¿Cuál es la mejor manera de medir el sonido a una potencia muy baja?

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Quiero implementar un medidor de sonido en un sistema inalámbrico de muy baja potencia, pero no he tenido que lidiar con micrófonos electret antes. En este momento, el sistema dibuja alrededor de 5uA cuando está en modo de suspensión, y se despierta ocasionalmente para procesar algunos datos de los sensores. Mi objetivo es mantener el consumo de corriente promedio por debajo de 70uA para que el sistema pueda durar ~ 5 años con una batería de 3000mAh.

Mi objetivo es poder determinar el nivel de sonido después de enviar la señal al comparador ADC / baja potencia del microcontrolador (nRF51822), que se configuraría para grabar el sonido si estuviera por encima de un cierto nivel. Necesito ayuda para encontrar una solución de extremo frontal / micrófono analógico de baja potencia.

¿Cuál sería la forma de potencia más baja para implementar una función de medición de sonido en mi sistema? ¿Lo que estoy buscando es incluso posible a baja potencia?

    
pregunta Sensors

3 respuestas

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La parte de entrada

El micrófono electret generalmente requiere una corriente de 100 µA a 800 µA (según sus especificaciones). Se trata de una potencia baja, pero no lo suficiente para su aplicación, parece.

Los micrófonos MEMS parecen requerir aproximadamente la misma cantidad de corriente. Encontré algunos, sin embargo, que necesitan poca corriente y parecen estar disponibles con relativa facilidad:

Otra opción sería usar un elemento piezoeléctrico. Su respuesta de frecuencia es pobre, y no estoy seguro de la sensibilidad que tendrías, pero aquí, la ventaja es obvia: no necesitan energía en absoluto (incluso se usa para recolectar energía, bueno, lo necesitarías). sin embargo, para golpear el dispositivo contra una mesa para obtener algo de poder utilizable).

Una opción que podría considerarse, si el nivel de sonido a detectar es constante (cuando está presente), y si puede tolerar algo de latencia cuando llega el sonido, sería alimentar el sesgo del micrófono solo 1/10 de segundo cada segundo, por ejemplo. Eso dividiría el consumo general por 10. Por supuesto, esto depende de su aplicación, y esto puede afectar el rendimiento del micrófono.

La parte de amplificación es menos desafiante, hay un montón de opamps de potencia ultra baja disponibles.

La parte MCU

Para mantener el consumo de energía lo más bajo posible cuando no hay sonido (que es, supongo, la mayoría de las veces), en lugar de verificar el nivel de sonido del software MCU, usaría un comparador de hardware.

Comprobar el nivel de sonido de la MCU significa muestrear regularmente la señal a través del ADC, lo que significa que la MCU debe estar activada y el ADC alimentado. Esto usará una potencia significativa, especialmente teniendo en cuenta el hecho de que el sonido se debe muestrear a una frecuencia relativamente alta (unos pocos kHz, dependiendo de la frecuencia de sonido máxima que desee poder detectar).

Por otro lado, un comparador puede usar una potencia muy baja (hay algunos económicos que consumen solo unos pocos µA de corriente) y controlará constantemente el nivel de sonido, activará una interrupción y despertará a la MCU solamente cuando se alcanza el nivel de sonido requerido. Luego, desde la MCU, puede muestrear la forma de onda a través del ADC. Por lo tanto, el micrófono debe alimentar tanto al comparador como al MCU ADC.

En su caso específico, está usando nRF51822 que tiene un comparador interno de bajo consumo (LPCOMP). Puedes usarlo en lugar de un chip externo adicional. Además, puede optar por alimentar la entrada de referencia del LPCOMP con cualquier múltiplo de Vdd / 8 (hasta Vdd * 7/8), lo cual es muy útil aquí, si su voltaje de suministro es fijo.

Tenga en cuenta que no es necesario rectificar + filtrar la señal. No importa si falta cada mitad inferior de la onda de señal. Si la interrupción puede activarse correctamente a partir del evento temporal generado por el comparador cuando la mitad superior de la señal de entrada excede la referencia, es suficiente.

    
respondido por el dim
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He estado involucrado en un proyecto donde se miden los eventos de impacto ultrasónico y, como ocurre con la energía recolectada, El presupuesto de energía es un poco desafiante.

La parte frontal analógica completa (es necesario realizar algún acondicionamiento de la señal) consume < 8 mW y eso se reduce (si puede vivir con la latencia de inicio) utilizando un amplificador con apagado .

El microcontrolador tiene periféricos autónomos , por lo que puede detectar eventos, ejecutar el ADC y DMA los datos en la memoria sin interferencia del procesador, por lo que el procesador solo se queda en reposo para hacer algo con los datos, lo que mantiene el poder apagado.

La arquitectura es un (conjunto de) comparadores de baja potencia y cadenas de acondicionamiento de señales que se alimentan a las entradas ADC del microntroller . El comparador se inicia cuando se detecta una señal por encima de un umbral predefinido.

La potencia promedio de este sistema es pequeña (que es tan buena como la que se obtiene de la energía recolectada).

Tenga en cuenta que ST y otros se han subido al carro periférico autónomo, por lo que hay muchas opciones por ahí.

    
respondido por el Peter Smith
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Los micrófonos electret normalmente consumen una potencia MUY BAJA. Podemos obtener fácilmente 1 año o más de una celda AA ordinaria. Debería ser bastante fácil medir realmente la corriente de CC que se extrae con una cápsula de micrófono de condensador de electreto. Si desea el nivel de presión de sonido (SPL) promedio (o máximo), deberá rectificar y filtrar la forma de onda de audio en una señal de CC que represente la intensidad del sonido.

Hay muchos circuitos disponibles que muestran cómo hacerlo. No debería ser difícil crear (o modificar) un circuito para operar a baja potencia. ¿Tiene alguna forma de activar / desactivar la alimentación de los circuitos externos (como se requerirá para su detección de SPL?)

    
respondido por el Richard Crowley

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