Тестовая установка и экспериментальные результаты




Проверка работоспособности системы и исследование влияния различных факторов на точность определения координат производились в лабораторных условиях. Тестовый экземпляр прибора способен определять координаты точечного источника звука на плоскости.

В состав тестовой установки входят:

1. Источник питания ±12 В (ИП)

2. Система первичной обработки данных (СПОД)

3. Восемь микрофонов (МК1 - МК8)

4. Размеченная координатная плоскость 100 x 100см (КП)

5. Персональный компьютер (ПК)

6. Соединительные кабели

7. Источник звука (ИЗ)

Центральное место во всей системе занимает система первичной обработки данных (СПОД). Этот блок с помощью микроконтроллера занимается непрерывным опросом сигналов со всех микрофонов, отслеживает момент срабатывания, в результате чего вычисляются промежуточные результаты, которые сразу же пересылаются в ПК для дальнейшей обработки. В свою очередь ПК с помощью специальной программы на основе полученных результатов произведет расчеты координат местоположения источника звука.

В качестве приемников звука нами использовались восемь однотипных микрофонов типа МКЭ-3, которые располагаются на координатной плоскости.

Измерения производились в следующем порядке:

1. Микрофоны размещаются на КП и фиксируются их координаты.

2. ИЗ размещается на КП и его координаты фиксируются (эти координаты сравниваются с вычисленными).

3. СПОД переводится в режим измерения.

4. ИЗ подает через паузу 10 импульсных звуковых сигналов.

5. СПОД отключается.

6. Производится вычисление координат ИЗ компьютером и сопоставляется с фактическим размещением ИЗ.

Исследовалась зависимость точности определения координат от количества задействованных микрофонов (5МК, 6 МК, 7 МК, 8 МК), их взаимного расположения и условий измерения:

- ИЗ находится в случайном месте (опыт №1, 2);

- ИЗ и два микрофона находятся на одной прямой (опыт №3, 4);

- ИЗ находится на равном расстоянии от двух микрофонов (опыт №5, 6);

В таблице 1 приведены некоторые образцы полученных экспериментальных данных. В последнем столбце указана абсолютная погрешность для случая с включением всех восьми микрофонов, погрешность указана для каждой из координат.

 

Таблица 1. Результаты определения координат источника звука.

№ опыта Координаты в см Погрешность определения координат, см
ИЗ, см 6 МК, см 7 МК, см 8МК, см
  (50; 48) (54; 50) (57; 48) (55; 48) 5, 0
  (30; 20) (31; 23) (31; 23) (30; 22) 0, 2
  (30; 40) (25; 41) (24; 41) (26; 39) 4, 1
  (10; 45) (25; 50) (14; 49) (12; 50) 2, 5
  (34; 36) (31; 41) (36; 33) (34; 34) 0, 2
  (31; 50) (29; 45) (29; 46) (29; 46) 2, 4

 

Основываясь на случайно выбранных результатах, можно сказать, что варианты с 6-ю и 7-ю микрофонами вполне приемлемы, для определения местоположения источника звука с невысокой точность. На этом фоне случай с использованием 8-ми микрофонов смотрится несколько стабильней в плане погрешностей. Если же оценивать все проведенные измерения в целом, то можно сделать похожие выводы с той разницей что, в опытах с 6-ю и 7-ю микрофонами периодически попадаются абсолютно неприемлемые по точности результаты. Замеры приходится повторять заново. С 8-ю микрофонами, как показала практика, такие ситуации возникают значительно реже. Соответственно при измерениях на плоскости разумно использовать не менее 8-ми микрофонов.

Что касается остальных факторов, то их видимое влияние на точность измерений замечено не было.

 

Заключение

В результате проделанной работы:

- разработан метод, позволяющий определять координаты ИЗ;

- разработана система определения координат

- успешно выполнено компьютерное моделирование процесса определения координат ИЗ;

- реализован пробный экземпляр прибора для двухмерного случая;

- экспериментально подтверждена работоспособность метода и прибора;

- проведены серии опытных измерений, на основе которых были выработаны рекомендации для дальнейшего использования и совершенствования системы.

Проведенные эксперименты показали, что возможность разработки простой системы определения координат источника звука существует. Путем улучшения элементной базы прибора, доработкой схемотехнической и программной части можно улучшить характеристики существующего экспериментального образца и перейти к определению координат реальных объектов в пространстве.

 

Литература

1. Большая советская энциклопедия [Текст]: в 30 т. / гл. ред. А. М. Прохоров. - 3-е изд. - М.: Сов. энцикл., 1969-1978. - 30 т.

2. Канатников, А.Н., Крищенко, А.П. Аналитическая геометрия [Текст]: Учеб. для вузов/А.Н Канатников; под ред. В.С. Зарубина, А.П. Крищенко. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э,Баумана, 2002. – 388с.

3. Аш, Ж. Датчики измерительных систем [Текст]: в 2 т./Ж. Аш; под ред. А.С. Обухова; Пер. с франц. – М.: Мир, 1992. – 480 с.

4. PIC16F877 [Электронный ресурс]: техническая документация для PIC16F877/ Фирма Microchip. - Москва, 2002. – Режим доступа https://www.microchip.ru.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-03-02 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: