微型仿生声探测阵列集成设计及实验验证

    微型仿生声探测技术在军事领域的应用是目标定位.微型仿生声探测阵列的集成设计的原理是通过声信号的采集和预处理,然后经模数转换量化成数字信号,经过一定的算法处理后得到需要测量的物理量[1,2,5].该设计包括硬软件设计两方面,本文从这两方面出发介绍微型仿生声探测阵列的集成设计,并对实验结果进行了分析总结.

    1 微型仿生声探测阵列硬件设计

    系统的硬件设计由两部分组成,第一部分是模拟信号获取模块,其中包括采用传声器阵列获取声信息和信号预处理电路;第二部分是模数转换控制模块,它将采集得到的模拟信号量化成数字信号,供后续定位算法处理[4-6].本次实验采用4路MEMS传声器,采集声场信息,经过放大滤波后,传递给ARM9控制芯片控制A/D转换.两个模块由通用输入/输出(General Purpose Input Output, GPIO)接口传递信息.

    系统的硬件设备流程如图1所示.

    本文所采用的MEMS传声器为MS-MAS42z微传声器.实验选取仪器放大器为AD620.本次实验的信号放大属于微小信号的放大,为了使电路的放大性能稳定,不引起振荡,本文选择采用两级放大,每一级的放大倍数控制在100倍以内[7].

    前置放大滤波电路如图2所示.

    该放大电路由两级等增益的放大电路组成,图中S1表示微传声器,传声器的输出信号经过隔直电容,将交流信号输入第一级放大,输入电阻R1控制放大倍数,运放的同向输入由电压跟随器构成的分压电路,将电源分压后作为直流偏置[5].第一级放大后经过第二级放大滤波,同向输入端同样接入直流偏置,因而输出信号是以VCC/2为基准的交流电压,通过R4和R6分压,将电压控制在0~3.3 V之间,通过输出端输出.经过放大后的信号即可输入到A/D转换模块进行转换[8].

    2 微型仿生声探测阵列软件设计

    软件设计包括ADC驱动程序设计与数据采集处理程序设计.

    2.1 ADC驱动程序设计

    Samsung2440芯片内部集成8路10位ADC,当A/D转换频率达到2.5 MHz时,它将模拟量输入转换成2进制10位数字量的转换速率可达500@103次/s[9].

    Linux下ADC设备是一种字符设备. ADC驱动程序同时启动并采集4路A/D转换,完成启动转换,查询寄存器获得转换后的数字量来得到A/D转换结果的.以模块的方式编写ADC驱动程序需要实现初始化,打开设备、读设备、中断处理和卸载模块等操作.

    2.2 数据采集处理程序设计

    数据采集处理程序设计主要分成两部分,一部分为时延估计的软件实现,将采集到的4路波形数据保存到一个文件,然后对4组数据进行处理,得到两个时延;另一部分根据两个时延,调用定位算法,得到声源在声场信息.