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麦克风的机器人?我想到的一个想法是一个远程控制设备，它可以去人们不能或不想去的地方。除了明显的侵犯隐私的应用程序之外，您还可以在封闭或危险的位置记录或分析声音。
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麦克风
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据说能够提供改进的性能（以及反过来，压电MEMS麦克风与典型的陶瓷 - 换能器的MEMS MICS相比，进一步增强性能）。
- MEMS更有利于微型化，这是消费电子制造商永远关心的问题。yabo备用
- 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，我们将与之合作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约500Hz延伸到6kHz。低于500 Hz的灵敏度降低，敏感度高于6 kHz。
- 麦克风模块包括产生与接收的音频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（最高〜500Ω）;这一般不是问题，但这是要记住的事情。
- 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。
图中拍摄的图表数据表。
电路
在上面的“支持信息”部分中，您可以将关于我设计专为的控制PCB的文章的链接罗姆机器人底盘从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
电路板包括MEMS MIC;以下是示意图的相关部分：
这是布局：
C26:I’m using this capacitor to create an RC low-pass filter for the audio output signal—I provide the C, and the output impedance of the mic’s internal amplifier provides the R. This audio signal will be digitized, so as usual we should have an anti-aliasing filter. Ideally, you would design the anti-aliasing filter according to the ADC sampling frequency, but I didn’t have a specific sampling frequency in mind when I designed the board so I just chose a cutoff frequency up toward the end of the audio range. If we assume that the output impedance of the microphone module is 500 Ω, the cutoff frequency will be
$ $ f_c = \压裂{1}{2 \πRC} = \压裂{1}{2 \π(500ω\ \)(0.022 \ \μF)} \ approx14.5 \千赫$ $
TP1:我有一种感觉，我想探测麦克风的输出信号，所以我添加了一个测试点：
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:这两个组件共同努力建立增益。增益的实际幅度仅取决于POT1的电阻（该公式给出数据表，第6页）。标称范围这个电位计是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？嗯，MIC模块是单电源设备，输出具有DC偏移。没有C25，增益也适用于DC偏移，使得甚至相对较小的增益会导致饱和度。因此，C25是反馈回路直流阻挡电容，其允许增益在DC处为Unity，并且大于较高频率的Unity。但是，从Unity增益到高频增益的转换并不突然;您实际上是形成高通滤波器，具有通过数据表第6页的等式给出的转角频率。
重要提示:这SiSonic设计指南（第8页）显示连接到MIC输出引脚的附加系列电容。此帽删除输出的DC偏移量，它包括在图中，好像它应该存在于每个电路中 - 但不是这种情况！显然，创建设计指南的人手假设您将在典型的交流耦合音频电路的上下文中使用麦克风。但是如果输出信号将进入单电源ADC的输入（例如我的单电源微控制器内的ADC），则需要DC偏移，因为ADC无法在地下数字化电压。
测试麦克风
在下面的视频中，你可以看到MEMS麦克风对我的木笛产生的不同音符的反应输出。电压标度为100 mV / division，因此较大的信号峰值在200 mV以上;直流偏置约为1v。
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!得到bom。
