Портативный анализатор спектра с использованием Arduino | Полные проекты электроники

Этот недорогой портативный анализатор спектра можно использовать для анализа частотного содержания входных сигналов до 5 кГц. Частотный спектр входного сигнала содержит важную информацию, и он использовался в различных приложениях, от инженерных до биомедицинских, таких как распознавание речи, анализ сигналов электрокардиограммы (ЭКГ), диагностика неисправностей асинхронных двигателей, анализ музыки и так далее.

Анализ спектров электрических сигналов предоставляет информацию о доминирующей частоте, мощности, искажениях, гармониках, полосе пропускания и других спектральных компонентах, которые нелегко обнаружить во временных сигналах. Анализаторы спектра довольно дороги и могут быть недоступны для таких людей, как студенты и любители электроники.

Блок-схема предлагаемого недорогого портативного анализатора спектра представлена на рис. 1. Снимок авторского прототипа с использованием платы Arduino DUE и тестовой установки, использованной для оценки, показан на рис. 2.

В системе используется частотный анализ на основе быстрого преобразования Фурье (FFT). БПФ — это эффективный в вычислительном отношении алгоритм вычисления дискретного преобразования Фурье (ДПФ) для выборок, которые представляют собой положительные целые степени двойки.

В Таблице 1 перечислены возможные частоты дискретизации, доступные для платы Arduino Due. Эти частоты выбираются с использованием значения предварительного делителя в регистре ADCSRA встроенного аналого-цифрового преобразователя (ADC). Resolution частот можно увеличить либо за счет уменьшения частоты дискретизации (fs), либо за счет увеличения количества точек БПФ (N). В зависимости от требований к частотному разрешению приложения проектировщики могут выбрать подходящие значения. В Таблице II перечислены разрешения по частоте для различных комбинаций N и fs.

генератор функций используется для оценки системы путем подачи входных сигналов на разных частотах и отслеживания изменений частотного спектра на ноутбуке. Входной сигнал подается на один из имеющихся на плате каналов ADC. Библиотека БПФ Arduino используется для платы Arduino Due.

Код Processing для просмотра графика частотного спектра на ноутбуке разработан с использованием программного обеспечения Processing. Исходная программа (FFT_acc_Vs_k.pde), написанная на Processing, может быть изменена по требованию.

Снимки выходного экрана для входных сигналов с частотой 1 кГц и 2 кГц показаны на рисунках 3 и 4 соответственно с использованием 2048-точечного БПФ с fs=9615 Гц.

Этот проект можно легко расширить для многоканального анализа спектра, поскольку Arduino Due имеет двенадцать аналоговых входных каналов.

Этапы тестирования

Шаги тестирования приведены ниже.

1. Загрузите и установите Arduino IDE с этого веб-сайта и программное обеспечение Processing с этого сайта. веб-сайт. 2. Подключите плату Arduino DUE к ноутбуку с помощью кабеля USB и откройте Arduino IDE. Добавьте библиотеку SplitRadixRealP в папку библиотек IDE. Откройте код Arduino (FFT_Split_for_GUI.ino) с помощью программного обеспечения Arduino IDE. В разделе «Инструменты» выберите плату Arduino Due (порт программирования) и COM-порт. Затем скомпилируйте и загрузите исходный код на плату Arduino DUE. 3. Откройте исходный код Processing (FFT_acc_Vs_k.pde) с помощью программного обеспечения Processing. Измените COM-порт в исходном коде. 4. Подключите вход функционального генератора к контакту Arduino Due A1. Убедитесь, что заземление общее, и запустите программу/скетч. Откроется окно выходного спектра, в котором будет показан спектр данного входного сигнала. 5. Вы можете просмотреть спектр в заданном диапазоне по оси X, while по оси Y показывает амплитуду входного сигнала, подаваемого на вывод A1 платы Arduino Due.

Загрузить папку с исходным кодом: нажмите здесь

Также ознакомьтесь с самодельным анализатором спектра звука.

Акаш Вакил работал научным сотрудником в Crucible of Research and Innovation (CORI) Университета PES, а в настоящее время учится в магистратуре в Университете штата Аризона, Темпе, Аризона.

Д-р Дж. Маникандан — профессор CORI и возглавляет область СБИС и встроенных систем кафедры ECE в Университете PES, Бангалор