طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

[farzanh]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

یه سوال واسم پیش اومد شما واسه اندازه گیری فاصله با امواج صوتی یک پالس میرفستید و اخلاف زمان رفت و برگشت رو محاسبه می کنید و از اون فاصله رو بدست میارید یا از روش استپ فرکانسی ,در یه رنج فرکانس میرفستید و از شیفت فازی و تبدیل فوریه معکوس فاصله یابی می کنید؟ من خودم روی امواج الکترومغناطیس کار می کنم.

سلام. راجع به ارسال فرکانس های مختلف یه چیزایی شنیدم ولی فکر میکنم روش قدیمی کار بوده و دقت خوبی انگار نداشته. روش فعلی تداخل سنجی یا interferometry هستش. دو تا سنسور گیرنده میذارید و بعد در هر range cell از سیگنال اکو اختلاف فاز سیگنال دریافتی از دو کانال رو محاسبه می کنید. با استفاده از اختلاف فاز جهت سیگنال رو به دست میارید و از روی range cell هم که فاصله رو دارید در نتیجه میتونید دقیقاً جای هر بازتاب دهنده رو پیدا کنید و از محیط نقشه برداری کنید. البته اینا همه ش تئوریه من هنوز تست نکردم. الان تازه pcb رو گرفتم و دارم لحیم کاری می کنم و هنوز هم هیچ برنامه ای برای dsp ننوشتم.

[farzanh]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

این روزها مشغول لحیم کردن مدارم بودم و به نکته جالبی برخورد کردم که خواستم در جریان بذارمتون .... بخش آنالوگ رو که می بستم هر کاری می کردم جواب نمی داد. بعد از کلی بالا و پایین کردن بالاخره فهمیدم که مشکل از روغن لحیمی هستش که استفاده می کنم. وقتی هویه رو نزدیک می کردم روغن لحیم آب میشد و می رفت زیر آی سی smd و از اونجا بین پایه های مختلف جریان رد می کرد چون در واقع هادی هستش. خلاصه فهمیدم که روی بوردهای smd باید بدون روغن لحیم کار کنم. تجربه خوبی بود.

یه نکته دیگه این که تقویت کننده بخش آنالوگم نوسان می کرد. فکر می کنم این موضوع به خاطر گین بالایی هستش که انتخاب کردم. گین LNA برابر 1000 یا 60 دسیبل هستش که زیاد معمول نیست. دوستم که بهم مشاوره میده میگفت این کار رو بکنی حتما نوسان میکنه و البته همینطور هم شد ولی متوجه شدم که نوسانش اولا دامنه کمی داره و ثانیا بعد از یکی دو دقیقه که مدار گرم میشه از بین میره در نتیجه فعلا کاریش ندارم. در مرحله بعد شاید گین رو دو مرحله ای ببندم که این مشکل حل بشه.

[masoodhashemy]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

سلام
واقعا ممنونم که تجربه شخصیتون رو میزارید :applause: واقعا برای من که در این زمینه ها علاقه مند و بیسیک هستم اقلا 4 تا اصطلاح یاد میگیرم.
من در زمینه همون فاصله سنجی سوال دارم.
من فعلا بصورت این رو کار کردم:
با اولتراسونیک اگر دقت 1متر رو بخواهیم فرکانس کاری 39khz و تقریبا 40khz میشه.
حالا با یک ماژول یک موج 40khz میفرستم و دریافتش میکنم که اختلاف زمانی رو بدست می آورم و محاسبات.
اما 3 تا سوال دارم:
1- برای اینکه تداخل مخرب بین موج ارسالی و دریافتی پیش نیاد باید هر موج 40khz رو چند میلی ثانیه یا میکرو ثانیه بفرستم؟
2- اون چیزی که خودتون گفتید 2 تا گیرنده داریم و اختلاف فاز محاسبه میکنیم اساس کارش چیه؟ لینکی یا مقاله ای هست توضیح داده باشه؟
3- آیا میکرو ARM نسبت به DSP انتخاب بهتری نیست؟(برای آینده خودم)

[roozi99]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

3- آیا میکرو ARM نسبت به DSP انتخاب بهتری نیست؟(برای آینده خودم)

به نظر بنده بستگی داره چه کاری بخواهید انجام بدید. الان یک سری میکرو با هسته ARM هست که
داخلش یک واحد DSP هم داره. :nerd:

[pajuhaan]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

یه نکته دیگه این که تقویت کننده بخش آنالوگم نوسان می کرد. فکر می کنم این موضوع به خاطر گین بالایی هستش که انتخاب کردم. گین LNA برابر 1000 یا 60 دسیبل هستش که زیاد معمول نیست. دوستم که بهم مشاوره میده میگفت این کار رو بکنی حتما نوسان میکنه و البته همینطور هم شد ولی متوجه شدم که نوسانش اولا دامنه کمی داره و ثانیا بعد از یکی دو دقیقه که مدار گرم میشه از بین میره در نتیجه فعلا کاریش ندارم. در مرحله بعد شاید گین رو دو مرحله ای ببندم که این مشکل حل بشه.

60 ذسیبل تقویت با یه مرحله تقویت(یک دونه LNA) همونطور که گفتین خیلی زیاده . :eek: . من خودم از 3 تا LNA استفاده می کنم تا حدود -28dbm رو تا +10 dbm برسونم.توان پایین با گین بالا و توانای بالا با گین پایین (البته هر بخش رو جوری انتخاب می کنم که دقیقا توانم توی محدودش باشه. کلا دو تا مشکل توی تقویت سیگنال وجود داره: 1-وقتی از یه طبقه LNA استفاده می کنید با گین بالا یه فرکانسایی غیر از فرکانس اصلی تو خروجی ایجاد میشه.(مخصوصا فرکانسای بالا-که خودم این اشتباه رو کردم ) 2- نمیشه از تعدادی تقویت کننده بیشتر استفاده کرد!محدودیت داره. علتش هم گویا مقدار خازنی خروجی و ورودی هر تقویت کنندست (توی طراحی فیلتر های اکتیو هم این مسئله ایجاد میشه) (البته خودم این یکی رو امتحان نکردم ببینم چی میشه. :mrgreen:

[masoodhashemy]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

هم جواب اون پستم رو بدید و هم اینکه من در الکترونیک 3 تقویت کننده LNA خوندم اما با ماسفت بود :redface: اما میخوام مدار کاربردی تر بیشتری بفهمم از کجا بخونم؟ من دوست دارم سیتنی سایزر و ... کار کنم اما این رشته مخابراتی ها همشون تئوریسم! هستند :mrgreen: هر چی سوال میکنی یک کتاب 1000 صفحه ای معرفی میکنند که نه خودشون فهمیدن نه من میفهمم.میخوام practical باشه از پردازش خیلی خوشم میاد آخه موضوع پروژه پایانی خودم هم روی پردازش صدای انسانه چی بخونم ؟ با کمال تاسف هیچی در زمینه sample & hold نمیدونم.فقط یک سری چیزهای کلی میدونم. به نظرتون اگر بخوام روی پردازش صدای انسان کار کنم چی کار کنم؟

[pajuhaan]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

هم جواب اون پستم رو بدید و هم اینکه من در الکترونیک 3 تقویت کننده LNA خوندم اما با ماسفت بود :redface: اما میخوام مدار کاربردی تر بیشتری بفهمم از کجا بخونم؟ من دوست دارم سیتنی سایزر و ... کار کنم اما این رشته مخابراتی ها همشون تئوریسم! هستند :mrgreen: هر چی سوال میکنی یک کتاب 1000 صفحه ای معرفی میکنند که نه خودشون فهمیدن نه من میفهمم.میخوام practical باشه از پردازش خیلی خوشم میاد آخه موضوع پروژه پایانی خودم هم روی پردازش صدای انسانه چی بخونم ؟ با کمال تاسف هیچی در زمینه sample & hold نمیدونم.فقط یک سری چیزهای کلی میدونم. به نظرتون اگر بخوام روی پردازش صدای انسان کار کنم چی کار کنم؟

اگه می خواید سینتی سایزر فرکانس بسازید همون کتابای 1000 صفحه ای تنها مرجعتونه :mrgreen: چون فکر نکنم کسی حاظر بشه تجربیاتش رو کامل مطرح کنه باید بخش بخش راجع بهش تحقیق کنی.خودش شامل بحث های کنترلی (phase margin,gain margin,loop bandwidth,تاخیر فیدبک و طراحی سیستم میشه) بحث مخابراتی، بحث الکترونیکی (طراحی فیلتر اکتیو و پسیو-فیلتر سنتز و آشنایی کامل با قطعات الکتریکی) یه چندتا نرم افزار شبیه سازی هم می خواد بلد باشی. (یا از نرم افزارای رایگان analog device استفده کنی-اگر از قطعات همونام می خوای استفاده کنی)
در آخر هم به جز 2-3 تا قطعه بدرد نخور تو بازار ایران هیچی پیدا نمی کنی باید سفارش بدی بیارن واست.

درمورد پردازش صدا هم باید ببینی در چه مبحثش می خوای کار کنی؟ تخمین منابع،فاصله یابی،تفکیک و یا غیره... چون اینجور کارا معمولا همش از عهده ی یک نفر بر نمیاد.

[farzanh]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

اما 3 تا سوال دارم:
1- برای اینکه تداخل مخرب بین موج ارسالی و دریافتی پیش نیاد باید هر موج 40khz رو چند میلی ثانیه یا میکرو ثانیه بفرستم؟
2- اون چیزی که خودتون گفتید 2 تا گیرنده داریم و اختلاف فاز محاسبه میکنیم اساس کارش چیه؟ لینکی یا مقاله ای هست توضیح داده باشه؟
3- آیا میکرو ARM نسبت به DSP انتخاب بهتری نیست؟(برای آینده خودم)

در بیشتر سیستم های فاصله یابی مثل رادار و سونار شما یک پالس ارسال می کنید و بعد فرستنده رو خاموش می کنید و منتظر میشید تا اکو برگرده و اختلاف زمانی رو محاسبه کنید. برای سیستم های مافوق صوت تا جایی که من میدونم معمولا از عرض پالس 1 میلی ثانیه استفاده میشه. البته شما باید برای مساله خودت این عدد رو به دست بیاری. به چند تا مساله بستگی داره. 1- حداقل فاصله ای که میخوای اندازه بگیری چقدره؟ چون تا زمانی که فرستنده روشنه گیرنده اکو رو نمیتونه بگیره و در حالت اشباع هستش. 2- سرعت صوت در محیط مورد نظر چقدره؟ در هوا چون سرعت صوت کمه میشه طول پالس رو زیاد گرفت ولی مثلا در فلزات سرعت به 10 هزار متر بر ثانیه میرسه. اون وقت اگر بخواهی فواصل به نزدیکی چند سانتی متر از فرستنده رو ببینی باید عرض پالس در حد میکرو ثانیه باشه. 3- رینگینگ فرستنده هم میتونه مهم باشه. فرستنده به محض خاموش شدن از نوسان باز نمی ایسته و مدتی به نوسان ادامه میده.

در مورد اختلاف فاز: تداخل سنجی یکی از رایج ترین روشها برای تعیین جهت سیگنال ورودی به یک آرایه است. فرض کنید 2 تا سنسور داشته باشیم و موجی به صورت مایل به اونها میتابد. چون جبهه موج در فضا به صورت مایل حرکت میکنه سیگنال دریافتی دو سنسور با هم دارای اختلاف فاز متناسب با کسینوس زاویه خواهد بود. پس با محاسبه اختلاف فاز میتونیم جهت رو بدست بیاریم.

در مورد میکرو ARM من چیز زیادی نمیدونم اما توصیه میکنم با dsp کار کنید چون یاد میگیرید و در آینده میتونید ازش استفاده کنید. در حالی که به نظرم میرسه دامنه کاربردهای ARM کمتر باشه.

[farzanh]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

میخوام مدار کاربردی تر بیشتری بفهمم از کجا بخونم؟ من دوست دارم سیتنی سایزر و ... کار کنم اما این رشته مخابراتی ها همشون تئوریسم! هستند هر چی سوال میکنی یک کتاب 1000 صفحه ای معرفی میکنند که نه خودشون فهمیدن نه من میفهمم.میخوام practical باشه از پردازش خیلی خوشم میاد آخه موضوع پروژه پایانی خودم هم روی پردازش صدای انسانه چی بخونم ؟ با کمال تاسف هیچی در زمینه sample & hold نمیدونم.فقط یک سری چیزهای کلی میدونم. به نظرتون اگر بخوام روی پردازش صدای انسان کار کنم چی کار کنم؟

اگر بخواهید در زمینه تئوری روی پردازش صحبت کار کنید خوب تکست های زیادی هست که باید خودتون ببینید و یکیش رو بخونید. ولی در زمینه عملی من چیز زیادی در این زمینه خاص نمیدونم فقط خوبه یه مقدار راجع به codec پردازشگر صحبت که روی بعضی بوردهای آموزشی dsp هست تحقیق کنید. من یه دوستی دارم که کاری در این زمینه انجام میده و از همین بوردها استفاده قراره بکنه.

[farzanh]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

تجربیات تازه:

اول این که بورد رو لحیم کردم و با هزار زحمت از بخش آنالوگش جواب گرفتم حالا سر بخش دیجیتالش هستم. بخش دیجیتال رو نمیشه بدون لود کردن برنامه روی dsp تست کرد. نحوه بوت شدن 5509 هم که قبلا گفتم از طریق پورت usb کامپیوتر میتونه باشه که امکان خیلی خوبیه. با برنامه ای به نام usbio فایل برنامه رو اول ریست شدن براش میفرستیم و اجرا میشه.

یه مشکلی که در طراحی داشتم این بود که طراحی بخش امولاتور رو کمی با توجه به دیتاشیت نسبت به طراحی هایی که دوستم در کارهای قبلیش داشت عوض کردم. اما این باعث زحمت زیادی شد چون حالا اول ریست سیستم خودبخود هالت میشه و شروع به کار نمیکنه تا زمانی که با یک جسم فلزی پایه های امولاتورش رو بهش نویز وارد کنیم که راه میفته. احتمالا پول داون داخلی پایه تراست که مسئول غیر فعال کردن امولاتور در حالت عادی هستش به درستی کار نمیکنه. این رو هم بگم که من اصولا روی بورد از امولاتور استفاده نکردم فقط غیر فعالش کردم. تست رو هم سع می کنم با gpio انجام بدم.

نکته دیگه اینکه تایمرها رو که برنامه ریزی کردم خیلی کار باهاش ساده بود تقریبا شبیه میکرو بود. در dsp تفاوت کار بیشتر اینه که مثلا گذاشتن آدرس تابع وقفه رو در ابتدای حافظه خودم باید انجام بدم که اون هم کار خاصی نداره. اما دوستم برای برنامه ریزی تایمرها از توابع chip support library: CSL استفاده کرده بود. این توابع اومدن سعی کردن دستکاری رجیسترها رو از دید کاربر پنهان کنن و به جاش یه سری توابع معرفی کردن. مثلا اگر برای راه اندازه یک تایمر باید یکی از بیت های رجیستر کنترلیش رو 1 کنیم این رو در قالب یک تابع به نام استارت تایمر قرار دادن. من ازشون استفاده نکردم چون به نظرم بیشتر کار رو پیچیده کرده بودن. خودم دیتاشیت رو میخونم و مستقیم با رجیسترها کار می کنم و تا اینجا هم از تایمرها جواب گرفتم.

یه نکته ای که خیلی اذیت کرد این بود که برای تست من یه LED به پایه XF که یه خروجی مستقیما متصل به CPU هستش استفاده می کردم منتها حواستون باشه مثل اینکه این پایه داخل وقفه ها قابل دسترسی نیست. بنابراین در وقفه ها برای تست بهتره از پایه های GPIO استفاده کنین.

[farzanh]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

خب من دیشب تونستم از بخش های دیجیتال و مخصوصا ADC هم جواب بگیرم و خیلی جواب تمیزی هم داد. البته ای کاش در طراحی اولیه از ADC متفاوتی استفاده میکردم. این که الان استفاده کردم AD7352 هستش که ورودی دیفرانسیلی تک قطبی داره. البته سیگنالی که من از سنسورهای مافوق صوت میگیرم دیفرانسیلی هستش ولی بعد از LNA سینگل میشه. بنابراین مجبورم یه AD8138 بذارم که اون رو بیاد دوباره به طور مصنوعی دیفرانسیلی کنه و همچنین یه مقدار DC به هر دو خروجی اضافه کنه تا برای ADC قابل استفاده بشه. در صورتی که میتونستم از یک ADC دو قطبی سینگل استفاده کنم. در این صورت میتونستم مستقیما خروجی LNA رو به ADC بدم. تازه ولتاژ رفرنسی که باید به سیگنال اضافه بشه خودش نیاز به یه بافر داره. بنابراین من میتونستم در جمع دو کانال، 4 تا IC از مدارم کم کنم.

کانال ارتباطی MCBSP سریال DSP رو هم راه اندازی کردم که عمدتا از برنامه های آماده دوستم استفاده کردم. الان با نرخ 200 کیلوهرتز نمونه برداری میکنم از دو کانال هر کدام 12 بیت. با صفرهای اضافه ای که ADC میفرسته در مجموع 32 بیت ارسال میشه. چیزی که روی اسکوپ دیدم نشون میده تا 500 کیلوهرتز هم میشه نرخ نمونه برداری رو بالا برد. البته الان فرکانس حامل مافوق صوت 40 کیلوهرتز بیشتر نیست و بنابراین همین مقدار نمونه برداری کافیه. ولی در آینده ممکنه تا چند صد کیلوهرتز برسه. ADC دارای دو کانال سریال برای ارسال داده های نمونه برداری شده از دو کانال هستش که من تنها از یک کانال فعلا استفاده کرده ام و اطلاعات هر دو کانال رو با استفاده از همین یک خط ارسال میکنم. اگر لازم بشه نرخ نمونه برداری رو میتونم با استفاده از هر دو خط سریال تا 1 مگاهرتز هم افزایش بدم. خود ADC حداکثر تا 3 مگاهرتز توانایی نمونه برداری داره.

کار بعدی که باید بکنم انتقال داده ها به کامپیوتر با استفاده از پورت USB و بعدش هم نوشتن یک برنامه MATLAB هستش که اختلاف فاز رو حساب کنه. بعد میرم سراغ تست فضای آزاد.

[cooolman_ahv]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

امکانش هست از مداری که ساختین یه عکس بزارین ؟

[farzanh]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

اول یه نکته رو بگم بعد بریم سر عکس .... متاسفانه یه نقطه ضعفی که 5509 داره اینه که حافظه فلش نداره. برای همین هم هر دفعه که میخوام راه بندازمش باید دوباره برنامه رو براش از طریق usb بفرستم. البته این مساله موقع تست که دایم برنامه رو عوض می کنیم اذیت نمی کنه ولی در آینده برای این که مدار به یک دستگاه مستقل تبدیل بشه نیاز داره به این که یه حافظه فلش جداگانه روی بورد بذاریم و پروگرمش کنیم. تا جایی که میدونم مثلا 2812 خودش فلش داره.

اما عکس های بورد.


این عکس خود بورد هستش. دو تا باطری 9 ولتی داره که تغذیه دوال بخش آنالوگ رو ایجاد میکنه. تعدادی آی سی رگولاتور (مربعی شکل ها) داره و dsp هم که اون وسطه. سمت چپ مدار بخش آنالوگ هستش که شامل LNA و درایورهای دیفرانسیلی هستش. سمت چپ DSP میتونید ADC رو ببینید. پایین DSP کریستال اسیلاتور 12 مگاهرتز هستش. اونی که دو تا LED آبی و قرمز کنارش روشن هستن TPS هستش که منبع تغذیه DSP هستش. منتهی الیه سمت راست پورت USB قرار داره. سنسورهای مافوق صوت هم که مشخص هستن البته فعلا آرایه ای نیستن تکی هستن. LED سبز هم برای تست استفاده میشهو به خروجی XF وصله. عکس بعدی عملکرد فرستنده- گیرنده بخش آنالوگ رو نشون میده.



در این تصویر در سمت چپ پالس ارسالی فرستنده رو می بینید. بقیه سیگنال های دریافتی گیرنده هستن که بازتاب های موج مافوق صوت از اشیای اطراف هستن. اشیای نزدیک چون با قدرت بیشتری بازتابش کردن گیرنده رو اشباع کردن. البته میتونید ببینید که موج گیرنده واضح و شفاف نیست که علتش نوسان با دامنه کم LNA هستش که قبلا توضیح دادم. وقتی بورد جدید بزنم گین رو دو طبقه میکنم تا این مشکل حل بشه ان شاء الله. عکس آخر هم مربوط میشه به خروجی دیجیتال adc که با نرخ 200 کیلو سمپل بر ثانیه داره داده ارسال میکنه. داده ها بینشون 4 تا صفر هست که داده های نمونه برداری شده از دو کانال مختلف رو از هم تفکیک میکنه.

[cooolman_ahv]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

هر چی خواستم پست تشکر نزنم،بازنتونستم.
اولا از اینکه تجربه علمیتون رو با ما تقسیم کردین تشکر می کنم ، ثانیا ممنون که عکس مدارتون رو گذاشتید.
من این عکس رو می بینم کلی حسرت می خورم :cry: ، این DSP ها واسه من همیشه یه آرزو بود که یه دستی بهش بزنیم ولی متاسفانه تا حالا پیش نیومده فرصتش.

[farshchian]

پاسخ : طراحی بورد پردازش سیگنال مافوق صوت

دوست عزیز ازتون به خاطر این کار قشنگ ممنون هستم چند تا سوال دارم
1- آیا این فرستنده گیرنده های ما فوق صوت توی هر فرکانس می تونن کار کنن یا هر کدوم برای یه فرکانس خاص در نظر گرفته شده اند.من که یه مدل دارم فقط رو 40 کیلو هرتز جواب میده.
2- این DSP که فرمودین تو چه فرکانسی کار می کنه تایمراش چند بیتی هست؟
3- آیا با این DSP ها میشه زمان رو با دقت پیکو ثانیه اندازه گرفت؟
4- یه تازه کار DSP رو از کجا شروع کنه؟ برد هاش چقدر در میاد از کجا میشه تهیه کرد برد راه اندازشونو
5- چرا فرمودین DSP تو این کار از ARM بهتره؟
6- اصلاً راستشو بخواین من نمی دونم DSP چه فرقی با یک میکرو داره؟ فقط سرعت بالا و بهینه شدن عملیات برای کارهای خاص هست یا چیز دیگر؟
ممنون میشم اگر به سوالاتم پاسخ بدین
موفق باشید. :applause: