基于STC32检测 20kHz电磁导航信号

01、电磁导航信号

一、前言

在电子锥桶设计中，需要使用电磁导航信号对电子锥桶进行复位，前期测试了基于LM567检测电磁信号的方案，发现它的检测灵敏度会受到电路中的电阻和电容精度的影响，昨天测试了基于 STC32 ADC检测方案，无论是精度还是灵敏度都大大提高了。下面对此进行进一步测试。

二、基本原理

STC32F 单片机中的 ADC 在12位下，数据手册要求不能够高于800kHz。下面利用程序，对转换函数时间进行测量。前后通过对 LED 管脚单片的改变，可以得到ADC所消耗的时间。这是示波器显示 LED 脉冲波形。可以看到，高电平时间为3.22微秒，这是实际 STC32F 单片机采集时间。

这是 STC32F 数据手册中给出的ADC转换速度公式，根据软件中的设置，可以计算出ADC转换时钟数量为52，在 24MHz下，对应2.2微秒的转换时间。实测转换时间为3.2微秒。

这是通过循环连续采集2000个信号数据绘制出的波形。信号峰峰值为 100mV。频率为 20kHz。由于采样周期在3微秒左右，所以每个周期所采集到的数据点只有15个左右，数据波形也存在较大的失真。为了解决采集速度的问题，下面采用欠采样方法来提高信号采样精度。

三、欠采样

使用欠采样来采集周期高频信号波形，设置采样周期比信号周期的整数倍数略高，或者略低，便可以获得与原信号相同波形的数据。下面测量一下定时器4中断的频率，就是前面定时器4中断内进行AD转换的脉冲信号的频率，是10.055kHz，这个数值比 20kHz 信号频率一半略微高一些，可以利用这个方式完成信号的欠采样。下面来看一下采集到的数据波形。

▲图1.3.1采集到2000个数据的信号波形

这是采集到的2000个数据点。为了表明数据波形的稳定性，在数据中间还有橙色正弦曲线，可以看到它们之间的相位非常稳定。采样频率为 f0，信号频率为 f1。那么可以求得各自的周期，t0，t1。采样周期比两倍信号周期少了 delta t。对应信号一个周期内采样数据的个数为 Ns。代入数据可以计算出大约为91.4。 由此，可以得到数据正弦信号，每个采样数据对应的相位差为 delta θ。按照这个相位差绘制出橙色曲线，理论正弦信号与实际采样信号之间对应非常完美。

四、信号幅度

这是峰峰值为 5mV，20kHz 的导航信号，经过采集之后的波形。下面给出计算其中正弦波形的公式。这是根据采样频率和信号频率计算出数据采样周期，对于采样数据，分别计算出数据与 sine、cosine 信号的内积，然后计算出信号的幅值。

这是计算出信号的幅值，可以看到信号幅值计算值为1，上下偏差在0.1之间。这能够表明信号的存在。

这是输入信号峰峰值为 100mV时，采集到的信号波形。这里给出了500次测量结果，计算数值在20左右波动。

五、实测导航信号

仿照前面利用 LM567 检测电磁信号中的电路，采用一个三极管对来自 LC 并联谐振电磁感应信号进行放大，然后连接到 STC32 ADC通道。这个电路就在面包板上搭建。三极管集电极放大信号直接引入单片机，三极管集电极均值电压在2.3V 左右。经过测试，可以看到在旁边1米附近，如果有电磁导航线圈，便可以引起单片机检测信号触发。如果检测到 20kHz 信号幅值超过2，便点亮 LED 指示灯。这个实验证明了利用单片机检测电磁信号的高灵敏性和可靠性。

※ 总结 ※

本文介绍了基于STC32检测电磁导航信号的方法。实验证明了该电路的可靠性。

参考资料

[1]利用STC32F12 ADC 检测 20kHz 导航信号: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/133141100

[2]基于LM567 音频信号检测功能初步测试: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/132830117

[3]基于LM567制作的反射式红外检测电路，用于节能信标检测电路: https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/120317194

[4]单个晶体管音频放大电路: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/132842254

[5]基于LM567的 20kHz 导航电磁信号检测方案: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/132849781