Секундомір на основі звукової карти комп'ютера.
Статтю написано на основі роботи “ Тестування швидкісних можливостей баскетболіста” учениці 9 класу Кириленко Аліни
В останній час популярними є віртуальні прилади: вольтметри, частотоміри, генератори, осцилографи. Вони працюють на основі звукової карти комп’ютера. Звукова карта може отримувати дані в режимі реального часу, як це відбувається під час запису звуку. Такий режим роботи звукової карти можна використати для створення секундоміра.
Розглянемо основні характеристики запису цифрового звуку:
PCM (імпульсно-кодова модуляція). Звук може бути записаний різними способами, це найбільш простий.
Sample (вибірка) – значення амплітуди дискретизованого сигналу. Секунда запису сигналу може мати 22050, 44100 або інше число вибірок (семплів). При цьому вибірка може містити одне або два значення ( для моно та стерео запису).
Sample rate (частота вибірки). Число вибірок за секунду.
Sample size (об’єм вибірки) - визначає кількість біт, що використовується для запису одиничної вибірки на кожному каналі. Комп'ютери використовують у простих звукових картах 8 і 16 біт.
Алгоритм роботи секундоміра на основі звукової карти наступний:
• Програма організовує два буфери в які копіюється інформація із звукової карти.
• Коли один з буферів заповнюється він відправляється на обробку, запис інформації продовжується в інший буфер, що стоїть у черзі.
• Під час обробки аналізується амплітуда сигналу. Як тільки значення амплітуди перевищує задану програмою величину починається підрахунок семплів. На деякий час аналіз амплітуди припиняється, з метою закінчення перехідних процесів на вході звукової карти.
• Як тільки значення амплітуди знову перевищує деяке значення підрахунок семплів припиняється.
• Час визначається діленням кількості підрахованих семплів на частоту виборки.
Алгоритм реалізовано на мові програмування MS Visual C++ 2005. За основу взято програму Zoltan Gingl та Katalin Kopasz «Stopwatch». В програму було внесено наступні зміни:
• Пристрої для керування секундоміром підключаються не до мікрофонного входу, а до лінійного, що дало можливість керувати по двох каналах, більшість інтегрованих звукових карт працюють з одноканальним мікрофоном. Рівень сигналу, що подається на лінійний вхід значно більший, тому система краще захищена від завад;
• Аналізу в програмі піддається не один канал, а два;
• Повністю змінено алгоритм вмикання та вимикання секундоміра за рівнем вхідного сигналу, це дало змогу підвищити точність секундоміра;
• Введено паузу в аналіз вхідного сигналу на час закінчення перехідних процесів;
• Час відображається і зберігається в програмі з точністю 0,001с.
• Мову інтерфейсу програми змінено на українську;
Рис.1. Вікно роботи програми.
Вікно роботи програми показано на рисунку 1. Проаналізуємо точність частоти семплів для звукових карт різних комп’ютерів. Точність вимірювання інтервалу часу 60 секунд виміряний різними ПК з інтегрованими звуковими картами подано в таблиці 1.
Таблиця 1.Точність вимірювання інтервалу часу 60 секунд різними ПК.
Для компенсації неточності частоти опорних генераторів звукових карт для різних комп’ютерів в програму секундоміра було введено змінну correction. Величина цієї змінної обчислюється як: correction=t/te, t – час виміряний за допомогою секундоміра, te – еталонний час. В програмі ми ділимо отриманий час на змінну correction.
За допомогою описаного секундоміра ми визначали швидкість спортсмена під час виконання ним різних вправ. Розглянемо принцип роботи пристрою керування секундоміром (схема на рисунку 2).
Рис.2. Схема пристрою для запуску та зупинки секундоміра.
Схема являє собою подільник напруги в одному з плечей якого знаходиться фототранзистор VT1. На транзистор падає світловий потік від джерела світла що знаходиться на відстані 2-3 м, джерелом світла слугував ліхтарик на світлодіодах. Транзистор, на який падає світло, має порівняно невеликий опір. Якщо перекрити світловий промінь опір транзистора різко збільшується – напруга в точці з’єднання транзистора і резистора різко збільшується. Цей імпульс і фіксується секундоміром, що призводить до вмикання, або вимкнення вимірювання часу. Аналогічно побудований і стартовий пристрій, схему якого показано на рисунку 3.
Рис.3. Схема стартового пристрою.
В якості джерела світла використаний напівпровідниковий лазер VD2. Якщо нога спортсмена перекриває промінь світла, що падає на фототранзистор VT1 опір транзистора великий. Після старту промінь лазера попадає на фото транзистор напруга в точці з’єднання транзистора і резистора різко збільшується – секундомір починає відлік часу.
Для живлення пристроїв старту і фінішу вибрана напруга 5 В. Таку напругу можна одержати як від спеціального блоку живлення так і від usb-роз’єму комп’ютера. Схема комутуючого блоку та блоку живлення показано на рисунку 4.
Рис.4. Схема комутуючого блоку та блоку живлення.
Скачати роботу "Тестування швидкісних можливостей баскетболіста". І перше місце в обласному конкурсі 2013 р. Відділення: технічних наук. Секція: інформаційно-телекомунікаційні системи та технології. Херсонське територіальне відділення МАН.
Список використаних джерел.
1. Андрианов С. Точное измерение времени в программах «Мир ПК» , № 03, 2003. [Електронний ресурс]. – Режим доступу: // http://www.osp.ru/pcworld/2003/03/165324/
2. Гук М.Ю. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. 3-е изд. – СПб.:2006. - 1072 с.
3. Хортон Айвор. Visual C++ 2005: базовый курс.: Пер. С англ.. – М.:ООО «И.Д.Вильямс», 2007.-1152с.
4. http://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=115095
| 