi mi basta lo zero o l'uno ed i toni di grigio che vadano a farsi f*ttere, tanto alla fine quelli che se ne stanno un pò di quà ed un pò di là non mi sono mai piaciuti tanto, maledetti opportunisti. Alla prossima.

P.S. La gallina ha fatto l'uovo nero. Ripeto: La gallina ha fatto l'uovo nero.

CCD sensore di scansione a linee (parte 1)

Allora, che cosa posso fare con le parti di un vecchio scanner? Non ho ancora deciso ma dicono che l'ispirazione può venire dalle idee più strane. La cosa certa è che devo trovare una scusa per non fare quello che dovrei ma non vorrei fare e che devo consegnare tra un pò. Così, dato che tempo fa ho sezionato delle stampanti multifunzione (HP mod V40 credo di ricordare), mi salta l'ideona di riprendere i sensori per la scansione delle immagini e capire come sono fatti all'interno. Le stampanti multifunzione sono una piccola miniera di componenti che si possono recuperare e riutilizzare...motori, sensori ottici, lampade CCFL con inverter (per le più datate) e una moltitudine di parti che con un pò di fantasia possono ancora svolgere i loro compiti senza subire l'ingloriosa sorte della rottamazione, che tanto ingrassa i profeti dell'usa e getta.  Nelle stampanti che ho sezionato, la lampada a CCFL è sostituita da una striscia luminosa apparentemente bianca ma in realtà illuminata da tre micro led rosso, blu e verde (RGB). Il tutto racchiuso dentro un contenitore a parallelepipedo che contiene anche il sensore CCD lineare vero e proprio (questo modulo è chiamato Contact Image Sensor o CIS module.). E' come una fotocamera dove però il chip invece che rettangolare è lineare. La messa a fuoco è già regolata meccanicamente all'interno, così si evitano pesanti ottiche, specchi, regolazioni e altri componenti costosi e delicati. Quello che analizzo qui è anche a colori, il che mi complicherà la vita non poco,  anche se trovo la sfida interessante e molto stimolante. La parte più dura è capire la piedinatura del connettore esterno...urge un autopsia completa, aiutata dalla disponibilità di una decina di sensori. Qualcuno lo posso anche rompere.

Credo di aver capito, leggendo alcune info sommarie usando "gògol" che un sensore a linea CCD  agisce come un registro a scorrimento analogico. 

Si alza un pin (SP) per dire al CCD di 'prendere  l'immagine', poi si avanza di un clock su un altro pin (CP). Ogni volta che il successivo impulso di clock arriva, il CCD invierà un valore analogico (Vout) che rappresenta il livello di luce che colpisce il pixel successivo. Poiché il CCD è un elemento dinamico, non è possibile abbassare il segnale di clock troppo presto e se si smette di leggere il frame, il dispositivo riparte da capo a leggere dall'inizio. Dovrebbe esserci anche un pin per regolare, con una tensione DC variabile, la sensibilità. Wow....devo assolutamente hackarlo.

Non ho mai interfacciato un microcontrollore con sensori di luce e sto pensando che sarebbe una buona scusa per rimandare di ottemperare ai miei doveri. La parte più dura è capire la corrispondenza dei pin nel pettine dove va infilato il cavo piatto flessibile. Sono 12 contatti. sicuramente avremo 2 per l'alimentazione generale, forse 4 di alimentazione per i led di illuminazione (una massa led ed uno per ogni colore RGB)... ne restano 6. Posso desumere quindi gli altri segnali presenti nella maggioranza di CIS analizzati:

• SP - Start pulse
• CP - clock pulse
• Vout - Segnale analogico in uscita

Ne restano tre (forse Vout è diviso per 4 sezioni del sensore fotosensibile come in certi CIS), per cui dovrò testare se c'è qualche massa in comune o sdoppiata. L'ideale, in questi casi e per le misure, sarebbe testare con un analizzatore logico di stati il sensore durante il suo funzionamento, ma purtroppo non posso rimettere assieme l'hardware originale, per cui le cose si complicano ancora di più. Forse, potrei avere un idea seguendo le piste del sensore messo a nudo (vedi foto). All'interno si nota un chip scoperchiato (nudo, probabilmente  lo shift register / video amplificatore del fotosensore o un convertitore AD, impossibile saperlo) da cui partono dei fili d'oro ed una linea iridescente su cui sono collegati, a gruppi intervallati, sei microscopici collegamenti (sempre in oro).  Un altra difficoltà è sapere quanti impulsi di clock per leggere una linea? a quale frequenza deve lavorare il clock? la lettura si deve intendere per singolo colore per tre passaggi o viene inviata la lettura RGB intervallata per ogni punto? Ed a che risoluzione lavora il sensore????? Probabilmente occorre fare tre letture per linea illuminata alternativamente con un led alla volta e far decidere al firmware la sequenza dei colori. Il software di post processing farà il resto componendo l'immagine a colori sovrapponendone tre.
Visto che ne ho un pò, potrei tentare anche di procedere con il metodo "o la va o si spacca". 

Fornisco alcuni dati tecnici, giusto per documentazione, riportando qui le sigle sul circuito:  nella parte esterna CS600B e meno visibile Toshiba 218CS600B 3291193 Taiwan. Sempre nella parte esterna verniciata di nero ci sono in prossimità del connettore 12 piazzole dorate, sicuramente usate come test point nei macchinari che testano il prodotto finito. Nella parte interna accessibile solo dopo lo smontaggio completo: CIPS218-CS600B REV:A1 2-10-44R-041-A1

All'estremità, 4 punti di contatto, 3 per i led RGB e 1 per l'alimentazione positiva (configurazione ad anodo comune) che dovrebbe attestarsi sui  3.3 - 5 volts. Per ora basta così, che provo a documentarmi meglio ed aggiornare periodicamente questo post. Quasi dimenticavo. Se hai il pinout di questo componente o il datasheet completo...pubblicalo, per cortesia, l'ambiente e l'umanità te ne sarà grata. Grazie.  Alla prossima. 

P.S. I coleotteri neri sono in volo. Ripeto: I coleotteri neri sono in volo.

WT7510 Voltage monitor

Tra i vari circuiti disassemblati dalle apparecchiature elettroniche che gli "unani" ignoranti ed irresponsabili provvedono a buttare senza rendersi conto dei danni devastanti all'economia, alla società ed all'ambiente, ogni tanto salta fuori qualcosa di interessante che può trovare un ri-utilizzo nelle applicazioni sperimentali. Stavolta tocca ad un circuito integrato siglato WT7510 presente in una schedina recuperata da un alimentatore switching da PC (sigle FSP300-60PFN M-BOARD P/N 3BS0010714).

Dal datasheet, che riporta protection circuits, power good output (PGO), fault protection latch (FPL_N) CONTROL "from unknow" ma dalla sigla il produttore è Weltrend,  sono riuscito a recuperare le informazioni di funzionamento e le specifiche che mi possono dare indicazioni su come utilizzarlo. Ecco una breve descrizione:

The WT7510 provides protection circuits, power good output (PGO), fault protection latch (FPL_N), and a protection detector function (PDON_N) control. It can minimize external components of switching power supply systems in personal computer. The Over Voltage Detector (OVD) monitors 3.3V, 5V, 12V input voltage level. The Under Voltage Detector (UVD) monitors 3.3V, 5V input voltage level. When OVD or UVD detect the fault voltage level, the FPL_N is latched HIGH and PGO go low. The latch can be reset by PDON_N goo HIGH. There is 2.4 ms delay time for PDON_N turn off FPL_N. When OVD and UVD detect the right voltage level, the power good output (PGO) will be issue.

Quindi, in due parole, la possibilità di avere un segnale che mi avvisa se una tensione di riferimento va oltre o sotto delle soglie... mi viene in mente un applicazione per dei pannelli solari. Se la tensione del pannello va sotto un certo valore, allora è il momento di intervenire. Magari si sta avvicinando un temporale e, per evitare danni da grandine, si interviene per orientarli in posizione di sicurezza o per azionare una copertura. Oppure, si possono monitorare delle batterie e far intervenire un generatore di emergenza quando iniziano a scaricarsi troppo... Quasi dimenticavo. Nello stesso circuito è presente anche un KA358, doppio amplificatore operazionale (guadagno sino a 100dB) alimentabile da 3 16 volts...perfetto.

Di applicazioni ce n'è a iosa ed abbastanza per aguzzare l'ingegno e divertirsi come sempre, basta solo sperimentare e provare...la ricerca continua. Alla prossima. 

P.S. Troppo sole? vi accompagno. Ripeto: Troppo sole? vi accompagno.