声探测系统设计

引言

被动声源探测定位技术是一种利用声学传声器阵列和电子装置接收运动目标的辐射噪声,以确定目标所处位置的技术。

本文正是基于声探测技术原理和成熟的微电子技术,采用TI公司的32位浮点DSP芯片TMS320VC33-150来实现声源目标的探测定位算法,并辅之以ADC、CPLD、单片机等器件来实现声源信号的采集、系统逻辑控制以及通信功能。对于数字电路的逻辑控制功能,本文选用了Altera公司的CPLD芯片EPM7128AETC100-10来实现。该芯片功耗低、资源丰富、内部延时固定,有助于时序逻辑电路的设计。本系统主要分为两部分:声探测系统数字电路的硬件实现和DSP软件设计。系统现已完成调试,运行稳定,探测效果较好。

系统功能

声探测系统通过传声器阵列获得声源目标的辐射噪声信息,通过前端模拟信号处理后,在数字电路中由DSP进行高速的声探测定位算法处理,并把获得的声源方位、速度等信息,发送给计算机终端进行交汇显示。

声探测系统的硬件设计

在声探测系统中,数字电路是最为关键的部分。本文以DSP、CPLD和单片机为核心器件,完成了声探测系统的数字电路的硬件设计。其数字电路框图如图1所示。

图1声探测系统的数字电路框图

经过前端处理的模拟信号由AD7865完成采样转换后,给DSP一个中断,DSP在CPLD的配合下,读取各个通道的数据并存储在片外SRAM数据区,同时DSP对数据进行数字滤波、频谱分析,从而完成对声源目标的定位功能。

由双口RAM实现DSP和C8051F020目标信息的交换,最终通过MAX3485完成和终端的RS-422通信。另外,DSP根据处理后的结果实现对前端模拟电路的增益控制。

ADC设计

被动声探测系统中对声音的相位一致性要求很高,因此,在设计中采用了具有同时采样保持功能的14位并行输出ADCAD7865。本设计中,经放大滤波处理后的6路声源目标信号通过两片AD7865实现A/D转换。本文利用DSP定时器的输出信号作为ADC的启动采样信号,采样转换完成后,通过ADC的BUSY信号给DSP一个中断,然后DSP进入中断处理程序,读取A/D数据,而读写信号和ADC片选信号由CPLD对DSP的读写信号和地址信号进行逻辑组合来完成。

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