WIRTUALNY KLUB MODELARZY RC

Przeglądając stare wątki naszego forum znalazłem niedawno temat pomiaru prędkości modelu z wykorzystaniem efektu Dopplera. Przypomnę, że polegało to na zgraniu dźwięku samolotu zbliżającego i oddalającego się od punktu pomiarowego a następnie wrzuceniu próbek głosu do specjalnego programu, który przy naszej wydatnej pomocy obliczał prędkość. Zamiast rzucać się do lutownicy posiedziałem chwilę w spokoju i wymyśliłem urządzenie, które będzie to liczyć na bieżąco "w warunkach bojowych". Z pierwszych ocen wynika, że całość zmieściła by się w jednym mikrokontrolerze klasy Atmega128/256 lub podobnym. Głównym ograniczeniem jest wielkość pamięci RAM - im więcej tym lepiej. Docelowo byłoby fajnie mieć 32K ale nawet mając 8K i trochę czasu na optymalizację (i na obliczenia ) powinno działać. Do tego oczywiście mikrofon, prosty wzmacniacz z filtrem RC i wyświetlacz LCD. Plastikowe pudełko z pewnością zmieści się w dłoni. Algorytm działania byłby taki:

1. Kierujemy mikrofon naszego miernika na nadlatujący model i naciskamy przycisk (nie napisałem o przycisku ? - w pierwszej wersji będzie konieczny). Urządzenie łapie dżwięk i go zapamiętuje.
2. Jeszcze raz to samo robimy w chwili gdy samolot właśnie nas minął i.. już.

Reszta rzeczy dzieje się w programie:

3. W tej chwili mamy dwa komplety próbek dżwięku. W celu uproszczenia analogowych filtrów antyaliasingowych próbkowanie robię z maksymalną możliwą częstotliwością (oversampling). Zaraz po zapamiętaniu dżwięku przepuszczam go przez cyfrowy filtr pasmowoprzepustowy 20..4000Hz (sinc) i robię decymację tak, by dostać docelową sample rate ok. 10kHz.
4. Tak przygotowane oba komplety sampli obrabiam oknem Hamminga i przepuszczam je przez transformację Fouriera. Po wymnożeniu wyjściowych składowych rzeczywistych i urojonych dostaję widmo mocy sygnału w postaci prążków częstotliwości składowych tonu silnika 0..4kHz.
5. Efekt Dopplera polega na przesuwaniu się częstotliwości a więc wszystkie prążki w jednym widmie (tym "nadlatującym") będą proporcjonalnie wyżej od prążków w drugim widmie ("oddalającym"). Ponieważ informacja o szybkości zawarta jest w wielkości przesunięcia, widmo "nadlatujące" zaczynam "ściskać" w osi częstotliwości interpolując brakujące prążki i na każdym stopniu "ściśnięcia" sprawdzam korelację z widmem "odlatującym". Powstaje krzywa współczynnika korelacji (tak naprawdę liczę znormalizowany iloczyn skalarny) która ma wyraźne maksimum.
6. Znajduję wierzchołek i to miejsce jest wynikiem. Przeliczenie tego na prędkość wymaga jescze tylko wiedzy o prędkości dźwięku w danej temperaturze ale to już jest trywialne. Niestety do tego potrzebny jest czujnik temperatury albo ręczne jej wpisywanie.

Program chodzi na razie na symulatorze ATmegi i bez żadnych optymalizacji kodu liczy prędkość w jakieś 2 sekundy czasu "rzeczywistego". Ja niestety muszę czekać kilkanaście Jako sygnały wejściowe wrzucam próbki z różnych filmów modelarskich które znajduję w sieci. Często są tam bliskie przeloty przed kamerą i to mi bardzo odpowiada Algorytm wymaga jeszcze wielu testów ale wyniki są obiecujące. Gdybyście mieli jakieś własne sample, chętnie je łyknę a w wolnej chwili sklecę jakiś prototyp. Dość ważne jest, by nagrywać z dużym poziomem sygnału ale bez przesterowania - tego algorytmy DSP bardzo nie lubią. Niski sygnał ginie w szumie wiatru, w dokładności mojej arytmetyki i w "ogonach" FFT.
Oto kilka ulepszeń o których pomyślę, gdy to co już mam sprawdzi się na lotnisku:
1. Zastosowanie matrycy mikrofonów np. 4 zamiast jednego - pozwoli na zrobienie czegoś w rodzaju popularnych ostatnio anten radarowych z aktywnym skanowaniem czyli płaskiego, kierunkowego mikrofonu szerokompasmowego. Tu problemem może być niska częstotliwość więc "antena" może zrobić się duża ale spróbować warto.
2. Ciągły podsłuch i samodzielne wykrywanie chwili przelotu. Wtedy będzie potrzebne "śledzenie" samolotu ruchem dłoni albo dwa mikrofony ustawione w przeciwnych kierunkach.

Niestety podobne pomysły wymagają trochę mięcej mocy obliczeniowej niż mają Atmegi a w szczególności dotkliwy jest brak arytmetyki choćby 16-bitowej i instrukcji i trybów adresowania typowych dla DSP. Może więc skończy się na którymś Texasie albo AD. DSPice odpadają

Jak wam się podoba ?

_________________
Marek
Tipsy (RIP), PT-17, EasyStar, EasyGlider, Fox
X-412 z apetytem na coś większego

Nudzisz się

Co do ramu, to może zewnętrzny ram jeżeli i tak używasz mega128? Statyczny można praktycznie za darmo pozyskiwać ze starych płyt głównych (486) lub kart sieciowych ISA (3com miał 32KB), albo po prostu kupić:-). Używając stronicowania możesz tam wrzucić całkiem sporo. Np. poświęcić jedno 32KB na pierwszą próbkę, a drugi bank na drugą.

Co do reszty, to myślę, że jest to hardcore dla AVR
Powodzenia

_________________
pozdrawiam
Marek, 35Mhz k. 72, 63; 40MHz k. 50

Zagoniłeś mnie do kąta i pytasz czy mi się to podobało?
Mimo to mi się podoba.
Przy okazji zastanawiam się nad alternatywnym rozwiązaniem, nie tylko tego projektu, ale np. miernika modelarskiego. Wielu z nas ma notebooki i chętnie wykorzystałoby duży ekran i moc peceta do obróbki danych pozostawiając mikrokontrolerom zbieranie i wstępną obróbkę danych.
W tym przypadku potrzebny jest tylko program, ale przy mierniku bez hardware się nie obejdzie.

_________________
Pozdrawiam, Zbyszek

Cześć wszystkim, kopę lat..
Zrobiłem kawałek sprzętu do miernika prędkości. Wstawiłem ATmegę z pamięcią zewnętrzną, porządny wzmacniacz mikrofonowy, filtr antyaliasingowy, kilka przycisków no i wyciągnięty z szuflady wyświetlacz graficzny. Pomyślałem, że ten ostatni się przyda, bo gdyby jednak z projektu wyszły nici, to postawię sobie obok komputera analizator widma Po dopisaniu kilku funkcji mogę już łapać dźwięki i je analizować. Ale fajna zabawa Mogę gwizdać albo buczeć a na wyświetlczu widzę (obok innych ciekawych obrazków) moją szybkość - jestem w tym całkiem niezły. Nie ruszając się zza biurka spokojnie osiągam 100m/s No ale teraz moja prośba: naprawdę potrzebuję próbek dźwięku nadlatującyh modeli. Jeśli ktoś mógłby wydłubać to z jakiegoś swojego filmu albo nagrywał kiedyś na potrzeby prawdziwych pomiarów szybkości, proszę o kontakt.
Pozdrawiam.

_________________
Marek
Tipsy (RIP), PT-17, EasyStar, EasyGlider, Fox
X-412 z apetytem na coś większego

Cześć Marek,

Fajny projekcik - gratuluję
Na szybko może taka próbka z mojego podwórka:
http://fly.kartuzy.com.pl/movies/080907fl-hq.avi

_________________
pozdrawiam
krzysztof hilbrycht
fly.kartuzy.com.pl