|
|
FPGA-Based Sound Acquisition Prototype from MEMS Microphone Array
Liska, Matej ; Tomešek, Jiří
This paper presents a comprehensive exploration of an Field Programmable Gate Array (FPGA) prototype designed for efficient data acquisition from Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) microphones through a Time Division Multiplexed (TDM) interface. The primary focus lies in the seamless integration of software and hardware elements, showcasing the implementation of IP cores for controlling TDM peripherals, generating clock signals, and facilitating communication with the Future Technology Devices International (FTDI) chip. The paper underscores the flexibility of the device design, which can be seamlessly deployed across various FPGA boards, thereby mitigating dependency on specific hardware models. Leveraging a large number of GPIO pins on the FPGA board, the PCB design incorporates multiple TDM buses and efficient communication channels with the FTDI chip, streamlining data transfer to the PC. This work not only presents a functional prototype but also lays the groundwork for future advancements in FPGA-based sound acquisition systems, promising enhanced versatility and efficiency in audio signal processing applications.
|
|
|
Vývoj a výroba mikroelektromechanických systémů MEMS
Koňařík, Lukáš ; Dostál, Zbyněk (oponent) ; Nováček, Zdeněk (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá mikroeletromechanickými systémy MEMS. V první části práce jsou obecně popsány aplikační oblasti těchto systémů společně s konkrétními případy. Dále jsou zde detailně vysvětleny simulace v programu COMSOL Multiphysics, stejně jako výčet fyzikálních principů technologií MEMS systémů. V praktické části jsou uvedeny modely elektrostatického aktuátoru a termomechanického aktuátoru. Práce zachycuje jednotlivé kroky výroby od prvotního substrátu až po finální strukturu. Součástí tohotu procesu je řezání vzorků pomocí laserové řezačky, spin coating, optická litografie, nanášení vodivé kovové vrstvy na evaporátoru, lift-off, leptání struktury technikou hloubkového reaktivního iontového leptání, leptání kyselinou fluorovodíkovou a bondování do elektrického obvodu. Všechny kroky jsou zdokumentovány a provedeny ve sdílených laboratořích Středoevropského Technologického Institutu CEITEC Nano. V závěru jsou shrnuty a diskutovány výsledky celého výrobního procesu.
|
|
|
Acoustic target for shooting sports
Grega, Matej ; Junasová, Veronika (oponent) ; Tomíček, Pavel (vedoucí práce)
Electronic scoring targets (ESTs) are designed to overcome the drawbacks of classic paper targets, particularly the inability to score individual hits in groups if they overlap and the time-consuming manual scoring process. This thesis presents the design, realization and testing of an acoustically based EST for 10 m air pistol discipline and examines the suitability of microelectromechanical system (MEMS) microphones and sealed flexural ultrasonic transducers (FUTs) as hit point localization sensors. The proposed EST is mobile and battery-powered, with built-in illumination and radiofrequency communication. The position of the hit point is calculated using a closed-form, combined weighted method based on time difference of arrival (TDOA) measurements. FUTs were used as sensors due to their filtering properties of shot and ambient noise and overall higher signal-to-noise ratio than MEMS microphones, without saturation of the output signal. The sensor positions for TDOA localization were accurately obtained using an iterative calibration method. The proposed EST prototype achieved a maximum position error of 0.39 mm, mean position error of 0.25 mm and a standard deviation of 0.10 mm for hit point localization.
|
|
|
Návrh sférického mikrofonního pole
Voch, Filip ; Schimmel, Jiří (oponent) ; Liska, Matej (vedoucí práce)
Sférické mikrofonní pole je jednou z možností, jak lze snímat prostorový zvuk. Tato práce se zabývá návrhem pevného sférického pole pro beamforming a ambisonii smíšeného řádu pomocí MEMS senzorů propojených TDM sběrnicí. Senzory MEMS jsou využity z důvodu malých rozměrů. Digitální výstupní signály jsou pak pomocí časového multiplexu posílány na externí signálový procesor. Práce popisuje postup při návrhu pomocí matematických metod rozložení bodů na sféře pro beamforming a pomocí sférických harmonických funkcí pro ambisonii. Pro realizaci prototypu je pak vytvořený návrh s uniformně rozloženými mikrofony na sféře. Pro propojení mikrofonů jsou navržené flexibilní desky plošného spoje, které jsou připojeny na centrální desku plošného spoje, kde jsou signály převáděny na resp. z diferenciálního signálu pro přenos mezi polem a signálovým procesorem. Pro tento přenos jsou pak připraveny RJ-45 konektory. Mikrofony jsou ke sběrnicím připojeny pomocí USB-C konektorů. Výsledkem této práce je návrh konstrukčního řešení včetně 3D modelu a návrhu plošných spojů pro propojení mikrofonů. 3D model je navržen v programu Fusion 360 a desky plošných spojů jsou navrženy pomocí softwaru KiCad.
|
|
|
Zpracování prostorového zvuku sférického mikrofonního pole
Tomešek, Jiří ; Honzík,, Petr (oponent) ; Liska, Matej (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá zpracováním prostorového zvuku sférického mikrofonního pole, jejich vlastnostmi a principy snímání. Dále jsou zde vysvětleny principy fungování MEMS mikrofonů a následná implementace. Rozhraní mezi mikrofonním polem a počítačem je vytvořeno pomocí programovatelného hradlového pole společně s USB převodníkem. Práce přibližuje vhodnou metodu softwarové implementace pro komunikace, řízení a propojení konkrétního hardwaru. Byla provedena a vysvětlena implementace jednotlivých funkcionalit pomocí programovacího jazyka VHDL v FPGA. Byl implementován příjem dat z mikrofonů pomocí TDM rozhraní, řídící logika a komunikace mezi FPGA a počítačem prostřednictvím rozhraní FTDI. V rámci práce byla také vytvořena aplikace v prostředí Matlab pro řízení FPGA a zpracování dat z mikrofonů včetně grafického uživatelského rozhraní. V aplikaci je implementována metoda ambisonie a metoda pro zpracování zvukového signálu pomocí prostorového filtrování.
|
|
|
Zpracování signálu z digitálního mikrofonu
Vykydal, Martin ; Macho, Tomáš (oponent) ; Havránek, Zdeněk (vedoucí práce)
Cílem této práce je implementace digitálních decimačních filtrů do programovatelného hradlového pole. Součástí práce je také popis technologie MEMS včetně srovnání mikrofonů s technologií MEMS různých výrobců. Další část textu je také věnována sigma-delta modulaci. Stěžejní částí práce je ovšem návrh a implementace digitálních filtrů CIC a FIR pro zpracování signálu z digitálního mikrofonu, včetně simulací a ověření vlastností navržených filtrů v programu Matlab.
|
|
|
Telemetrie pro formuli Dragon IV
Bezdíček, Jan ; Petrlík, Jiří (oponent) ; Šimek, Václav (vedoucí práce)
Cílem této diplomové práce bylo navrhnout a zkonstruovat kompletní telemetrické zařízení určené pro formuli Dragon IV soutěže Formula Student. Tato práce se nejprve zabývá teorií problematiky měření fyzikálních veličin v automobilu, jejich vzájemnou komunikací a komunikací se sběrnicí CAN. Je zde popsán postup návrhu hardwaru včetně výběru a použití jednotlivých inerciálních senzorů a GPS modulu. Jsou zde obsaženy i podklady pro tvorbu dvouvrstvé desky plošného spoje, která rozšiřuje mikropočítač BeagleBone Black o inerciální senzory a modul GPS. Součástí této práce je také vytvoření softwaru v jazyce C# a C++ a to jak firmwaru pro hardware, tak aplikace pro řídící počítač. Tato uživatelská aplikace slouží pro bezdrátový příjem stavu senzorů získaných telemetrickým zařízením a jejich zobrazování. Umožňuje také bezdrátově zařízení konfigurovat. Výsledný produkt je kompletní telemetrický systém již vhodný pro koncového zákazníka.
|
|
|
Automatická kalibrace inerciálních senzorů
Hamada, Vladimír ; Vágner, Martin (oponent) ; Macho, Tomáš (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá návrhem a realizací sytému pro automatickou kalibraci inerciálních senzorů. Jedná se o nástroj pro podporu vývoje zařízení s inerciálními senzory. Velký důraz je tedy kladen na konfigurovatelnost a i proto je pro výpočtovou část použit systém Matlab, se kterým jsou konstruktéři dobře seznámeni. Součástí práce je také konstrukce senzorové jednotky, která je použita jako modelová senzorová jednotka při vývoji kalibračního systému.
|
|
|
Využití senzorů MEMS pro lokální určení polohy
Bobalík, Lukáš ; Sedláček, Jiří (oponent) ; Žák, Jaromír (vedoucí práce)
Náplní této diplomové práce je návrh a konstrukce „strapdown“ inerciálního navigačního sytému, který je založen na vyžití MEMS senzorů. Práce dále obsahuje popis fyzikálních zákonitostí, které se dotýkají problematiky určení polohy tělesa ve 3D prostoru na základě informace o zrychlení tělesa a o změně orientace tělesa v prostoru. Uveden je též popis matematických postupů, souvisejících s výpočtem polohy tělesa.
|
|
|
Měření změn parametrů MEMS gyroskopů
Raichl, Petr ; Beneš, Petr (oponent) ; Kunz, Jan (vedoucí práce)
Práce se zabývá určováním parametrů MEMS gyroskopů pomocí Allanovy odchylky. V úvodu je popsán princip gyroskopů. V první části jsou popsány deterministické a stochastické parametry. Také jsou popsány metody určování těchto parametrů. Praktická část popisuje měření stochastických parametrů s využitím Allanovy odchylky. Dále se práce zabývá určením změn stochastických parametrů po vibračních a rázových zkouškách.
|
host ::
RSS.