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声原始方向查找器


这个project, 声音原点方向查找器 from 1971年,是一个有趣的项目,因为它形成了使用非常简单的组件的定向声音检测的基础,这可以很容易地转换为微控制器设计。

灯也将被用于更现代系统的LED替换。



声音原点方向查找器的执行摘要

声原始方向指示灯包括扁平方形形式,具有安装在其四个角的四个声音传感器/放大器单元,四排固态灯从其中心辐射到拐角和连接到换能器和灯的电子系统以操作设备。

声音原点方向查找器的背景

1.设计领域

这个design relates to sound wave detection devices. More particularly, this design relates to sound wave detection devices which rely on the velocity of sound to operate.

2.现有技术的描述

在警察工作和军事行动中,通常希望能够快速准确地确定声音的方向。例如,如果狙击手位于警察领域的某个地方或士兵的小队,警察或士兵需要能够检测到狙击手射击的方向。由于狙击手声音的回声和可能的扭曲,这通常很困难's weapon.

迄今为止使用的声音方向定位系统主要采用枢转的两个碗形声音换能器旋转,使得音量可以均衡。然后,声音均衡线的直角的线表示声音起源的方向。电子系统测量换能器之间的相对声级,并将信息插入偏离中心方向。

这种系统复杂,昂贵,经常繁琐。它们也很难使用。当使它们运行的​​声音不重复或回荡回声干扰时,它们特别难以使用。

声音原点方向查找器摘要

现在已经发现,通过适当的电子包装,可以布置声音传感器/放大器单元和固态灯的系统,以精确地确定声音发出的方向。以下描述的设备通过(a)来求解与现有技术声音方向定位系统相关联的问题(a),(b)易于操作,(c)廉价,(d)不受回波的影响,并且(e)不是需要重复的声音以便运行。

声音原点方向查找器的描述

出于简单性的目的,在下文中描述的设备在以下规范中将被称为声原始方向指示器(SODI)。所描述的SODI被设计为在满360°内的任何点处指示声源的方向。将认识到,如果希望这样做,则可以容易地改变该装置以仅覆盖90°,180°或270°。


图1:声原始方向查找器的平面图



360°场SODI的平面图如图1所示。图3.平面图描绘了具有具有方形平坦上表面11的盒子或壳体的装置。电池电源12被示出为单独包装并通过电源引线13附接到内部电子封装14。

它将被容易地认识到,电源可以在内部包含而不是如图所示的外部位于外部。旋钮15,16和17分别用于灵敏度调节,复位和频率调节。四个声音传感器/放大器单元T-1,T-2,T-3和T-4插入设备的上表面的拐角处,以及四排固态灯R-1,R-2,R- 3和R-4从上表面的中心辐射到角落。

所有灯都安装在装置的实际上表面下方,并由透明材料保护覆盖。

四排固态灯将器件分成四个象限,并终止于象限,指示灯DL-1,DL-2,DL-3和DL-4。在优选的SODI中,四排中的每一个都包含90盏灯。四个象限指示灯是每行的第90灯。它们在特定行中与其他89盏灯分开,即短距离,即大约三分之八到大约五八英寸,其原因在后面会变得明显。径向灯行的公共中心没有灯。

当声波撞击这种设计的SODI时,它将在撞击任何其他方面之前敲击四个换能器中的一个,只要声源不沿着垂直于通过两个相邻换能器上的一条线的线路的线位于垂直于彼此的线路。例如,来自图2中的方向的声波。 1将在撞击换能器T-3之前撞击其他三个传感器。

以下是描述根据这种设计的校准和适当调整的SODI的描述如果它被来自方向S的声波击中,也是如此,从以下示例中,它将变得显而易见该设备如何行动被任何其他方向的声波击中。

例子

根据该设计的SODI的电子电路是使得来自方向S的声波(图1)和引人注目的换能器T-3将导致行R-3中的固态灯以启动闪烁,一个一次,连续从仪器的中心朝向传感器T-3,直到波浪已经通过并撞击换能器T-2。

当换能器T-2被撞击时,点燃的固态灯将保持点亮。出于该示例的目的,可以认为固态灯R1-1可以被认为是在来自方向S的波在换能器T-2的仪器上直接撞击换能器T-3和换能器之后的一个亮度。

从绘图中,可以看出,来自方向S的声波将触发传感器T-3首先和换能器T-1秒。根据该设计的SODI的电路使得在撞击换能器T-1时,在具有撞击换能器T-3之后,波将导致行R-4中的固态灯连续地开始闪烁仪器中心朝向传感器T-4,而不是朝向传感器T-1。

这个successive action will occur until the wave strikes transducer T-4. At that time the solid state lamp which happens to be lit at the moment will remain lit. For purposes of this example, consider that lamp to be lamp RL-2.

从这个例子来看,可以看出,声音已经通过从第二固态灯汲取的直线表示,以保持亮起(RL-2)通过第一固态灯保持亮起(RL- 1)。然而,将实现两行中灯的连续闪烁的连续闪烁将是如此之快,即观察者是不可能判断第一灯是否保持点亮的是RL-1或RL-2。

因此,电路被构造成使得第三灯灯并保持点亮。对于来自方向S和引人注定的传感器T-3的声音,该灯将是象限指示灯DL-3。

在操作之前,可能希望根据这种设计校准SODI。校准是一个非常简单快捷的过程。校准由(a)定位SODI,使其上表面大致平行于地球'S平面,(b)激活电源,(c)调整灵敏度调整旋钮,使得立即局域的噪声阈值不会影响设备和(d)调节频率调节旋钮,使得高于上面的尖锐声音局部噪声阈值(例如手拍摄)从设备的一个角落直接产生几英尺,一排灯导致第89灯中的第89灯和象限表示灯剩余灯具。

在校准装置时,垂直于前面的一行中的光产生尖锐声音的光可能亮起并保持点亮。这表明声音来自广义来源。可以通过使声音来自点源或从设备进一步移动声源来纠正它。

应注意,除了灵敏度调整和频率调节之外,还提供了复位控制。校准或使用后,使用该控件用于准备使用设备以供使用。通过要求手动复位设备,完成了两个非常理想的功能。

首先,在感兴趣的声音之后听起来不会打扰设备,直到用户准备好这样做。其次,关于感兴趣的声音来自的方向的信息被保留并且可以由用户确定,直到通过用户的物理行用移除(擦除)。

这个information is retained without the use of auxiliary equipment.

电子电路

出于本说明书的目的,讨论图4是方便的。 2,3和4彼此结合。它们是适用于苏打药的电子电路的示意图,根据这种设计。

电子电路的功能如下:

1.提供受控频率方波脉冲输出。

2.点亮正确的象限指示灯。

3.控制灯行选择。

4.振荡器输出的门控控制。

5.计数器和灯序列控制。

6.将操作电路重置为零。

功能1. - 发现了几种可用的固态方波发生器电路适合使用。当SODI连接到电源时,振荡器变为操作。在图中编号的开放引线在其他相关数字中连接到类似的编号引线。


图2:声音原点方向查找器的示意图-1

View larger image 这里.


功能2. - 当操作集成电路(IC)NAND / NOR门A3,B3,C3或D3(图2)中的任何一个时,正确的象限指示灯点亮。只有当相关联的换能器分别操作NAND / NOR NAND A1,B1,C1或D1时,这些栅极仅操作,因为首先被声音波前击中。

功能3.通过赋予示例,简化了选择灯行和序列照明方向的过程的描述。 A2上的所有输入最初都在a"1"NAND / NOR GATES A1,A10和Y1提供的逻辑电平。声音波前触发声音传感器T-1(图2)降低了逆变器A10的逻辑输出电平,其施加到NAND / NOR门A2的一栅极。

A2的一个栅极上的降低的输入电压导致A2输出成为a"1"逻辑级别。 A1上的第二个和第三输入最初是在"1"B1和E的输出提供的水平。逻辑"1"A2提供的A1的第三栅极上的级别锁定A1的输出"0"液位,又锁定B1,A2和A9都具有逻辑"1"电平输出防止了这些电路的进一步随后的操作。

NAND / NOR GATES C1和D1最初为A3提供两个输入"1" level. The raised ("1")A9的水平输出提供第三个输入以降低A3的输出,然后反过来提升到"1"水平反转门A6的输出操作硅控制开关(SCR)S1。开关S1控制从SODI中心朝向T-1导致的灯的电源控制。

A9的操作放置了一个 "1"在C5和D4的一个输入上的水平。 NAND / NOR门C4,C5和D4,D5具有初始"1"C1和D1提供的级别输入。利用这种设置,无论换能器T-2还是T-3都接下来被声波前沿撞击,将激活与撞击器相反的灯行或远离撞击器。

也就是说,通过C9的操作,换能器T-2将通过D9的操作来激活灯行控制D,或者通过D9的操作来激活灯行控制C.

功能4. - 例如,首先击中声音波前,T-1的换能器操作A1到A2以使NAND / NOR门B1通过移除初始来实现不可操作"1"来自第二栅极输入的逻辑电平。类似地,待击中的第二换能器T-2将依次操作C1和C2以使NAND / NOR门D1变得无法操作。应当理解,电路组件组A和B和C和D将以相反的顺序以相同的方式操作。

与上述电路操作的示例同时,方波振荡器(OSC,图2)输出以下面的方式连接:独占或门X1和X2具有初始逻辑"0"两个门上的输入电平。当A2输出变为逻辑时,继续前面的示例"1"等级,x1输出也,进入逻辑"1" level.


图3:声音原点方向查找器的示意图-2

View larger image 这里.


这个"1"连接到NAND / NOR电路AB的一个栅极的X1的电平输出允许连接到方波振荡器的输出的第二AB输入栅极控制(栅极),并通过铅No.5号电路脉冲输出B / R2。电路X2和BC类似地通过计数器灯控制的下半部分的引线6至B / R2连接(图3)。

除了第三门"Reset"来自逆变器电路E的电路Y1和Y2上的电路连接(图2),来自A2和B2的NAND / NOR电路Y1上的连接和来自A2和B2的排他性或电路X1是相似的。 A2和B2的初始输出是逻辑电平"0,"如前所述。电路Y2和X2类似地连接到C2和D2以进行操作,因为Y1和X1在该示例中与A2和B2操作。

由声波向量操作的换能器T-1将一个输入到A2。 A2的输出来自初始"0" level to a "1" level. This "1"应用于X1的级别更改了初始X1输出水平"0" to a logic "1"等级。 A2输出"1"所应用的水平也,由于初始初始初始,y1的一个栅极输入离开Y1输出不变"0"水平应用于B2输入的第二栅极。

声音波线前进攻击T-4,它运行B2以将输出提升到逻辑"1" level. The logic "1"从b2施加到第二门的水平,以及"1"来自第一门栅极上A2的级别会导致X1的输出返回到a"0"逻辑级别。这个x1逻辑"0"水平输出适用于AB,门"off"振荡器输出到计数器时钟电路。

功能5. - 使用受控方波发生器的输出完成灯排序。频率发生器的输出被送入IC计数器电路。一个电路组合和设备配置在图1和2中示出。 2和3。

图2的电路图。图3表示从SODI的一个角落到对角线延伸的一个对角线中两排灯的计数和灯电路。相同的电路被复制并定位在直角到第一对角线的钠。

两个Signetics Corporation 10位缓冲器/寄存器S8202Y或相等连接,用于计数和灯控制(图3)。缓冲器/寄存器B / R1和B / R2连接为两个环计数器。计数器B / R2位置P9用于控制计数器B / R1的时钟电路。栅极控制方波发生器时钟计数器B / R2。

重启 of the counter/lamp display circuits is performed when the complete SODI is reset. Initial reset is to "0"在两个计数器上的位置,并在所有SCR切换S1到S4上同时发生电源关闭。重置功能在其他地方描述。

通过引线1和电阻器R8(图3)的SCR切换S1(图2)的操作将电力应用于9个晶体管的电源,每个晶体管均连接到一组10个固态灯。电源后的瞬间应用于晶体管/灯泡堤,方波振荡器输出操作NAND / NOR电路AB,连接到计数器B / R2的时钟电路,启动灯照明序列。

群组"0"晶体管连接到P0'B / R1(图3)的位置被打开以将来自R8限制的铅笔1的电力传递给第一组灯。除了仅具有9盏灯的第一组,B / R2的计数位置P0在每个灯组中连接到每个灯组中的第一灯的负侧。

因此,最初,在启动序列期间,没有灯具被点亮,灯L1是第一灯。施加到B / R2的时钟脉冲从P0位置施加到P1和P2到P9。连接灯组中的灯L0至L9顺序点亮,然后关闭。

B / R2的计数器位置P9通过反相门K连接到B / R1的时钟电路。当B / R2上的计数到达位置P9时,在任何顺序中,连接的灯被点亮,但是B / R1未踩到脉冲的下降沿,因为B / R2被踩到下一个序列的位置P0。

在灯序列停止之前,两个计数电路的踩踏将继续通过89计数。在延迟等于10计数周期之后。除了通过第四和最后一个声音传感器的操作被通过声音波前击中时,灯照明序列将重复振荡器。

除了通过引线1和R8供电的九组灯之外,第二组分组灯与第一组并联地以类似的序列连接到B / R2的编号输出。这些灯通过引线4,通过电阻器R7和第二组晶体管组开关接收它们的电力,其与其他晶体管组开关并联连接到B / R1的输出位置。

不能应用于铅1号和铅4号,或同时牵头No.2和铅3号。由于引线No.1和No.4,并且引线2和No.3控制了不同的对角线行,只能在给定时间在每个对角线上操作一组分组灯。

功能6. - 在常闭双极单掷弹簧加载开关S5或等效物的操作上进行SODI中的所有电路的复位(图2)。一组触点打开到硅控制开关S1至S4的电源电路。第二组触点从输入到逆变器E中移除150欧姆接地电阻R6,允许输入电压升至逻辑"1"通过电阻器R5电源电平。

逻辑"1"输入到E的电平降低了逻辑的输出"0"在每个可操作锁定的栅极上应用于一个栅极的电平,例如A1,B1和Y1。通过释放复位开关,可操作地锁定的栅极在切换S1至S4的时间之前恢复其未手术输出状态。


图4:声音原点方向查找器的示意图-3



所用的声音传感器/放大器包括电容麦克风和放大器。通过晶体管Q5(图4)放大麦克风输出,在收集器和基电路之间施加灵敏度控制。 Q5的输出通过晶体管Q6进一步放大。 Q6的正脉冲输出受齐纳二极管DD-1至3.3峰值伏特的限制,并施加到图1所示的逆变器A10,B10,C10或D10中的一个。 2。

声音传感器/放大器组合的唯一要求是放大器输出是电压有限,快速上升,正脉冲与相关联的IC逆变器电路的要求兼容。换句话说,换能器的类型可以是电容性的,碳,陶瓷,应变计,或具有足够灵敏度和坚固性的其他类型。

仪表面平面拐角处的四个换能器的位置必须使得所有换能器相对于声波具有相同的方面。用朝上的声音敏感部件冲洗安装,将满足这种情况。

命名法

无花果。 2。

R1,R2,R3,R4 = 2.5K

R5 = 5.1 k

R6 = 150.

所有其他电阻器都是51K。

所有二极管都是1N645

OSC是一个方波变频振荡器。范围为4,000赫兹至6,000赫兹。

A1,B1,C1,D1至A5,B5,C5,D5分别是NAND / NOR电路。

X1和Y1是独占或电路。

X2和Y2是NAND / NOR电路。

A6,B6,C6,D6至A9,B9,C9,D9分别是逆变器。

A10,B10,C10,D10和E是逆变器。

S1至S4是硅控制开关(SCR)2N2323。

DL-1至DL-4是固态灯(MONSANTO MV-50)。

晶体管Q1至Q4是2n1305。

无花果。 3.

R7,R8 = 2.5K

所有其他电阻器都是51K。

所有集成电路都是NAND / NOR电路。

k是NAND / NOR电路。

B / R1,B / R2是缓冲器/寄存器(Signarics S8202Y或等效)。

所有晶体管都是2n1305。

无花果。 4.

R9,R10 = 15K

r11,= 500k

R12 = 51K.

R13 = 510K.

R14 = 500.

r15 = 5k.

C1 = 0.039F.

C2 =1μF.

C3 = 0.0039F.

晶体管Q5是2N1711。

晶体管Q6是2n3134。

DD-1是3.3伏齐纳二极管。

迈克氏酮(Mic。)使用的是舒尔mod。 B-162-4。

虽然已经相当详细地描述了合适的电子电路,但是将认识到,具体列出的许多部分可以由可比部件代替,并且可以在电路中进行某些其他变化,并且在电路中的装置的布置没有生病效果。


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