2023年电赛F题满指标国一作品

一、团队介绍

队员：刘志发 欧阳聪睿 尤新凯

指导老师：李明

获奖情况：TI杯2023年全国大学生电子设计竞赛 F题 国赛 一等奖

成员来自UESTC

二、题目要求

任务

系统包括一块水平放置的正方形平面板，边长为450mm， 俯视图及直角坐标系定义如图1所示。 特定区域M是边长300mm的正方形，其中心定义为坐标原点O。 平面板四个角60mm× 60mm的正方形定义为区域Z，在区域Z内安装电声或声电转换部件， 用于激发或探测在平面板内部传播的声信号。

基本要求

三、设计摘要

作品使用STM32F767igt6作为主控芯片，使用AD7606C作为ADC采集数据，另外使用电荷放大器对收到的信号进行放大。通过互相关算法采集敲击特征，利用KNN算法计算测量值与特征的欧式距离，判断敲击位置。以亚克力板加磁铁的幅频响应为特征，通过ad9959扫频获取特征，判断位置。

四、题目分析

硬件上：声波在亚克力板上传输衰减非常大，由于我们的声源能量有限，所以我们使用传感器接收到的信号必将非常小；我们有必要对传感器接收到的信号进行一定的放大。之后，我们使用合适的ADC（我们使用的时7606C)采集到传感器的信号进行进一步的处理。

软件上：通过互相关算法采集敲击特征，利用KNN算法计算测量值与特征的欧式距离，判断敲击位置（基础部分）。以亚克力板加磁铁的幅频响应为特征，通过ad9959扫频获取特征，判断位置（拓展部分）。

五、总体设计框图

总体设计方案框图

六、硬件电路组成

电源部分

负责整个系统的正负5V供电

电荷放大器部分

将传感器采集到的微弱信号进行放大，并且将9959产生的信号注入到传感器中。

放大电路部分

控制9959输出信号的幅度，以达到更好的分辨效果。

底板相关设计：EDA内见

另外：7606C与9959是在淘宝上购买的成品模块，其中7606C实现模数转换的功能，将电荷放大器的输出信号转化为数字信号传递给单片机；9959则作为信号发生器，基础部分中产生15~20kHz的步进扫频信号，发挥部分中产生1k~20khz的步进扫频信号。

七、程序流程图

一：准备阶段

基础部分（DDS出信号部分略）：

1.设置阈值，检测敲击的发生

2.敲击发生后，adc采集四个通道数据

3.将采集的四组数据进行互相关运算，ch1与ch2，ch1与ch3，ch1与ch4得到三组特征数据，保存。

4.重复上述操作，直到将36个区域的特征数据全部保存下来。

发挥部分1：

1.采用ad9959产生一个1k~20khz的步进扫频信号，步进为500hz

2.每个周期内，首先ad9969开始输出扫频扫频信号，经过放大后，通过压电片4号注入亚克力板中。

3.延时10ms，7606c开始采集压电片1，2，3对应通道的数据。

4.计算得到每个频段的峰峰值，保存数组，作为每个区域的特征数据。

5.重复上述操作，直到获得144个区域的特征数据。

发挥部分2：

思路与发挥部分1一致，只是将显示区域变换变为显示坐标。

选取有限个点（我们选取的为线的交点及各个小区域的中点，满足误差要求），记录特征数据。

二：测试阶段

基础部分：敲击目标区域，将adc采集的数据进行互相关运算，计算与原存储的各个区域的特征数据的相关性。相关性最大的区域视为目标区域，在屏幕上显示。

发挥部分1与2：将磁铁放置目标区域或坐标处，计算各个频段的峰峰值，之后计算结果与各个区域或点的特征数据的误差，误差最小的区域或点视为定位结果，按相应格式在屏幕上显示。

八、实物展示

九、注意事项

1、注意在亚克力板上粘压变片的时候要沾紧，部分会导致系统具有严重的时变性。

2、系统不可运行时间过长，否则会导致压变片损坏。

3、压变片受温度影响非常大，测试的时候需要控制好环境温度。

4、控制每次敲击物品、方向、力度相同。

5、固定好亚克力板位置，并且还需要使得亚克力板与电荷放大器的相对位置不发生改变。

6、连接压变片与电荷放大器的线缆最好使用做好隔离的同轴线缆。

十、演示视频

视频：
https://www.bilibili.com/video/BV1Dp4y1j7Hx/?spm_id_from=333.999.0.0

十一、附件内容

代码：https://github.com/oy159/MY_NUEDC_F