МІКРОПРОЦЕСОРНИЙ ПРИСТРІЙ ВИЗНАЧЕННЯ НАПРЯМКУ НА ДЖЕРЕЛО ЗВУКУ ДЛЯ ПОКРАЩЕННЯ ТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ ОЗБРОЄННЯ

Анотація

Розглянуто проблему розроблення мікропроцесорних пристроїв для визначення напрямку на джерело звуку з підвищеною точністю. Проаналізовані основні розробки провідних закордонних та вітчизняних дослідників щодо аналогічних рішень. Спроектовано мікропроцесорний пристрій для визначення напрямку на джерело звуку з використанням сучасної елементної бази. Детально охарактеризовано структурну та функціональну схеми запропонованого пристрою. Ядром обрано 32-розрядний мікроконтролер STM32, який здійснює всі дії щодо реалізації алгоритмів опрацювання звуку проектованим пристроєм. Як вхідні сигнали використано електричні коливання в аналоговій формі на виходах трьох мікрофонів. Одержані сигнали підсилюються мікрофонними підсилювачами із програмно керованим коефіцієнтом передачі до номінального рівня роботи АЦП. Використання такого мікрофонного підсилювача звуку із програмно керованим рівнем підсилення дозволило гнучко реагувати на рівень звукового сигналу середовища і підтримувати на вході АЦП номінальний рівень вхідного сигналу. Такий підхід дозволив зменшити як рівень шумів (при малому рівні вхідного сигналу), так і рівень спотворень сигналу (при потужному сигналі).
Розглянуто декілька варіантів алгоритмів обчислення напрямків на джерело звуку. Показано, що на першому етапі, алгоритм пошуку кореляції має можливість для кожного із каналів прийому звуків шукати співпадаючі дані із внесеною затримкою. При виявлені таких фрагментів даних буде обчислюватися взаємна затримка надходження звуку у кожному із кільцевих буферів. Після порівняння даних алгоритм зможе однозначно обчислити напрямок на джерело звуку. На другому етапі виділені сигнали перетворюються за допомогою алгоритму ШПФ в спектральне представлення, яке можна трактувати як масив даних, придатних для розпізнавання типу джерела звуку. На третьому етапі відбувається розпізнавання типу джерела звуку. Для цього масив спектральних відліків одержаного сигналу порівнюється із базою типів сигналів. Порівняння відбувається за допомогою алгоритму обчислення взаємної кореляції.
Для перевірки працездатності пристрою проведено моделювання тракту мікрофонного підсилювача у середовищі Multisim, що свідчить про коректність вибраної елементної бази проектованого пристрою. Запропоновані моделі реалізовані у принциповій схемі проектованого пристрою наведення на джерело звуку.
Розрахована надійність схеми та середній час напрацювання пристрою до відмови. Проведені розрахунки свідчать про надійність роботи пристрою упродовж заданого часу.

Ключові слова: мікропроцесорний пристрій, проектування, напрямок на джерело звуку, надійність, мікрофонний підсилювач