[实用新型]一种基于FPGA的声频定向扬声器系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种扬声器，具体是一种基于FPGA的声频定向扬声器系统。

背景技术

声频定向扬声器是一种可以实现可听声定向传播的装置。它的主要原理是利用超声波高指向性的特点，将频率为20-20kHz的可听声与频率为40kHz的超声波进行调制，经过超声波换能器后，在空气的非线性自解调作用下还原出具有高指向性的可听声。

然而，声频定向扬声器系统比较复杂，需要很多模块，而且在机械控制声束偏转上的方案较少。基于此现状，本专利公开了一种基于FPGA的声频定向扬声器系统，通过使用DE2-115开发板中的SD卡电路，自主研发FPGA读取SD卡中数字音频信号的逻辑，可以实现对数字信号的直接调制，节省了前端滤波电路，AD转换电路等，大大降低了系统的复杂度，提升了音质。除此之外，通过万向管控制超声波换能器阵列的指向，可以轻松改变可听声区域，提升了系统的可操作性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于FPGA的声频定向扬声器系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于FPGA的声频定向扬声器系统，包括SD卡、DE2-115核心板、DA转换模块、功率放大模块、匹配滤波模块、超声波换能器模块和万向管，所述SD卡依次连接DE2-115核心板、DA转换模块、功率放大模块、匹配滤波模块、万向管和超声波换能器模块。

作为本实用新型进一步的方案：所述DA转换模块通过GPIO连接到DE2-115开发板上。

作为本实用新型进一步的方案：所述DE2-115核心板通过SPI协议读取SD卡中的数字音频信号。

作为本实用新型进一步的方案：所述DA转换模块为12位高速DA模块。

作为本实用新型再进一步的方案：所述功率放大模块采用OPA548芯片。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型使用DE2-115开发板作为信号输入和信号处理模块，降低了系统复杂度，而且在DE2-115中使用宏模块进行信号的调制运算，大大提升了运算速度，除此之外，通过万向管控制超声波换能器指向，可以轻松实现对可听声角度的任意偏转，提升了系统可操作性。

附图说明

图1为基于FPGA的声频定向扬声器系统的电路原理框图。

图2为基于FPGA的声频定向扬声器系统的工作原理图。

图3为基于FPGA的声频定向扬声器系统中功率放大模块的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图1～3，本实用新型实施例中，一种基于FPGA的声频定向扬声器系统，包括SD卡、DE2-115核心板、DA转换模块、功率放大模块、匹配滤波模块、超声波换能器模块和万向管，所述SD卡依次连接DE2-115核心板、DA转换模块、功率放大模块、匹配滤波模块、万向管和超声波换能器模块；所述DA转换模块通过GPIO连接到DE2-115开发板上；所述DE2-115核心板通过SPI协议读取SD卡中的数字音频信号；所述DA转换模块为12位高速DA模块；所述功率放大模块采用OPA548芯片。

将下载好音频文件的SD卡置于DE2-115开发板卡槽中，DE2-115开发板中FPGA核心板读取SD卡中的数字音频信号，同时，FPGA的ROM中固化有40K的载波信号，将这两者的信号进行调制，并将调制后的信号通过FPGA的GPIO端口输出到DA模块，进行数模转换。转换后得到的模拟信号功率较小，不足以很好的驱动超声波换能器阵列，所以进行了模拟信号的功率放大。最后，将放大后的模拟信号输入到超声波换能器中，经过超声波换能器的转换作用，并在空气的非线性交互作用下，产生高指向性可听声。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。