在这篇文章中，我们将看一个相当简单的电路，使机器人或其他设备检测声音。
支持信息
为什么?
首先，为什么你想要一个带有麦克风的机器人？一个想到的想法是一个遥控装置，可以去人们不能或不想要的地方。除了明显的隐私应用程序之外，您可以在限制或危险地点录制或分析声音。
也许更有趣的应用是通过声波控制机器人的可能性。通过一些巧妙的信号处理，你可能能够实现语音命令——你告诉你的机器人做什么，它就做什么。更简单的方法是使用固定频率的音频信号，每个频率对应一个特定的动作或动作。如果你不喜欢这个系统的“背景噪音”，你可以使用超声波;本文讨论的MEMS麦克风制造商Knowles至少制造了一个可以延伸到超声波频率范围的麦克风。
MEMS MICS.
在前一篇文章中，我讨论了MEMS麦克风作为驻极体麦克风的替代品。MEMS麦克风之所以有趣，仅仅是因为它们使用了新技术，但如果这还不足以让你放弃驻极体电路，这里是一个快速总结的优点:
- MEMS被认为能够提供更好的性能(反过来，压电MEMS麦克风与典型的基于陶瓷传感器的MEMS mics相比，进一步提高了性能)。
- MEMS更有利于微型化，这是消费电子制造商永远关心的问题。雷竞技最新app
- MEMS mics允许高水平的集成，这意味着更简单的电路设计。
在本文中，我们将使用SPU0414HR5H-SB-7从诺尔斯麦克风。以下是它的一些特点:
- 声音进入孔是在顶部的包装，这是你想要的典型的部分上面的PCB。下图展示了顶部和底部声孔部件的不同布置方式。
图来自KnowlesSiSonic设计指南。
- 它具有低电流消耗- 350µA max。
- 频率响应的平坦部分从500hz延伸到6khz。在500 Hz以下灵敏度降低，在6 kHz以上灵敏度增加。
- 所述麦克风模块包括产生与所述接收音频相对应的缓冲电压信号所需的所有电路。但是，集成放大器的输出阻抗相当高(高达~500 Ω);这通常不是问题，但需要记住。
- 我选择了一个包含可配置放大的部分。这对于原型或实验项目来说是个好主意，因为很难预测特定音频环境的输出信号水平。增益由外部电阻设定;我用了一个电位器，便于手动调整。
图取自数据表。
电路
在上面的“支持信息”部分，你有一个链接到一篇文章的控制PCB，我专门为露美机器人底盘从Pololu。你可以点击以下链接下载完整的原理图和BOM:
RomiRobotControlBoard_schematic_and_BOM.zip
该电路板包括MEMS麦克风;下面是原理图的相关部分:
这里是布局:
C26:我使用这个电容为音频输出信号创建一个RC低通滤波器-我提供C，而mic的内部放大器的输出阻抗提供r。这个音频信号将被数字化，所以像往常一样，我们应该有一个抗混叠滤波器。理想情况下，你可以根据ADC采样频率来设计抗混叠滤波器，但我在设计电路板时并没有具体的采样频率，所以我只是选择了接近音频范围末端的截止频率。假设麦克风模块输出阻抗为500 Ω，则截止频率为
$ $ f_c = \压裂{1}{2 \πRC} = \压裂{1}{2 \π(500ω\ \)(0.022 \ \μF)} \ approx14.5 \千赫$ $
TP1:我感觉我想要探测麦克风的输出信号，所以我增加了一个测试点:
这些小小的表面安装测试点非常方便。它们不占用太多空间，而且可以轻松夹住探针。
POT1这件:这两个组成部分一起工作来建立收益。增益的实际大小仅依赖于POT1的电阻(公式在数据表的标称范围这种电位计是200 Ω到10 kΩ。这意味着我可以改变麦克风的增益从~2.8× (10 kΩ)到~9.5× (200 Ω);如果你喜欢对数，那就是~ 9db到~ 20db。
那么为什么我们需要C25呢?麦克风模块是单电源设备，输出有直流偏移。如果没有C25，增益也会适用于直流偏置，这样即使相对较小的增益也会导致饱和。所以C25是一个反馈环路直流阻塞电容，允许增益在直流为单位，在更高的频率大于单位。但是，从单位增益到高频增益的过渡并不是突然的;你实际上是在形成一个高通滤波器，根据数据表第6页上的公式给出一个角频率。
重要提示:的SiSonic设计指南(第8页)显示了一个附加的串联电容连接到mic的输出引脚。这个盖子去掉了输出的直流偏移量，它包含在图表中，好像它应该出现在每个电路中——但事实并非如此!显然，设计指南的人是假设你将使用麦克风在一个典型的交流耦合音频电路的背景下。但是如果输出信号进入单电源ADC的输入(例如我的单电源微控制器内的ADC)，你需要直流偏移量，因为ADC不能数字化地下的电压。
测试麦克风
在下面的视频中，您可以从MEMS麦克风从我的木笛产生的不同音符中看到MEMS麦克风的输出。电压尺度为100 mV，因此较大的信号高于200mV峰到峰;直流偏移量约为1 V.
在下一个视频中，我将使用我的计算机产生一个恒频音，同时使用电位器改变增益从最大值到最小值。(至少我认为我从最大到最小…电位器给我带来了麻烦，我想我在录制这段视频或此后不久弄坏了它。)
结论
我们讨论了为什么你可能想要在你的机器人系统中包含一个麦克风的一些原因，我们看了一个特殊的MEMS麦克风和它的支持电路。我们所做的不是特别令人兴奋,但它实际上是一个重要的成就,因为显示的输出信号的范围是准备直接连接到一个典型的单电源单片机ADC,还有各种各样的事情你可以做的音频数据一旦数字化。
自己试试这个项目吧!BOM。
