在博文 《声音信标调试[1]》给出了新的声音信标的信号描述和标准。那么新版的信标外形又是什么样的呢?

 

新版信标在结构上与传统的信标有了很大的不同,主要体现在:

 

  1. 外部形状上,为了避免比赛车模的直接撞击而损坏,新版的信标外壳采用了金字塔形状,这便于车模碰着的时候能够直接压过信标;信标的扬声器的出音口和天线都布置在信标的顶部;信标的检测线圈和以往的光电信标尺寸相同,还是铺设在信标的四周;

 

信标的外壳

下面给出了信标外壳的形状和尺寸。它使用普通的金属外壳灯罩作为外壳,价格低廉,材质轻巧。

 

信标灯外形及其尺寸,右边是实测尺寸

 

这种信标的外壳可以从淘宝网店直接购买到。只要通过搜寻“灯罩”便可以寻找到。价格便宜实惠。

 

之后,可以将传统信标灯中的控制器拆下来,按照后面介绍的步骤进行组装,便可以改装成新的信标了。

 

灯罩外壳

 

信标的装配

除了将原来光电信标中的发光板替换成新的信号板之外,原来光电信标的所有组件都可以使用。只是需要重新将它们安装在上述灯罩内。

 

1. 整体装配图

下面给出了声音信标的安装示意图。将扬声器固定在信标的顶部;在灯罩顶部固定 FM 发射天线。把主控板和信号板固定在灯罩的外壳上。使用引线将信号板与天线、扬声器连接起来。并通过四芯电缆将信号板与主控板连接起来。

 

信标内部部件装配图

 

2. 固定扬声器

在固定扬声器之前需要在顶部通过手电钻打开一个直径为 1 厘米的孔,用于固定天线的底座。

 

将扬声器安放在灯座的中心。

 

将喇叭放置在外壳内部

 

由于扬声器的尺寸比灯座中心平台略大,所以需要将扬声器的四角弯曲,这样才能够将扬声器放置在灯罩中心的平台位置。

 

可以直接使用热熔胶固定扬声器的四角,这样扬声器便可以牢靠的固定在灯罩的中心了。

 

使用热熔胶固定扬声器

 

3. 安装控制板和信号板

然后将控制板和信号板分别固定在灯罩内壁上。可以通过金属螺钉固定,也可以使用热熔胶进行固定。

 

由于信号板的音频功放在工作室发热,所以在固定信号板时候,需要在音频功放芯片与灯罩外壁之间增加导热硅脂,借助于金属灯壳完成对音频功放的散热。

 

信标外壳上的天线插座

 

安装完毕之后,使用引线连接信号板与天线、扬声器、控制板。最后使用现场四芯总线将控制板与信标控制器串联在一起,新的信标系统便组装完毕了。

 

信标性能测试

 

1. FM 信号

调频信号的作用有两个:

 

可以提供声音同步解调信号。即在 FM 信号中包含有扬声器同步的 Chirp 音频信号。检测系统可以通过 FM 接收器获得该信号,并与麦克风接受到的信号进行相关检测声音的延迟。由于调频信号是以光速进行传递的,因此前面检测到的声音延迟可以用来获得信标的相对距离长。

 

可以通过调频信号的强度,来获得相对距离。

 

调频信号的频率会被设置在 110MHz。下面是在调试过程中,所测量得到的调频无线信号的频谱。这是使用普通的单杆天线引入 DSA815 频谱仪所或得到 Chirp 信号调频信号的频谱。

使用 50 厘米多股软件对应的频谱强度

 

2. Chirp 声音信号

在博文“声音信标调试”中已经给出了 Chirp 信号的波形和产生的方法。下面对信标工作室,音频功率放大芯片 L2726 的温度进行测量。

 

(1)小型散热片

如果 L2726 只是用小型散热品,在信标连续发声 2 分钟之后,温度便上升超过了 100 摄氏度。

 

没有散热器,两分钟

 

(2)中型散热片

使用中型散热片,在信标连续发声 2 两分钟,温度上升超过 65 摄氏度。

 

有散热器,两分钟

 

连续工作 10 分钟,芯片表面散热片的温度超过了 90 摄氏度。

 

有散热器,十分钟

 

(3)大型散热片

使用大型散热片可以有效降低信号板音频功放连续工作时的温度。下面测试了使用边长为 5 厘米的散热片的音频功放温度。

 

信号板上音频功放散热片

 

在工作 10 分钟之后,芯片表面的温度达到了 80 摄氏度。

 

大散热片,十分钟

 

如果使用灯罩的外壳作为功放的散热片,则可以大大降低功放连续工作时的表面温度。预计在 50 摄氏度左右。

 

在未来改进后的信号板,将会使用 D 型音频功率放大器,也将会解决这类功放温度散热问题。

 

参考资料

[1]

声音信标调试: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/105004283