【文章內(nèi)容簡介】 3是語音輸出接口，一個2pin的插針外接喇叭，由DAC輸出引腳21或22經(jīng)語音集成放人器SPY0030A放大，然后輸出，SPY0030A是凌陽的一款芯片，功能相當(dāng)于LM386,但是比LM386音質(zhì)好，~，最大輸出功率可達(dá)700mW (LM386必須工作在4V以上，而且功率只有100mW )(三)在線調(diào)試器PROBE和EZ PROBE接口 61板的接口圖中J4為PROBE的接口，該接口有5pin,我們就是通過它將PROBE與PC機連接起來進(jìn)行調(diào)試、仿真和下載程序的。這樣，就不需要再用仿真器和編程器了。J11是EZ PROBE的接口，我們提供一根下載線用作程序的下載，一端連接PC機的25pin并口，另外一端接61板的5pin EZ_ PROBE接口，如硬件連接實物圖所示。(四)電源接口61板接口圖中J10是電源接口，而I/。所以，在板子上具有兩種工作電壓:。對應(yīng)的引腳中15, 。對于I/O端口的電壓51, 52, V也可以是SV，這兩種電平的選擇通過跳線J5來選擇。61板的供電電源系統(tǒng)采用用戶多種選擇方式:l 5V供電 用戶可以用3節(jié)電池來供電，5V直流電壓直接通過SPY0029( V穩(wěn)壓器) V。另外也可以直接外接5V的直流穩(wěn)壓源供電。l ，I/O端口電壓此時只有一種選擇。需要注意的是由于I/O端口電壓此時只有一種選擇SPY0029A最大輸出電流為5OmA,所以如果需要外接一些模組時要先考慮負(fù)載能力。 (五)外部復(fù)位 復(fù)位是對61板內(nèi)部的硬件初始化，61板本身具有上電復(fù)位功能，即通電就自動復(fù)位，另外，還具有外部復(fù)位電路，即在引腳6上外加個低電平就可令其復(fù)位。如61板接口圖中的RESET按鍵。61板的核心SPCE061A單片機是繼μ’nSPTM系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一個16位結(jié)構(gòu)的微控制器。與SPCE500A不同的是，在存儲器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試的功能，SPCE061A里只內(nèi)嵌32KB的閃存。較高的處理速度使μ’nSPTM非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號。比較豐富的片上外圍功能模塊，使得系統(tǒng)的功能更加強大。因此，以μ’nSPTM為核心的SPCE061A微控制器是適合于數(shù)字語音識別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種較為經(jīng)濟的選擇，也可作為控制核心使用。其整體性能如下 [12] ：16位μ’nSP微處理器； 工作電壓：~(CPU)，IO口工作電壓VDDH為VDD~(I/O)； CPU時鐘：~ ； 內(nèi)置2K字SRAM； 內(nèi)置32K閃存ROM； 可編程音頻處理； 晶體振蕩器； 系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時鐘處于停止?fàn)顟B(tài))，耗電小于2μA； 2個16位可編程定時器/計數(shù)器(可自動預(yù)置初始計數(shù)值)； 2個10位DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換)輸出通道； 32位通用可編程輸入/輸出端口； 14個中斷源可來自定時器A / B，時基，2個外部時鐘源輸入，鍵喚醒； 具備觸鍵喚醒的功能； 使用凌陽音頻編碼SACM_S240方式()，能容納210秒的語音數(shù)據(jù)； 鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號； 32768Hz實時時鐘； 7通道10位電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換器 聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動增益控制(AGC)功能； 具備串行設(shè)備接口； 低電壓復(fù)位(LVR)功能和低電壓監(jiān)測(LVD)功能； 內(nèi)置在線仿真板(ICE，In Circuit Emulator)接口。SPCE061A的結(jié)構(gòu)概覽如下圖所示： SPCE061A主要包括輸入/輸出端口、定時器/計數(shù)器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、串行設(shè)備輸入輸出、通用異步串行接口、低電壓監(jiān)測和復(fù)位等部分，并且內(nèi)置在線仿真電路ICE接口，較高的處理速度使其能夠快速的處理復(fù)雜的數(shù)字信號。 在超聲波檢測技術(shù)中，主要是利用超聲波反射、折射、衰減等一些物理性質(zhì)來實現(xiàn)檢驗的目的超聲波測量方法有很多，如脈沖回波法、共振法、頻差法以及聲衰減法等，其中應(yīng)用最廣泛的是脈沖回波法。它的基本工作原理是:發(fā)射聲波傳感器由脈沖信號激勵發(fā)出超聲波，通過傳聲媒介傳到被測物體，形成反射波:反射波再通過傳聲介質(zhì)返回到接收傳感器，傳感器把聲信號轉(zhuǎn)換成電信號，由系統(tǒng)計算出超聲波從發(fā)射到接收所傳播的時間，再根據(jù)超聲波在介質(zhì)中傳播的速度，利用公式 （27）就可以確定超聲波傳播的距離了。根據(jù)所用傳感器的工作方式，測距又可分為自發(fā)自收單傳感器方式和一發(fā)一收雙傳感器方式。組合后可以得到六種檢測方式。一般說來，單探頭的自發(fā)自收工作方式是優(yōu)先考慮采用的。這是因為單探頭方式中計算公式比較簡單，同時檢測系統(tǒng)也簡單，安裝、維修比較方便。超聲波測距原理示意圖如下圖所示 [13]： 由上圖知，式27計算出來的距離并非傳感器到被測物的實際距離。設(shè)傳感器到被測物的高度為，壓電晶片到傳感器下表面的距離為，發(fā)射和接收傳感器之間的距離為，超聲波的入射角為，則高度的計算公式為: (28) 因此，可利用式上式來進(jìn)行所測距離的計算，其中兩傳感器之間的距離=2cm。v為超聲波在空氣中的傳播速度，t為超聲波的傳播時間。為了以超聲波作為檢測手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲波換能器，或者超聲波探頭。超聲換能器 [14]是在超聲頻率范圍內(nèi)將交變的電信號轉(zhuǎn)換成聲信號或者將外界聲場中的聲信號轉(zhuǎn)換為電信號的能量轉(zhuǎn)換器件。超聲換能器的種類很多，按照實現(xiàn)超聲換能器機電轉(zhuǎn)換的物理效應(yīng)的不同可將換能器分為電動式、電磁式、磁致式、壓電式和電致伸縮式等。目前壓電式換能器的理論研究和實際應(yīng)用最為廣泛。 壓電換能器的發(fā)展和應(yīng)用是以壓電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和壓電材料的發(fā)展為前提條件的，1880年居里兄弟發(fā)現(xiàn)了晶體的壓電效應(yīng)，但直到電子管放大器的發(fā)明，壓電材料的壓電效應(yīng)才真正用于電聲轉(zhuǎn)換上來。在第一次世界大戰(zhàn)期間，法國物理學(xué)家朗之萬于1916年研制成功了第一個真正實用的壓電換能器，并將其應(yīng)用于潛艇的探測中。在朗之萬發(fā)明的換能器中，壓電石英片被夾在兩塊厚鋼板中，后來這種換能器被廣泛應(yīng)用于超聲探測儀中。直到現(xiàn)在，朗之萬型換能器仍在得到廣泛的應(yīng)用，如功率超聲和水聲中。同時，由于壓電換能器作為高頻聲源的出現(xiàn)，使得高頻聲的研究成為現(xiàn)實，而聲學(xué)的應(yīng)用也被迅速地擴展，一個重要的聲學(xué)分支—超聲學(xué)也迅速發(fā)展起來，并得到了越來越多的重視。壓電效應(yīng)(1)逆壓電效應(yīng)將具有逆壓電效應(yīng)的介質(zhì)置于電場中，由于電場作用介質(zhì)內(nèi)部正負(fù)電荷中心發(fā)生位置變化，這種位置變化在宏觀上表現(xiàn)為產(chǎn)生了形變，形變與電場強度成正比。如電場反向，則形變亦相反。這一現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。利用逆壓電效應(yīng)能產(chǎn)生超聲波。將適當(dāng)?shù)慕蛔冸娦盘柺┘拥骄w上，晶體將發(fā)生交替的壓縮和拉伸，因而產(chǎn)生振動，振動頻率與交變電壓的頻率相同，若把晶體禍合到彈性介質(zhì)中，晶體將充當(dāng)一個超聲源的作用，超聲波將被輻射到那種介質(zhì)中。(2)正壓電效應(yīng)。當(dāng)對某電介質(zhì)施加應(yīng)力時，產(chǎn)生的變形將引起內(nèi)部正負(fù)電荷中心發(fā)生相對位移而極化，在介質(zhì)兩端面上出現(xiàn)符號相反的束縛電荷，其電荷密度與應(yīng)力成正比，這種效應(yīng)稱為正壓電效應(yīng)。利用正壓電效應(yīng)將機械能來接受超聲波的裝置，稱為接收換能器。常見的壓電材料有石英晶體、壓電陶瓷、壓電半導(dǎo)體、高分子壓電材料等。超聲波傳感器的結(jié)構(gòu):超聲波發(fā)生器是一個超聲頻電子振蕩器，當(dāng)把振蕩器產(chǎn)生的超聲頻電壓加到超聲換能器的壓電陶瓷上時，壓電陶瓷組件就在電場作用下產(chǎn)生縱振動。壓電組件在超聲振蕩時，仿佛是一個小活塞，其振幅很小，但這種振動加速度很大，于是把電磁振蕩能量轉(zhuǎn)化為振動能量，這種巨大的超聲波能量，沿著特定方向傳播出來。其關(guān)鍵技術(shù)是使超聲波聲束變細(xì)，除待測物體外不受其它構(gòu)造物的影響。超聲波換能器是產(chǎn)生超聲波必需的能量轉(zhuǎn)換裝置，它把超聲電磁振蕩的能量轉(zhuǎn)換為聲波。相鄰兩片的壓電陶瓷片極化方向相反，芯片的數(shù)目成偶數(shù)，以使前后金屬蓋板或殼體與同一極性的電極相連，否則在前后蓋板與芯片之間要墊以絕緣圈，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不必要的增大。兩芯片之間，芯片與金屬該班之間通常夾以薄黃銅片，作為焊接電極引線用。芯片，電極銅片用強力膠膠合。在壓電組件的中央部分用結(jié)合軸與圓錐狀諧振子連成一體，圓錐狀諧振子的邊緣部分裝有圓環(huán)狀彈性橡膠減振器，使之與外殼固定，起聲阻匹配作用。在電一聲變換部分的前面的超聲波束整形板，是對應(yīng)圓錐狀諧振子的振動模式設(shè)置的幾個開口。使超聲波波束指向尖銳，吸聲片吸收多余反射聲波。通過上述超聲換能結(jié)構(gòu)，配以適當(dāng)?shù)氖瞻l(fā)電路，可以使超聲能量的定向傳輸，并按預(yù)期接收反射波，實現(xiàn)超聲遙控、測距、防盜等檢測功能。超聲波傳感器根據(jù)應(yīng)用范圍的不同可分為通用性超聲波傳感器、寬帶型超聲波傳感器、密封型超聲波傳感器、高頻型超聲波傳感器。評價超聲波傳感器工作性能的主要指標(biāo)有：工作頻率，工作溫度和靈敏度。工作頻率。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時，輸出的能量最大，靈敏度也最高。 工作溫度。由于壓電材料的居里點一般比較高，工作溫度比較低，可以長時間地工作而不失效。靈敏度。主要取決于制造晶片本身。機電耦合系數(shù)大，靈敏度高；反之，靈敏度低。綜合以上指標(biāo)考慮，本系統(tǒng)選用TCT4016探頭，并選用雙探頭的設(shè)計，即采用兩個超聲波傳感器：一個用來接收，一個用來發(fā)射。采用的傳播介質(zhì)為空氣。 下圖為超聲波測距單元的實物圖：超聲波傳感器諧振頻率：40KHz；傳感器工作電壓：~9V