基于STC32檢測 20kHz電磁導(dǎo)航信號

01、電磁導(dǎo)航信號

一、前言

在電子錐桶設(shè)計中，需要使用電磁導(dǎo)航信號對電子錐桶進行復(fù)位，前期測試了基于LM567檢測電磁信號的方案，發(fā)現(xiàn)它的檢測靈敏度會受到電路中的電阻和電容精度的影響，昨天測試了基于 STC32 ADC檢測方案，無論是精度還是靈敏度都大大提高了。下面對此進行進一步測試。

二、基本原理

STC32F 單片機中的 ADC 在12位下，數(shù)據(jù)手冊要求不能夠高于800kHz。下面利用程序，對轉(zhuǎn)換函數(shù)時間進行測量。前后通過對 LED 管腳單片的改變，可以得到ADC所消耗的時間。這是示波器顯示 LED 脈沖波形?？梢钥吹?，高電平時間為3.22微秒，這是實際 STC32F 單片機采集時間。

這是 STC32F 數(shù)據(jù)手冊中給出的ADC轉(zhuǎn)換速度公式，根據(jù)軟件中的設(shè)置，可以計算出ADC轉(zhuǎn)換時鐘數(shù)量為52，在 24MHz下，對應(yīng)2.2微秒的轉(zhuǎn)換時間。實測轉(zhuǎn)換時間為3.2微秒。

這是通過循環(huán)連續(xù)采集2000個信號數(shù)據(jù)繪制出的波形。信號峰峰值為 100mV。頻率為 20kHz。由于采樣周期在3微秒左右，所以每個周期所采集到的數(shù)據(jù)點只有15個左右，數(shù)據(jù)波形也存在較大的失真。為了解決采集速度的問題，下面采用欠采樣方法來提高信號采樣精度。

三、欠采樣

使用欠采樣來采集周期高頻信號波形，設(shè)置采樣周期比信號周期的整數(shù)倍數(shù)略高，或者略低，便可以獲得與原信號相同波形的數(shù)據(jù)。下面測量一下定時器4中斷的頻率，就是前面定時器4中斷內(nèi)進行AD轉(zhuǎn)換的脈沖信號的頻率，是10.055kHz，這個數(shù)值比 20kHz 信號頻率一半略微高一些，可以利用這個方式完成信號的欠采樣。下面來看一下采集到的數(shù)據(jù)波形。

▲圖1.3.1采集到2000個數(shù)據(jù)的信號波形

這是采集到的2000個數(shù)據(jù)點。為了表明數(shù)據(jù)波形的穩(wěn)定性，在數(shù)據(jù)中間還有橙色正弦曲線，可以看到它們之間的相位非常穩(wěn)定。采樣頻率為 f0，信號頻率為 f1。那么可以求得各自的周期，t0，t1。采樣周期比兩倍信號周期少了 delta t。對應(yīng)信號一個周期內(nèi)采樣數(shù)據(jù)的個數(shù)為 Ns。代入數(shù)據(jù)可以計算出大約為91.4。?由此，可以得到數(shù)據(jù)正弦信號，每個采樣數(shù)據(jù)對應(yīng)的相位差為 delta θ。按照這個相位差繪制出橙色曲線，理論正弦信號與實際采樣信號之間對應(yīng)非常完美。

四、信號幅度

這是峰峰值為 5mV，20kHz 的導(dǎo)航信號，經(jīng)過采集之后的波形。下面給出計算其中正弦波形的公式。這是根據(jù)采樣頻率和信號頻率計算出數(shù)據(jù)采樣周期，對于采樣數(shù)據(jù)，分別計算出數(shù)據(jù)與 sine、cosine 信號的內(nèi)積，然后計算出信號的幅值。

這是計算出信號的幅值，可以看到信號幅值計算值為1，上下偏差在0.1之間。這能夠表明信號的存在。

這是輸入信號峰峰值為 100mV時，采集到的信號波形。這里給出了500次測量結(jié)果，計算數(shù)值在20左右波動。

五、實測導(dǎo)航信號

仿照前面利用 LM567 檢測電磁信號中的電路，采用一個三極管對來自 LC 并聯(lián)諧振電磁感應(yīng)信號進行放大，然后連接到 STC32 ADC通道。這個電路就在面包板上搭建。三極管集電極放大信號直接引入單片機，三極管集電極均值電壓在2.3V 左右。經(jīng)過測試，可以看到在旁邊1米附近，如果有電磁導(dǎo)航線圈，便可以引起單片機檢測信號觸發(fā)。如果檢測到 20kHz 信號幅值超過2，便點亮 LED 指示燈。這個實驗證明了利用單片機檢測電磁信號的高靈敏性和可靠性。

※ 總結(jié) ※

本文介紹了基于STC32檢測電磁導(dǎo)航信號的方法。實驗證明了該電路的可靠性。

參考資料

[1]利用STC32F12 ADC 檢測 20kHz 導(dǎo)航信號: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/133141100

[2]基于LM567 音頻信號檢測功能初步測試: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/132830117

[3]基于LM567制作的反射式紅外檢測電路，用于節(jié)能信標(biāo)檢測電路: https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/120317194

[4]單個晶體管音頻放大電路: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/132842254

[5]基于LM567的 20kHz 導(dǎo)航電磁信號檢測方案: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/132849781