使用雨珠S设备的一点经验成果--电子之光

目前基于雨珠S片上仪器集成平台，我们成功完成了生产场所健康监测仪，具体设备如图：
 

此作品目前主要完成了三个方向的工作。第一，能够对于设备健康情况进行实时监测，避免出现故障，对于工作设备的工作温度，设备的振动情况以及工作噪声进行监测和播报，同时加装摄像头，能够全面观察设备运行情况。第二，能够对于设备的工作环境进行检测，力求减小外部环境对于设备工作的影响，本设备加装温湿度传感器实现温度，湿度要素的测量，为对外部环境加以控制提供依据。第三，改进工作场所环境，对于相关设备工作产生噪音以及次声波进行主动降噪处理，提高工作的效率。设备具体装置如图所示。
 

针对雨珠S丰富的通讯接口和电压源，我们完成主板设计，其包括7个外界模块接口和三个功能模块，包括温湿度计接口，麦克风音频采集接口以及TTS语言播报等部分。对于外接分模块的设计，具有包括咪头采集板，扬声器功放模块在内的7个功能模块。
主板
 

外界模块
 

温湿度计
 

喇叭功放模块
 

 

麦克风音频采集模块
 

咪头音频采集模块
 

红外温度模块
 

激光测振模块
 

TTS语言播报模块

在硬件总体设计中，我们利用了程控电源供电，采用雨珠S模拟输入输出功能实现了对于激光测振和两级音频信号的采集和降噪信号的输出，使用串口功能实现了语音播报，通过USBHUB，对于摄像头的图像进行了采集。我们对于雨珠S设备提供的数字IO和电压源的使用率达到了100%”，此外借助了IIC，UART，RS485和单总线协议进行通讯，充分发挥了雨珠S设备的功能和开发潜力。

软件的开发，我们使用的是雨珠S设备SDK的Python接口，实现了系统所需的各个功能。并结合PyQt完成了简洁易用的UI设计。
 

 

雨珠S对于Python接口的良好支持，对于原型开发更加如虎添翼，才使得我们能够在这有限的时间内完成了系统开发。在PC端控制上，完成了包括子线路无限循环，系统自检使能，雨珠参数修改等六方面内容，建立了功能实现的总体框架。
 

云编译功能使得雨珠S设备的使用更加灵活多变，可轻松应对更多未知的非标准化的时序，大大加快了设备原型的开发。比如我们组在对于红外温度信号采集模块进行设计时，发现此模块的IIC时序与系统内置的传统IIC协议不兼容，无法正常驱动此模块。主要矛盾在于标准IIC协议的起始位和停止位都是成对出现，导致发送完读取寄存器地址后的Restart信号前多了一个停止位，造成数据采集失败。经过云编译进行逻辑结构的调整，实现了对于时序的精确控制，成功解决了停止点的问题。
 

 

目前云编译的功能实现了包括UART收发状态机，UART帧数据收发机在内的6种状态机，如图是红外部分IIC协议的时序状态机。

此外，我们在整个系统开发过程中，做了大量的实验和数据分析，比如这里给出的角度，距离对于降噪效果影响的实验结果
 

 

同时，我们使用fxlms算法进行了仿真，得到了良好的降噪效果
 

雨珠S设备方便灵活，SDK支持Python，C，Labview三种开发接口，有上百个底层API。能够胜任多种功能，多种设备的原型开发与实验测量。特别是其提供的云编译功能，更加突出了其灵活性，可以实现更加个性化的设计与开发。
我们在本项目中，雨珠S设备提供的数字IO和电源的使用率达到了100%。我们完成了6项主要功能，其中两项功能用到的传感器与驱动器为自主研发。完成了包括主板在内的三套电路板的设计开发。在下一步我们还将完成温湿度模块的开发和更好降噪水平的实现，更加充分发挥云编译的功能。

审核编辑 黄宇