Itifaki za safu ya kimwili ya mitandao ya sensorer isiyo na waya. Mitandao ya sensorer isiyo na waya. Tazama ni nini "Mitandao ya sensorer isiyo na waya" ni katika kamusi zingine

kujua:

Mfumo wa sauti wa PC. Muundo wa mfumo wa sauti wa PC. Kanuni ya uendeshaji na sifa za kiufundi za kadi za sauti. Maelekezo ya kuboresha mfumo wa sauti. Kanuni ya usindikaji wa habari ya sauti. Uainishaji wa mifumo ya sauti.
Miongozo
Mfumo wa sauti wa PC- seti ya programu na maunzi ambayo hufanya kazi zifuatazo:

kurekodi mawimbi ya sauti kutoka kwa vyanzo vya nje, kama vile maikrofoni au kinasa sauti, kwa kubadilisha mawimbi ya sauti ya analogi kuwa ya dijitali na kisha kuzihifadhi kwenye diski kuu;
uchezaji wa data ya sauti iliyorekodiwa kwa kutumia mfumo wa msemaji wa nje au vichwa vya sauti (vichwa vya sauti);
uchezaji wa CD za sauti;
kuchanganya (kuchanganya) wakati wa kurekodi au kucheza ishara za nyuma kutoka kwa vyanzo kadhaa;
kurekodi wakati huo huo na uchezaji wa ishara za sauti (Modi kamili ya Duplex);
usindikaji wa ishara za sauti: kuhariri, kuchanganya au kutenganisha vipande vya ishara, kuchuja, kubadilisha kiwango chake;
usindikaji wa ishara ya sauti kwa mujibu wa mazingira (tatu-dimensional - 3D-Sound) algorithms ya sauti;
kuzalisha sauti ya vyombo vya muziki, pamoja na hotuba ya binadamu na sauti nyingine kwa kutumia synthesizer;
udhibiti wa vyombo vya muziki vya elektroniki vya nje kupitia kiolesura maalum cha MIDI.

Mfumo wa sauti wa Kompyuta kimuundo unawakilishwa na kadi za sauti, ama zilizosakinishwa kwenye sehemu ya ubao-mama, au kuunganishwa kwenye ubao mama au kadi ya upanuzi ya mfumo mwingine mdogo wa Kompyuta. Moduli za kazi za kibinafsi za mfumo wa sauti zinaweza kutekelezwa kwa namna ya bodi za binti zilizowekwa kwenye viunganisho vinavyofanana vya kadi ya sauti.

Kielelezo 10 - Muundo wa mfumo wa sauti wa PC
Mfumo wa sauti wa kawaida kama inavyoonyeshwa kwenye mtini. 5.1, ina:

kurekodi sauti na moduli ya kucheza;
moduli ya synthesizer;
moduli ya kiolesura;
moduli ya mchanganyiko;
mfumo wa sauti.

Moduli nne za kwanza kawaida huwekwa kwenye kadi ya sauti. Zaidi ya hayo, kuna kadi za sauti bila moduli ya kusanisinisha au moduli ya kurekodi sauti ya dijiti/uchezaji. Kila moja ya moduli inaweza kufanywa ama kwa namna ya microcircuit tofauti au kuwa sehemu ya microcircuit multifunctional. Kwa hivyo, Chipset ya mfumo wa sauti inaweza kuwa na chip kadhaa au moja.

Miundo ya mfumo wa sauti wa PC inafanyika mabadiliko makubwa; Kuna ubao mama zilizo na Chipset iliyosakinishwa juu yake kwa usindikaji wa sauti.

Walakini, madhumuni na kazi za moduli za mfumo wa sauti wa kisasa (bila kujali muundo wake) hazibadilika. Wakati wa kuzingatia moduli za kazi za kadi ya sauti, ni kawaida kutumia maneno "mfumo wa sauti wa PC" au "kadi ya sauti."
Maswali ya kujidhibiti:

Mfumo wa sauti wa PC;
Muundo wa mfumo wa sauti wa PC;
Kanuni ya uendeshaji na sifa za kiufundi za kadi za sauti;
Maelekezo ya kuboresha mfumo wa sauti;
Kanuni ya usindikaji wa habari ya sauti;
Uainishaji wa mifumo ya sauti.

Mada 6.2 Moduli ya kiolesura cha usindikaji wa taarifa za sauti
Mwanafunzi lazima:
kuwa na wazo:

kuhusu mfumo wa sauti wa PC

kujua:

muundo wa mfumo mdogo wa sauti wa PC;
kanuni ya uendeshaji wa moduli ya kurekodi na kucheza;
kanuni ya uendeshaji wa moduli ya synthesizer;
kanuni ya uendeshaji wa moduli ya interface;
kanuni ya uendeshaji wa moduli ya mchanganyiko;
kuandaa uendeshaji wa mfumo wa akustisk.

Muundo wa mfumo mdogo wa sauti wa Kompyuta. Moduli ya kurekodi na kucheza tena. Moduli ya synthesizer. Moduli ya kiolesura. Moduli ya Mchanganyiko. Kanuni ya uendeshaji na sifa za kiufundi za mifumo ya acoustic. Programu. Miundo ya faili za sauti. Zana za utambuzi wa usemi.
Miongozo
Kurekodi mfumo wa sauti na moduli ya kucheza tena hufanya ubadilishaji wa analogi hadi dijiti na dijiti-hadi-analogi katika hali ya upitishaji wa programu ya data ya sauti au upitishaji kupitia chaneli za DMA (Ufikiaji wa Kumbukumbu ya moja kwa moja - njia ya ufikiaji wa kumbukumbu ya moja kwa moja).

Kurekodi sauti ni uhifadhi wa habari kuhusu kushuka kwa shinikizo la sauti wakati wa kurekodi. Hivi sasa, ishara za analogi na dijiti hutumiwa kurekodi na kusambaza habari za sauti. Kwa maneno mengine, ishara ya sauti inaweza kuwa katika fomu ya analog au ya digital.

Mara nyingi, ishara ya sauti hutolewa kwa pembejeo ya kadi ya sauti ya PC katika fomu ya analog. Kutokana na ukweli kwamba PC inafanya kazi tu na ishara za digital, ishara ya analog lazima igeuzwe kwa digital. Wakati huo huo, mfumo wa msemaji uliowekwa kwenye pato la kadi ya sauti ya PC huona ishara za umeme za analog tu, kwa hiyo, baada ya kusindika ishara kwa kutumia PC, ni muhimu kubadili kubadili ishara ya digital kwa analog.

Ubadilishaji wa A/D ni ubadilishaji wa mawimbi ya analogi kuwa mawimbi ya dijitali na unajumuisha hatua kuu zifuatazo: sampuli, ujazo na usimbaji.

^ Ishara ya sauti ya kabla ya analog inalishwa kwa chujio cha analog, ambacho kinapunguza bendi ya mzunguko wa ishara.

Ukadiriaji wa amplitude ni kipimo cha maadili ya amplitude ya papo hapo ya ishara ya wakati tofauti na kuibadilisha kuwa wakati na amplitude. Kielelezo cha 11 kinaonyesha mchakato wa kuhesabu kiwango cha mawimbi ya analogi, na thamani za amplitude ya papo hapo zikiwa zimesimbwa kama nambari 3-bit.

^ Kielelezo 11 - Mpango wa ubadilishaji wa analogi hadi dijiti wa mawimbi ya sauti
Usimbaji unajumuisha kubadilisha mawimbi yaliyokadiriwa kuwa nambari ya kidijitali. Katika kesi hii, usahihi wa kipimo wakati wa quantization inategemea idadi ya bits ya neno la kificho.

^ Kielelezo 12 - Sampuli ya muda na quantization kulingana na kiwango cha ishara ya analogi kwa kupima amplitude ya sampuli.
Uongofu wa Analog-to-digital unafanywa na kifaa maalum cha elektroniki - kibadilishaji cha analog-to-digital (ADC), ambacho sampuli za ishara zisizo na maana zinabadilishwa kuwa mlolongo wa nambari. Mkondo wa data wa dijiti unaotokana, i.e. ishara inajumuisha uingiliaji muhimu na usiohitajika wa masafa ya juu, ili kuchuja ambayo data ya dijiti iliyopokelewa hupitishwa kupitia kichungi cha dijiti.

Ugeuzaji wa dijiti-kwa-analogi kwa ujumla hutokea katika hatua mbili, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 12. Katika hatua ya kwanza, sampuli za mawimbi hutolewa kutoka kwa mtiririko wa data ya dijiti kwa kutumia kigeuzi cha dijiti-hadi-analogi (DAC), kufuatia masafa ya sampuli. Katika hatua ya pili, ishara ya analog inayoendelea huundwa kutoka kwa sampuli zisizo na maana kwa kulainisha (ufafanuzi) kwa kutumia chujio cha chini-frequency, ambayo hukandamiza vipengele vya mara kwa mara vya wigo wa ishara tofauti.

Ili kupunguza kiasi cha data ya dijiti inayohitajika kuwakilisha mawimbi ya sauti yenye ubora fulani, mbano hutumiwa, ambayo inajumuisha kupunguza idadi ya sampuli na viwango vya ujazo au idadi ya biti kwa kila sampuli.

^ Kielelezo 13 - Mzunguko wa ubadilishaji wa Dijiti-kwa-analogi
Njia kama hizo za kusimba data ya sauti kwa kutumia vifaa maalum vya usimbuaji hufanya iwezekanavyo kupunguza kiwango cha mtiririko wa habari hadi karibu 20% ya ile ya asili. Uchaguzi wa njia ya encoding wakati wa kurekodi taarifa za sauti inategemea seti ya programu za ukandamizaji - codecs (encoding-decoding) zinazotolewa na programu ya kadi ya sauti au iliyojumuishwa katika mfumo wa uendeshaji.

Kufanya kazi za ubadilishaji wa ishara ya analog-to-digital na digital-to-analog, moduli ya kurekodi sauti ya dijiti na uchezaji wa moduli ina ADC, DAC na kitengo cha kudhibiti, ambazo kwa kawaida huunganishwa kwenye chip moja, pia huitwa codec. Tabia kuu za moduli hii ni: mzunguko wa sampuli; aina na uwezo wa ADC na DAC; njia ya usimbuaji wa data ya sauti; uwezo wa kufanya kazi katika hali kamili ya Duplex.

Kiwango cha sampuli huamua masafa ya juu zaidi ya mawimbi ambayo yanarekodiwa au kuchezwa tena. Kwa kurekodi na kucheza tena kwa hotuba ya binadamu, 6 - 8 kHz inatosha; muziki na ubora wa chini - 20 - 25 kHz; Ili kuhakikisha sauti ya ubora wa juu (CD ya sauti), frequency ya sampuli lazima iwe angalau 44 kHz. Takriban kadi zote za sauti zinaauni kurekodi na kucheza sauti ya stereo kwa kiwango cha sampuli cha 44.1 au 48 kHz.

^ Kina kidogo cha ADC na DAC huamua kina kidogo cha ishara ya dijiti (8, 16 au 18 bits).

Duplex Kamili ni hali ya upitishaji data juu ya chaneli, kulingana na ambayo mfumo wa sauti unaweza kupokea (rekodi) na kusambaza (kucheza) data ya sauti wakati huo huo. Walakini, sio kadi zote za sauti zinazounga mkono kikamilifu hali hii, kwani haitoi sauti ya hali ya juu wakati wa ubadilishanaji mkubwa wa data. Kadi hizo zinaweza kutumika kufanya kazi na data ya sauti kwenye mtandao, kwa mfano, wakati wa mawasiliano ya simu, wakati ubora wa sauti hauhitajiki.

Moduli ya synthesizer

Synthesizer ya mfumo wa sauti ya kielektroniki wa muziki hukuruhusu kutoa karibu sauti yoyote, pamoja na sauti ya ala halisi za muziki. Kanuni ya uendeshaji wa synthesizer imeonyeshwa kwenye Mchoro 14.

Mchanganyiko ni mchakato wa kuunda tena muundo wa sauti ya muziki (noti). Ishara ya sauti ya chombo chochote cha muziki ina awamu kadhaa za wakati. Kielelezo 15, a kinaonyesha awamu za mawimbi ya sauti inayoonekana unapobonyeza kitufe cha piano. Kwa kila chombo cha muziki, aina ya ishara itakuwa ya kipekee, lakini awamu tatu zinaweza kutofautishwa ndani yake: shambulio, msaada na upunguzaji. Seti ya awamu hizi inaitwa bahasha ya amplitude, sura ambayo inategemea aina ya chombo cha muziki. Muda wa mashambulizi ya ala tofauti za muziki hutofautiana kutoka chache hadi makumi kadhaa au hata mamia ya milisekunde. Katika awamu inayoitwa msaada, amplitude ya ishara inabakia karibu bila kubadilika, na sauti ya sauti ya muziki huundwa wakati wa usaidizi. Awamu ya mwisho, attenuation, inalingana na sehemu ya kupungua kwa kasi kwa kasi ya amplitude ya ishara.

Katika synthesizer za kisasa, sauti huundwa kama ifuatavyo. Kifaa cha dijiti kinachotumia mojawapo ya mbinu za usanisi huzalisha kinachojulikana kama ishara ya msisimko kwa sauti fulani (noti), ambayo inapaswa kuwa na sifa za kuvutia karibu iwezekanavyo na sifa za chombo cha muziki kilichoiga katika awamu ya usaidizi, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro. 15, b. Kisha, ishara ya msisimko hutolewa kwa kichujio ambacho huiga mwitikio wa amplitude-frequency ya ala halisi ya muziki. Ishara ya bahasha ya amplitude ya chombo sawa hutolewa kwa pembejeo nyingine ya kichujio. Ifuatayo, seti ya ishara inachakatwa ili kupata athari maalum za sauti, kwa mfano, echo (reverberation), utendaji wa kwaya (kwaya). Ifuatayo, ubadilishaji wa dijiti hadi analogi na uchujaji wa ishara hufanywa kwa kutumia kichujio cha kupitisha chini (LPF).

Kielelezo 15 - Kanuni ya uendeshaji wa synthesizer ya kisasa: a - awamu ya ishara ya sauti; 6 - mzunguko wa synthesizer
Tabia kuu za moduli ya synthesizer:

njia ya awali ya sauti;
Kumbukumbu;
uwezekano wa usindikaji wa ishara ya vifaa ili kuunda athari za sauti;
polyphony - idadi ya juu ya vipengele vya sauti vilivyotolewa wakati huo huo.

Njia ya awali ya sauti inayotumiwa katika mfumo wa sauti ya PC huamua sio tu ubora wa sauti, lakini pia muundo wa mfumo. Kwa mazoezi, kadi za sauti zina vifaa vya synthesizer ambazo hutoa sauti kwa kutumia njia zifuatazo.

Mbinu ya usanisi kulingana na urekebishaji wa masafa (Mchanganyiko wa Kurekebisha Mara kwa Mara - Usanisi wa FM) inahusisha matumizi ya angalau jenereta mbili za ishara za maumbo changamano ili kutoa sauti ya ala ya muziki. Jenereta ya masafa ya mtoa huduma huzalisha ishara ya msingi ya toni, frequency-modulated na ishara ya harmonics ya ziada na overtones ambayo huamua timbre sauti ya chombo fulani. Jenereta ya bahasha inadhibiti amplitude ya ishara inayosababisha. Jenereta ya FM hutoa ubora wa sauti unaokubalika, ni wa gharama nafuu, lakini hautekelezi athari za sauti. Kwa hiyo, kadi za sauti zinazotumia njia hii hazipendekezi kulingana na kiwango cha PC99.

Usanisi wa sauti kulingana na jedwali la wimbi (Mchanganyiko wa Jedwali la Wave - usanisi wa WT) hufanywa kwa kutumia sampuli za sauti zilizowekwa kidijitali za vyombo halisi vya muziki na sauti zingine zilizohifadhiwa kwenye ROM maalum, iliyotengenezwa kwa mfumo wa chip ya kumbukumbu au kuunganishwa kwenye WT. chip ya kumbukumbu ya jenereta. Synthesizer ya WT hutoa uzalishaji wa sauti wa hali ya juu. Njia hii ya awali inatekelezwa katika kadi za sauti za kisasa.

^ Kiasi cha kumbukumbu kwenye kadi za sauti na synthesizer ya WT inaweza kuongezeka kwa kufunga vipengele vya ziada vya kumbukumbu (ROM) kwa ajili ya kuhifadhi mabenki na vyombo.

Athari za sauti huzalishwa kwa kutumia kichakataji maalum cha athari, ambacho kinaweza kuwa kipengele cha kujitegemea (microcircuit) au kuunganishwa kwenye synthesizer ya WT. Kwa idadi kubwa ya kadi zilizo na usanisi wa WT, athari za kitenzi na chorasi zimekuwa za kawaida. Usanisi wa sauti kulingana na uundaji wa kimwili unahusisha matumizi ya miundo ya hisabati ya utayarishaji wa sauti wa ala halisi za muziki kwa ajili ya uzalishaji wa kidijitali na kwa ubadilishaji zaidi kuwa mawimbi ya sauti kwa kutumia DAC. Kadi za sauti zinazotumia mbinu ya kielelezo halisi bado hazitumiki sana kwa sababu zinahitaji Kompyuta yenye nguvu kufanya kazi.

Moduli ya kiolesura Hutoa ubadilishanaji wa data kati ya mfumo wa sauti na vifaa vingine vya nje na vya ndani.

Interface ya PCI hutoa bandwidth ya juu (kwa mfano, toleo la 2.1 - zaidi ya 260 Mbit / s), ambayo inakuwezesha kusambaza mito ya data ya sauti kwa sambamba. Kutumia basi ya PCI hukuruhusu kuboresha ubora wa sauti, kutoa uwiano wa ishara hadi kelele wa zaidi ya 90 dB. Kwa kuongeza, basi ya PCI inaruhusu usindikaji wa ushirikiano wa data ya sauti, wakati usindikaji wa data na kazi za maambukizi zinasambazwa kati ya mfumo wa sauti na CPU.

MIDI (Kiunganishi cha Dijiti cha Ala ya Muziki - kiolesura cha dijiti cha ala za muziki) inadhibitiwa na kiwango maalum kilicho na maelezo ya kiolesura cha vifaa: aina za chaneli, nyaya, bandari ambazo vifaa vya MIDI vimeunganishwa kwa kila mmoja, na pia maelezo ya kifaa. utaratibu wa kubadilishana data - itifaki ya kubadilishana habari kati ya vifaa vya MIDI. Hasa, kwa kutumia amri za MIDI, unaweza kudhibiti vifaa vya taa na vifaa vya video wakati wa utendaji wa kikundi cha muziki kwenye hatua. Vifaa vilivyo na interface ya MIDI vimeunganishwa kwa mfululizo, na kutengeneza aina ya mtandao wa MIDI, ambayo ni pamoja na kidhibiti - kifaa cha kudhibiti, ambacho kinaweza kutumika kama kompyuta au synthesizer ya kibodi ya muziki, pamoja na vifaa vya watumwa (vipokeaji) vinavyosambaza habari. kwa mtawala kupitia ombi lake. Urefu wa jumla wa mnyororo wa MIDI sio mdogo, lakini urefu wa juu wa cable kati ya vifaa viwili vya MIDI haipaswi kuzidi mita 15.

Kuunganisha PC kwenye mtandao wa MIDI hufanyika kwa kutumia adapta maalum ya MIDI, ambayo ina bandari tatu za MIDI: pembejeo, pato na kupitisha, pamoja na viunganisho viwili vya kuunganisha vijiti vya furaha.

^ Kadi ya sauti inajumuisha kiolesura cha kuunganisha anatoa za CD-ROM

Moduli ya mchanganyiko

Moduli ya mchanganyiko wa kadi ya sauti hufanya:

kubadili (kuunganishwa / kukatwa) kwa vyanzo na wapokeaji wa ishara za sauti, pamoja na udhibiti wa kiwango chao;
kuchanganya (kuchanganya) ishara kadhaa za sauti na kurekebisha kiwango cha ishara inayosababisha.

Tabia kuu za moduli ya mchanganyiko ni pamoja na:

idadi ya ishara zilizochanganywa kwenye kituo cha kucheza;
udhibiti wa kiwango cha ishara katika kila chaneli iliyochanganywa;
udhibiti wa kiwango cha ishara ya jumla;
nguvu ya pato la amplifier;
upatikanaji wa viunganisho vya kuunganisha nje na ndani
wapokeaji/vyanzo vya mawimbi ya sauti.

Vyanzo vya mawimbi ya sauti na vipokeaji vimeunganishwa kwenye moduli ya kichanganyaji kupitia viunganishi vya nje au vya ndani. Viunganisho vya mfumo wa sauti wa nje kawaida ziko kwenye jopo la nyuma la kesi ya kitengo cha mfumo: Joystick/MIDI - kwa kuunganisha joystick au adapta ya MIDI; MicIn - kuunganisha kipaza sauti; LineIn - pembejeo ya mstari kwa kuunganisha vyanzo vyovyote vya ishara za sauti; LineOut - pato la mstari wa kuunganisha wapokeaji wa ishara yoyote ya sauti; Spika - kwa kuunganisha vichwa vya sauti (vichwa vya sauti) au mfumo wa kipaza sauti.

Udhibiti wa programu ya mchanganyiko unafanywa kwa kutumia zana za Windows au kutumia programu ya mchanganyiko iliyotolewa na programu ya kadi ya sauti.

Utangamano wa mfumo wa sauti na moja ya viwango vya kadi ya sauti inamaanisha kuwa mfumo wa sauti utatoa uzazi wa ubora wa ishara za sauti. Masuala ya uoanifu ni muhimu hasa kwa programu za DOS. Kila moja yao ina orodha ya kadi za sauti ambazo programu ya DOS imeundwa kufanya kazi nayo.

Kiwango cha Sauti Blaster kinaauniwa na programu katika mfumo wa michezo ya DOS, ambayo sauti hupangwa kwa kuzingatia kadi za sauti za familia ya Sauti Blaster.

^ Kiwango cha Microsoft cha Mfumo wa Sauti wa Windows (WSS) kinajumuisha kadi ya sauti na kifurushi cha programu kinacholenga programu za biashara.

Mfumo wa akustika (AS) hubadilisha moja kwa moja mawimbi ya sauti ya sauti kuwa mitetemo ya akustisk na ndicho kiungo cha mwisho katika njia ya kutoa sauti. Mfumo wa spika kawaida hujumuisha spika kadhaa za sauti, ambayo kila moja inaweza kuwa na spika moja au zaidi. Idadi ya wasemaji katika mfumo wa spika inategemea idadi ya vipengele vinavyounda ishara ya sauti na kuunda njia tofauti za sauti.

Kama sheria, kanuni ya uendeshaji na muundo wa ndani wa spika za sauti kwa matumizi ya kaya na zile zinazotumiwa katika njia za kiufundi za uarifu kama sehemu ya mfumo wa spika za PC ni sawa.

Kimsingi, spika ya PC ina spika mbili za sauti ambazo hutoa uchezaji wa stereo. Kwa kawaida, kila msemaji katika msemaji wa PC ana msemaji mmoja, lakini mifano ya gharama kubwa hutumia mbili: kwa masafa ya juu na ya chini. Wakati huo huo, mifano ya kisasa ya mifumo ya acoustic inafanya uwezekano wa kuzaliana sauti karibu na mzunguko mzima wa sauti kutokana na matumizi ya muundo maalum wa nyumba ya msemaji au kipaza sauti.

Ili kuzalisha masafa ya chini na ya chini na ubora wa juu katika wasemaji, pamoja na wasemaji wawili, kitengo cha sauti cha tatu hutumiwa - subwoofer, imewekwa chini ya desktop. Mfumo huu wa vipaza sauti vya Kompyuta vyenye vipengele vitatu unajumuisha zile zinazoitwa spika za setilaiti ambazo huzalisha masafa ya kati na ya juu (kutoka takriban 150 Hz hadi 20 kHz), na subwoofer ambayo huzalisha masafa chini ya 150 Hz.

Kipengele tofauti cha wasemaji wa PC ni uwezekano wa kuwa na amplifier yake ya nguvu iliyojengwa. Spika yenye amplifier iliyojengwa inaitwa amilifu. Spika zisizo na sauti hazina amplifier.

Faida kuu ya wasemaji wanaofanya kazi ni uwezo wa kuunganisha kwenye pato la mstari wa kadi ya sauti. Spika inayofanya kazi inaendeshwa ama kutoka kwa betri (accumulators) au kutoka kwa mtandao wa umeme kwa njia ya adapta maalum, iliyofanywa kwa namna ya kitengo tofauti cha nje au moduli ya nguvu iliyowekwa kwenye nyumba ya mojawapo ya wasemaji.

Nguvu ya pato ya wasemaji wa PC inaweza kutofautiana sana kulingana na vipimo vya amplifier na spika. Ikiwa mfumo umekusudiwa kwa sauti za michezo ya kompyuta, nguvu ya 15 - 20 W kwa kila spika inatosha kwa chumba cha ukubwa wa kati. Ikiwa ni muhimu kuhakikisha kusikika vizuri wakati wa hotuba au uwasilishaji katika hadhira kubwa, inawezekana kutumia mzungumzaji mmoja kwa nguvu ya hadi 30 W kwa kila kituo. Nguvu ya mzungumzaji inapoongezeka, vipimo vyake vya jumla huongezeka na gharama huongezeka.

^ Sifa kuu za wasemaji: bendi ya masafa iliyozalishwa tena, unyeti, upotovu wa harmonic, nguvu.

Mkanda wa masafa unaoweza kuzaliana (FrequencyResponse) ni utegemezi wa amplitude-frequency ya shinikizo la sauti, au utegemezi wa shinikizo la sauti (kiwango cha sauti) kwenye mzunguko wa voltage mbadala inayotolewa kwa koili ya spika. Bendi ya masafa inayotambuliwa na sikio la mwanadamu iko katika safu kutoka 20 hadi 20,000 Hz. Spika, kama sheria, zina anuwai ndogo katika eneo la masafa ya chini ya 40 - 60 Hz. Tatizo la kuzalisha masafa ya chini linaweza kutatuliwa kwa kutumia subwoofer.

Usikivu wa msemaji (Sensitivity) ina sifa ya shinikizo la sauti ambalo linajenga kwa umbali wa m 1 wakati ishara ya umeme yenye nguvu ya 1 W inatumiwa kwa pembejeo yake. Kwa mujibu wa mahitaji ya viwango, unyeti hufafanuliwa kama shinikizo la wastani la sauti katika bendi fulani ya mzunguko.

Kadiri thamani ya sifa hii inavyoongezeka, ndivyo mzungumzaji anavyowasilisha vyema anuwai ya programu ya muziki. Tofauti kati ya sauti "tulivu" na "kubwa zaidi" ya phonogram za kisasa ni 90 - 95 dB au zaidi. Spika zenye usikivu wa hali ya juu hutoa sauti zote tulivu na kubwa vizuri.

Upotoshaji wa Jumla wa Harmonic (THD) hutathmini upotoshaji usio na mstari unaohusishwa na kuonekana kwa vipengele vipya vya spectral katika ishara ya pato. Sababu ya uharibifu wa harmonic ni sanifu katika safu kadhaa za masafa. Kwa mfano, kwa wasemaji wa hali ya juu wa Hi-Fi mgawo huu haupaswi kuzidi: 1.5% katika masafa ya 250 - 1000 Hz; 1.5% katika masafa ya 1000 - 2000 Hz na 1.0% katika masafa ya 2000 - 6300 Hz. Kadiri thamani ya upotoshaji wa sauti inavyopungua, ndivyo ubora wa mzungumzaji unavyoboreka.

Nguvu ya umeme (Power Handling) ambayo spika inaweza kuhimili ni moja ya sifa kuu. Hata hivyo, hakuna uhusiano wa moja kwa moja kati ya nguvu na ubora wa uzazi wa sauti. Upeo wa shinikizo la sauti hutegemea badala ya unyeti, na nguvu ya msemaji hasa huamua kuegemea kwake.

Mara nyingi kwenye ufungaji wa wasemaji wa PC huonyesha nguvu ya kilele cha mfumo wa msemaji, ambayo sio daima kutafakari nguvu halisi ya mfumo, kwani inaweza kuzidi nguvu ya majina kwa mara 10. Kwa sababu ya tofauti kubwa katika michakato ya kimwili inayotokea wakati wa majaribio ya AS, thamani za nguvu za umeme zinaweza kutofautiana mara kadhaa. Ili kulinganisha nguvu za wasemaji tofauti, unahitaji kujua hasa ni nguvu gani mtengenezaji wa bidhaa anaonyesha na kwa njia gani za mtihani imedhamiriwa.

Baadhi ya mifano ya wasemaji wa Microsoft huunganishwa si kwa kadi ya sauti, lakini kwa bandari ya USB. Katika kesi hii, sauti hufika kwa wasemaji katika fomu ya digital, na decoding yake inafanywa na Chipset ndogo iliyowekwa kwenye wasemaji.
Maswali ya kujidhibiti:

Muundo wa mfumo mdogo wa sauti wa PC;
Moduli ya kurekodi na uchezaji;
moduli ya Synthesizer;
moduli ya kiolesura;
Moduli ya mchanganyiko;
Kanuni ya uendeshaji na sifa za kiufundi za mifumo ya acoustic. Programu;
Fomu za faili za sauti;
Zana za utambuzi wa usemi.

Kazi ya vitendo 8. Mfumo wa sauti wa PC
Mwanafunzi lazima:
kuwa na wazo:

kuhusu mfumo wa sauti wa PC

kujua:

kanuni za usindikaji habari za sauti;
muundo wa mfumo mdogo wa sauti wa PC;
sifa kuu za kadi za sauti

kuweza:

unganisha na usanidi mifumo ndogo ya sauti ya PC;
rekodi faili za sauti.

Sehemu ya 7. Vifaa vya uchapishaji
Mada 7.1 Printer
Mwanafunzi lazima:
kuwa na wazo:

kuhusu habari za uchapishaji wa vifaa

kujua:

kanuni ya uendeshaji wa vifaa vya kutoa vichapishi vya nukta nundu. Vipengele kuu na vipengele vya uendeshaji, sifa za kiufundi;
kanuni ya uendeshaji wa vifaa vya pato la printer ya inkjet Sehemu kuu na vipengele vya uendeshaji, sifa za kiufundi;
kanuni ya uendeshaji wa vifaa vya pato la printer laser Vipengele kuu na vipengele vya uendeshaji, sifa za kiufundi.

Tabia za jumla za vifaa vya uchapishaji. Uainishaji wa vifaa vya uchapishaji. Printers za athari: kanuni ya uendeshaji, vipengele vya mitambo, vipengele vya uendeshaji, sifa za kiufundi, sheria za uendeshaji. Mifano ya msingi ya kisasa.

^ Printers za Inkjet: kanuni ya uendeshaji, vipengele vya mitambo, vipengele vya uendeshaji, sifa za kiufundi, sheria za uendeshaji. Mifano ya msingi ya kisasa.

Printers za laser: kanuni ya uendeshaji, vipengele vya mitambo, vipengele vya uendeshaji, sifa za kiufundi, sheria za uendeshaji. Mifano ya msingi ya kisasa.
Miongozo
Wachapishaji- vifaa vya kutoa data kutoka kwa kompyuta, kubadilisha nambari za habari za ASCII kuwa alama za picha zinazolingana na kurekodi alama hizi kwenye karatasi.

Printa zinaweza kuainishwa kulingana na idadi ya sifa:

njia ya kuunda alama (ishara za uchapishaji na ishara za kuunganisha);
chromaticity (nyeusi na nyeupe na rangi);
njia ya kuunda mistari (serial na sambamba);
njia ya uchapishaji (tabia kwa herufi, mstari kwa mstari na ukurasa kwa ukurasa)
kasi ya kuchapisha;
azimio.

Printa kawaida hufanya kazi kwa njia mbili: maandishi na michoro.

Wakati wa kufanya kazi ndani hali ya maandishi Kichapishaji hupokea nambari za herufi kutoka kwa kompyuta, ambazo lazima zichapishwe kutoka kwa jenereta ya herufi ya kichapishi yenyewe. Wazalishaji wengi huandaa printa zao na idadi kubwa ya fonti zilizojengwa. Fonti hizi zimeandikwa kwa ROM ya kichapishi na zinaweza kusomwa kutoka hapo pekee.

Ili kuchapisha maelezo ya maandishi, kuna njia za uchapishaji zinazotoa ubora tofauti:

uchapishaji wa rasimu (Rasimu);
ubora wa kuchapisha chapa (NLQ - Ubora wa Barua Karibu);
ubora wa kuchapisha karibu na uchapaji (LQ - Ubora wa Barua);
hali ya ubora wa juu (SQL - Ubora wa Barua Bora).

KATIKA hali ya picha Misimbo hutumwa kwa printa ambayo huamua mlolongo na eneo la nukta kwenye picha.

Kulingana na njia ya kutumia picha kwenye karatasi, vichapishaji vinagawanywa katika athari, inkjet, photoelectronic na printers za mafuta.

Mfumo wa sauti wa PC katika mfumo wa kadi ya sauti ulionekana mnamo 1989, na kupanua kwa kiasi kikubwa uwezo wa PC kama njia ya kiufundi ya habari.

Mfumo wa sauti wa PC - seti ya programu na maunzi ambayo hufanya kazi zifuatazo:

kurekodi mawimbi ya sauti kutoka kwa vyanzo vya nje, kama vile maikrofoni au kinasa sauti, kwa kubadilisha mawimbi ya sauti ya analogi kuwa ya dijitali na kisha kuzihifadhi kwenye diski kuu;

uchezaji wa data ya sauti iliyorekodiwa kwa kutumia mfumo wa msemaji wa nje au vichwa vya sauti (vichwa vya sauti);

uchezaji wa CD za sauti;

kuchanganya (kuchanganya) wakati wa kurekodi au kucheza ishara za nyuma kutoka kwa vyanzo kadhaa;

kurekodi wakati huo huo na uchezaji wa ishara za sauti (mode Imejaa Duplex);

usindikaji wa ishara za sauti: kuhariri, kuchanganya au kutenganisha vipande vya ishara, kuchuja, kubadilisha kiwango chake;

usindikaji wa ishara ya sauti kwa mujibu wa algorithms ya volumetric (tatu-dimensional). 3 D- Sauti) sauti;

kuzalisha sauti ya vyombo vya muziki, pamoja na hotuba ya binadamu na sauti nyingine kwa kutumia synthesizer;

udhibiti wa vyombo vya muziki vya elektroniki vya nje kupitia kiolesura maalum cha MIDI.

Mfumo wa sauti wa kawaida kama inavyoonyeshwa kwenye mtini. 5.1, ina:

Kurekodi sauti na moduli ya uchezaji;

moduli ya synthesizer;

moduli ya kiolesura;

moduli ya mchanganyiko;

mfumo wa sauti.

Miundo ya mfumo wa sauti wa PC inafanyika mabadiliko makubwa; Kuna ubao mama zilizo na Chipset iliyosakinishwa juu yake kwa usindikaji wa sauti.

Walakini, madhumuni na kazi za moduli za mfumo wa sauti wa kisasa (bila kujali muundo wake) hazibadilika. Wakati wa kuzingatia modules za kazi za kadi ya sauti, ni desturi kutumia maneno "mfumo wa sauti wa PC" au "kadi ya sauti".

2. Moduli ya kurekodi na kucheza tena

Moduli ya kurekodi sauti na uchezaji wa mfumo wa sauti hufanya ubadilishaji wa analogi hadi dijiti na dijiti-kwa-analogi katika hali ya upitishaji wa programu ya data ya sauti au upitishaji kupitia chaneli za DMA. (Moja kwa moja Kumbukumbu Ufikiaji - kituo cha ufikiaji wa kumbukumbu moja kwa moja).

Sauti, kama inavyojulikana, ni wimbi la longitudinal ambalo hueneza kwa uhuru hewani au njia nyingine, kwa hivyo ishara ya sauti hubadilika kila wakati kwa wakati na nafasi.

Ikiwa, wakati wa kurekodi sauti, kipaza sauti hutumiwa, ambayo inabadilisha ishara ya sauti inayoendelea kwa wakati katika ishara ya umeme inayoendelea, ishara ya sauti inapatikana kwa fomu ya analog. Kwa kuwa amplitude ya wimbi la sauti huamua sauti kubwa ya sauti, na mzunguko wake huamua kiwango cha sauti ya sauti, ili kudumisha habari ya kuaminika kuhusu sauti, voltage ya ishara ya umeme lazima iwe sawa na shinikizo la sauti, na. mzunguko wake lazima ufanane na mzunguko wa oscillations ya shinikizo la sauti.

Ubadilishaji wa Analogi hadi Dijitali ni ubadilishaji wa mawimbi ya analogi hadi ya dijitali na inajumuisha hatua kuu zifuatazo: sampuli, quantization na usimbaji. Mzunguko wa ubadilishaji wa analogi hadi dijiti wa ishara ya sauti unaonyeshwa kwenye Mtini. 5.2.

Ishara ya sauti ya kabla ya analog inalishwa kwa chujio cha analog, ambacho kinapunguza bendi ya mzunguko wa ishara.

Sampuli za mawimbi hujumuisha sampuli za sampuli za ishara ya analogi yenye muda fulani na huamuliwa na mzunguko wa sampuli. Zaidi ya hayo, masafa ya sampuli lazima yasiwe chini ya mara mbili ya masafa ya juu zaidi ya sauti (sehemu ya masafa) ya mawimbi asilia ya sauti. Kwa kuwa wanadamu wanaweza kusikia sauti katika masafa ya masafa kutoka Hz 20 hadi 20 kHz, masafa ya juu ya sampuli ya ishara ya asili ya sauti lazima iwe angalau 40 kHz, yaani, sampuli lazima zichukuliwe mara 40,000 kwa sekunde. Kwa sababu hii, mifumo mingi ya kisasa ya sauti ya Kompyuta ina kiwango cha juu cha sampuli za sauti cha 44.1 au 48 kHz.

Ukadiriaji wa amplitude ni kipimo cha maadili ya amplitude ya papo hapo ya ishara ya wakati tofauti na kuibadilisha kuwa wakati na amplitude. Katika Mtini. Mchoro 5.3 unaonyesha mchakato wa kuhesabu kwa kiwango cha mawimbi ya analogi, na viwango vya amplitude ya papo hapo vilivyosimbwa kama nambari 3-bit.

Usimbaji unajumuisha kubadilisha mawimbi yaliyokadiriwa kuwa nambari ya kidijitali. Katika kesi hii, usahihi wa kipimo wakati wa quantization inategemea idadi ya bits ya neno la kificho. Ikiwa maadili ya amplitude yameandikwa kwa kutumia nambari za binary na urefu wa codeword umebainishwa N bits, idadi ya maadili yanayowezekana ya maneno ya nambari itakuwa sawa na 2 N . Kunaweza kuwa na idadi sawa ya viwango vya quantization ya amplitude ya sampuli. Kwa mfano, ikiwa thamani ya sampuli ya amplitude inawakilishwa na neno la msimbo la biti-16, idadi ya juu zaidi ya uboreshaji wa amplitude (viwango vya quantization) itakuwa 2 16 = 65,536. Kwa uwakilishi wa 8-bit, tunapata 2 8 = 256 amplitude kwa mtiririko huo. daraja.

Uongofu wa Analog-to-digital unafanywa na kifaa maalum cha elektroniki - ubadilishaji wa analogi hadi dijititelecom(ADC), ambamo sampuli za mawimbi tofauti hubadilishwa kuwa mlolongo wa nambari. Mkondo wa data wa dijiti unaotokana, i.e. ishara inajumuisha uingiliaji muhimu na usiohitajika wa masafa ya juu, ili kuchuja ambayo data ya dijiti iliyopokelewa hupitishwa kupitia kichungi cha dijiti.

Ubadilishaji wa dijiti hadi wa analogi Kwa ujumla, hutokea katika hatua mbili, kama inavyoonyeshwa kwenye Mtini. 5.4. Katika hatua ya kwanza, sampuli za mawimbi hutolewa kutoka kwa mtiririko wa data dijitali kwa kutumia kigeuzi cha dijitali hadi analogi (DAC), ikifuatana na mzunguko wa sampuli. Katika hatua ya pili, ishara ya analog inayoendelea huundwa kutoka kwa sampuli zisizo na maana kwa kulainisha (ufafanuzi) kwa kutumia chujio cha chini-frequency, ambayo hukandamiza vipengele vya mara kwa mara vya wigo wa ishara tofauti.

Kurekodi na kuhifadhi ishara ya sauti katika fomu ya digital inahitaji kiasi kikubwa cha nafasi ya disk. Kwa mfano, mawimbi ya sauti ya stereo ya sekunde 60 iliyonakiliwa kwa kiwango cha sampuli ya 44.1 kHz na ujazo wa biti 16 inahitaji takriban MB 10 za nafasi ya kuhifadhi kwenye diski kuu.

Ili kupunguza kiasi cha data ya dijiti inayohitajika kuwakilisha mawimbi ya sauti yenye ubora fulani, mgandamizo hutumiwa, ambao unajumuisha kupunguza (idadi ya sampuli na viwango vya quantization au idadi ya biti, I kutunza kwa hesabu moja.

Njia kama hizo za kusimba data ya sauti kwa kutumia vifaa maalum vya usimbuaji hufanya iwezekanavyo kupunguza kiwango cha mtiririko wa habari hadi karibu 20% ya ile ya asili. Uchaguzi wa njia ya encoding wakati wa kurekodi taarifa za sauti inategemea seti ya programu za ukandamizaji - codecs (encoding-decoding) zinazotolewa na programu ya kadi ya sauti au iliyojumuishwa katika mfumo wa uendeshaji.

Kina kidogo cha ADC na DAC huamua kina kidogo cha ishara ya dijiti (8, 16 au 18 bits). Idadi kubwa ya kadi za sauti zina vifaa vya 16-bit ADCs na DAC. Kadi kama hizo za sauti zinaweza kuainishwa kinadharia kuwa Hi-Fi, ambayo inapaswa kutoa sauti ya ubora wa studio. Baadhi ya kadi za sauti zina ADC na DAC za 20- na hata 24-bit, ambazo huboresha kwa kiasi kikubwa ubora wa kurekodi sauti/uchezaji tena.

Imejaa Duplex (duplex kamili) - hali ya maambukizi ya data juu ya kituo, kulingana na ambayo mfumo wa sauti unaweza kupokea wakati huo huo (rekodi) na kusambaza (kucheza) data ya sauti. Walakini, sio kadi zote za sauti zinazounga mkono kikamilifu hali hii, kwani haitoi sauti ya hali ya juu wakati wa ubadilishanaji mkubwa wa data. Kadi hizo zinaweza kutumika kufanya kazi na data ya sauti kwenye mtandao, kwa mfano, wakati wa mawasiliano ya simu, wakati ubora wa sauti hauhitajiki.

Mfumo wa sauti wa PC- seti ya vifaa vinavyotoa uchezaji, kurekodi na usindikaji wa sauti kwa kutumia PC. Inajumuisha adapta ya sauti (kadi ya sauti), mfumo wa acoustic (spika zilizo na amplifier ya bass, vichwa vya sauti), kipaza sauti.

Adapta ya sauti ni ubao binti ambayo hutoa ubadilishaji wa data dijitali hadi analogi na kinyume chake kwa kutoa/kuingiza sauti kwa kutumia Kompyuta.

Daima ina pato la kusambaza mawimbi ya sauti kwa amplifaya na ingizo la kuingiza mawimbi ya sauti kutoka chanzo cha nje hadi kwenye Kompyuta kwa ajili ya kuchakatwa baadaye. Adapta za sauti za gharama kubwa zina pembejeo na matokeo mengi.

Adapta za sauti hutofautiana:

1) kina kidogo cha ingizo/pato la sauti ya dijiti

2) njia za usanisi wa sauti

3) kuwepo/kutokuwepo kwa mizunguko midogo kwa ajili ya kuunda athari za ziada za sauti (ugeuzaji sauti, kuzunguka sauti ya 3D, n.k.)

Kutumia mfumo wa sauti wa PC, unaweza kucheza CD za sauti za kawaida, lakini fomati maalum, zenye ufanisi zaidi zimetengenezwa kwa kuhifadhi data ya sauti kwenye PC. Maarufu zaidi ni MP3 na WMA. Wanakuruhusu kuhifadhi data ya sauti mara 10-15 kwenye CD moja kuliko kwenye diski ya sauti ya kawaida.

Sauti nzuri inaweza kupatikana tu kwa kutumia mfumo wa sauti wa kompyuta wa hali ya juu, lakini ni bora zaidi kusambaza sauti kupitia pato la dijiti kwa amplifier ya ubora wa juu wa kaya na wasemaji.

Viwango vya sauti: AC"97 Na Sauti ya HD Intel® Desktop Boards hutumia AC"97 au Intel® High Definition Audio kama suluhisho jumuishi la sauti.

AC"97 AC"97 (kifupi cha Kodeki ya Sauti "97) ni kiwango cha kodeki ya sauti iliyotengenezwa na Intel Architecture Labs mwaka wa 1997. Kiwango hiki kinatumika hasa katika vibao mama, modemu, kadi za sauti na vipochi vilivyo na suluhu za sauti za paneli ya mbele. . AC"97 hutumia viwango vya sampuli vya 96 kHz unapotumia mwonekano wa stereo wa biti 20 na 48 kHz unapotumia stereo ya biti 20 kwa kurekodi na kucheza vituo vingi. Mnamo 2004, AC"97 ilibadilishwa na Intel® High Definition Audio (HD Audio ) teknolojia.

Sauti ya HD Intel® High Definition Audio inatokana na vipimo vilivyotolewa na Intel mwaka wa 2004 ambavyo hutoa chaneli nyingi kwa sauti ya ubora wa juu kuliko ilivyowezekana kwa kodeki za sauti zilizounganishwa kama vile AC"97. Maunzi kulingana na Sauti ya HD , inayoauni ubora wa sauti wa 192 kHz/32-bit. katika chaneli mbili na 96 kHz/32-bit chaneli nyingi (hadi chaneli 8).

Microsoft* Windows Vista hutumia vifaa vya pembeni vya Ufafanuzi wa Juu pekee (kama vile suluhu za sauti za paneli ya mbele).

Hakuna sauti kutoka kwa spika au vipokea sauti vinavyobanwa kichwani Hakuna towe la sauti linaloweza kutokana na masuala kadhaa. Tatizo la kutokuwepo kwa sauti linaweza kutatuliwa kwa kutumia mojawapo ya njia zifuatazo.

Ninataka kutoa nakala yangu kwa teknolojia za mitandao ya sensorer isiyo na waya, ambayo, inaonekana kwangu, imenyimwa isivyofaa tahadhari ya jamii ya Habra. Sababu kuu ya hii, naona, ni kwamba teknolojia bado haijaenea na, kwa sehemu kubwa, ni ya riba kwa duru za kitaaluma. Lakini nadhani katika siku za usoni tutaona bidhaa nyingi kulingana na njia moja au nyingine juu ya teknolojia ya mitandao hiyo. Nimekuwa nikitafiti mitandao ya sensorer kwa miaka kadhaa, niliandika nadharia ya PhD juu ya mada hii na nakala kadhaa katika majarida ya Kirusi na ya kigeni. Pia nilitengeneza kozi kwenye mitandao ya sensorer isiyo na waya, ambayo nilifundisha katika Chuo Kikuu cha Jimbo la Nizhny Novgorod (sitoi kiungo cha kozi, ikiwa una nia, naweza kutoa kiungo kwa faragha). Kwa kuwa na uzoefu katika uwanja huu, nataka kuishiriki na jamii inayoheshimika, natumai utavutiwa.

Habari za jumla

Mitandao ya sensorer isiyo na waya imepata maendeleo mazuri hivi karibuni. Mitandao kama hiyo, inayojumuisha nodi nyingi ndogo zilizo na transceiver ya nguvu ya chini, microprocessor na sensor, inaweza kuunganisha pamoja mitandao ya kompyuta ya kimataifa na ulimwengu wa mwili. Dhana ya mitandao ya sensorer isiyo na waya imevutia tahadhari ya wanasayansi wengi, taasisi za utafiti na mashirika ya kibiashara, ambayo imetoa mkondo mkubwa wa kazi ya kisayansi juu ya mada hii. Nia kubwa katika utafiti wa mifumo hiyo ni kutokana na uwezekano mkubwa wa kutumia mitandao ya sensorer. Mitandao ya sensorer isiyo na waya, haswa, inaweza kutumika kutabiri kushindwa kwa vifaa katika mifumo ya anga na otomatiki ya jengo. Kutokana na uwezo wao wa kujipanga, kuwa huru, na kuwa na uvumilivu mkubwa wa makosa, mitandao hiyo hutumiwa kikamilifu katika mifumo ya usalama na maombi ya kijeshi. Matumizi ya mafanikio ya mitandao ya sensorer isiyo na waya katika dawa kwa ufuatiliaji wa afya inahusishwa na maendeleo ya sensorer za kibiolojia zinazoendana na nyaya zilizounganishwa za nodi za sensorer. Lakini mitandao ya sensorer isiyo na waya imeenea zaidi katika uwanja wa ufuatiliaji wa mazingira na viumbe hai.

Chuma

Kwa sababu ya ukosefu wa viwango wazi katika mitandao ya sensorer, majukwaa kadhaa tofauti yapo. Majukwaa yote yanakidhi mahitaji ya msingi ya mitandao ya sensorer: matumizi ya chini ya nguvu, muda mrefu wa uendeshaji, transceivers za nguvu za chini na sensorer. Jukwaa kuu ni pamoja na MicaZ, TelosB, Intel Mote 2.

MikaZ

Microprocessor: Atmel ATmega128L
Mzunguko wa 7.3728 MHz
Kumbukumbu ya flash 128 KB kwa programu
4 KB SRAM kwa data
2 UART
basi la SPI
basi la I2C
Redio: ChipCon CC2420
Kumbukumbu ya flash ya nje: 512 KB
Kiunganishi cha ziada cha pini 51
Analogi nane za 10-bit I/O
21 I/O ya kidijitali
Tatu za LED zinazoweza kupangwa
bandari ya JTAG
Inaendeshwa na betri mbili za AA

TelosB

Microprocessor: MSP430 F1611
Mzunguko wa 8 MHz
48 KB flash kumbukumbu kwa ajili ya programu
10 KB RAM kwa data
basi la SPI
Imejengwa ndani ya 12-bit ADC/DAC
Kidhibiti cha DMA
Redio: ChipCon CC2420
Kumbukumbu ya flash ya nje: 1024 KB
Kiunganishi cha ziada cha pini 16
Tatu za LED zinazoweza kupangwa
bandari ya JTAG
Hiari: Mwanga, unyevu, sensorer joto.
Inaendeshwa na betri mbili za AA

Intel Mote 2

320/416/520 MHz PXA271 XScale microprocessor
32 MB Kumbukumbu ya Flash
RAM 32 MB
Kiolesura cha Mini-USB
Kiunganishi cha I-Mote2 cha vifaa vya nje (pini 31+21)
Redio: ChipCon CC2420
Viashiria vya LED
Inaendeshwa na betri tatu za AAA

Kila jukwaa linavutia kwa njia yake na lina sifa zake. Binafsi, nilikuwa na uzoefu wa kufanya kazi na jukwaa la TelosB na Intel Mote 2. Maabara yetu pia ilitengeneza jukwaa lake, lakini ni la kibiashara na siwezi kuzungumza juu yake kwa undani.

Miaka 3 iliyopita ya kawaida ilikuwa matumizi ya CC2420 chipset kama kipitishio cha nguvu kidogo.

Programu na uhamisho wa data

Kiwango kikuu cha maambukizi ya data katika mitandao ya sensorer ni IEE802.15.4, ambayo iliundwa mahsusi kwa mitandao isiyo na waya yenye transceivers ya chini ya nguvu.

Hakuna viwango vya programu katika mitandao ya sensorer. Kuna mamia kadhaa ya itifaki tofauti za usindikaji na usambazaji wa data, pamoja na mifumo ya usimamizi wa nodi. Mfumo wa uendeshaji wa kawaida ni mfumo wa chanzo wazi - TinyOs (wakati nikiwa Chuo Kikuu cha Stanford, mimi binafsi nilikutana na mmoja wa watengenezaji). Waendelezaji wengi (hasa kwa mifumo ya kibiashara) huandika mfumo wao wa udhibiti, mara nyingi katika Java.

Programu ya udhibiti wa nodi za sensor inayoendesha mfumo wa uendeshaji wa TinyOs imeandikwa katika lugha ya nesC.

Inafaa kumbuka kuwa kwa sababu ya gharama kubwa ya vifaa na ugumu wa kuanzisha mitandao ya sensorer, mifumo mbali mbali ya modeli imeenea, haswa mfumo wa TOSSIM, iliyoundwa mahsusi kwa kuiga uendeshaji wa nodi zinazoendesha TinyOs.

Hitimisho

Mitandao ya sensorer inazidi kuenea nchini Urusi. Nilipoanza kuwafanyia kazi mwaka wa 2003, idadi ya watu nchini Urusi ambao walijua teknolojia hii inaweza kuhesabiwa kwa upande mmoja. Huko Urusi, Maabara ya Luxsoft inayojulikana yalihusika katika hili.

Nimefanya kazi na mitandao ya sensorer kwa miaka 6 na ninaweza kukuambia mengi kuhusu teknolojia hizi. Ikiwa jumuiya ya Habra ina nia na nina fursa, basi nitafurahi kuandika mfululizo wa makala juu ya mada hii. Ninaweza kugusia mambo kama vile: kazi halisi na jukwaa la TmoteSky, vipengele vya upangaji programu kwa mfumo wa TinyOs katika lugha ya nesC, matokeo ya awali ya utafiti yaliyopatikana katika maabara yetu, maonyesho ya miezi 1.5 ya kazi katika Chuo Kikuu cha Stanford, katika mradi wa vitambuzi. mitandao.

Asanteni nyote kwa umakini wenu, nitafurahi kujibu maswali yenu.

Uchambuzi wa mitandao ya sensorer isiyo na waya ulifanyika. Mpango wa Omnet++ ulichaguliwa kwa ajili ya utafiti. Kazi ya kusoma safu ya mfano ya mitandao ya sensorer isiyo na waya na kutathmini vigezo vya utendaji wao ilitekelezwa. Matatizo yafuatayo yalitatuliwa: mfano wa matumizi ya nishati katika mitandao ya sensorer isiyo na waya iliboreshwa, algorithm ya uendeshaji wa mtindo huu ilipendekezwa, ambayo inaruhusu kupunguza ucheleweshaji wa uhamisho wa pakiti kati ya nodes. Mfano wa kompyuta umetengenezwa katika programu iliyochaguliwa; imethibitishwa kuwa utumiaji wa mtindo huu ni mzuri na unafaa katika mazoezi. Nakala hii ilifanya utafiti wa matumizi ya nishati ya nodi za mtandao. Matumizi ya nishati ni parameter muhimu kwa ubora wa uendeshaji wa mitandao ya sensorer isiyo na waya, hivyo swali la hesabu yake wakati wa kuunda mifumo hiyo hutokea kwanza. Kazi hiyo ilifanya uchambuzi wa kina wa matumizi ya nishati ya nodi za mtandao wa sensorer zisizo na waya, na pia ilipendekeza njia ya kuhesabu matumizi ya nishati ya nodi za mwisho. Mbinu mbalimbali zimependekezwa kupunguza matumizi ya nishati. Ufunguo wa utendakazi wa mtandao usiotumia nishati utakuwa uwezo wa kuweka nodi nyingi katika hali ya usingizi, moja kwa moja ili kuongeza muda wa matumizi ya betri. Pia, katika mitandao ya sensorer kwa kutumia teknolojia ya ZigBee, inawezekana kubana habari kabla ya kuituma. Kiasi cha nishati inayotumika itategemea vile vile topolojia ya mtandao iliyochaguliwa. Imethibitishwa kuwa gharama za chini za nishati hutokea wakati wa kutumia topolojia ya miti ya nyota au nguzo kwa sababu katika topolojia hizi waratibu wameunganishwa moja kwa moja kwenye mtandao uliowekwa.

mtandao wa sensor isiyo na waya

Mpango wa Omnet++

ucheleweshaji wa maambukizi

matumizi ya nishati ya sensor

bandwidth ya mtandao

kuokoa nishati

1. Terentyev M.N. Njia ya utendaji wa mifumo ya ufuatiliaji wa vigezo vya vitu na usanidi wa kutofautiana kulingana na mitandao ya sensorer isiyo na waya: dis. ...pipi. teknolojia. Sayansi: 05.13.15 / M.N. Terentyev. - Moscow, 2010. - 154 p.

2. Khusnullin V.I. Utafiti wa matumizi ya nishati ya nodi kwenye mtandao wa sensorer isiyo na waya / V.I. Khusnullin, E.V. Glushak // Muhtasari. ripoti katika jukwaa la kisayansi la II "Mawasiliano ya simu: nadharia na teknolojia (TTT)" katika mkutano wa kimataifa wa kisayansi na kiufundi wa XVIII "Matatizo ya uhandisi na teknolojia ya mawasiliano ya simu". - Kazan, 2017. - T. 2. - P. 10-13.

3. Ivanova I.A. Uamuzi wa mzunguko wa eneo la chanjo la mitandao ya sensorer isiyo na waya / I.A. Ivanova // Mifumo ya udhibiti wa kiotomatiki wa viwanda na watawala. - 2010. - Nambari 10. - P. 25-30.

4. Vlasova V.A. Uchambuzi wa mizunguko ya nishati ya nodi za mtandao wa sensorer zisizo na waya / V.A. Vlasova, A.N. Zelenin // Jarida la Ulaya Mashariki la Teknolojia ya Juu. - 2012. - T. 3, No. 9 (57). - ukurasa wa 13-17.

5. Galkin P.V. Makala ya utekelezaji wa mitandao ya sensorer isiyo na waya kulingana na teknolojia ya ZigBee: nyenzo. VI ndani. kisayansi-vitendo conf. / P.V. Galkin, D.V. Karlovsky // Shida za sasa za sayansi. - 2010. - Nambari 31. - P. 7-11.

6. Baskakov S. Tathmini ya matumizi ya nishati ya nodes zisizo na waya katika mitandao ya MeshLogic / S. Baskakov // Teknolojia zisizo na waya. - 2010. - Nambari 1. - P. 28-31.

7. Kireev A.O. Mfumo uliosambazwa wa ufuatiliaji wa nishati ya mitandao ya sensorer isiyo na waya / A.O. Kireev, A.V. Svetlov // Habari za Chuo Kikuu cha Shirikisho la Kusini. Sayansi ya kiufundi. - 2011. - Nambari 5 (118). - ukurasa wa 60-65.

8. Daniel Kifetew Shenkutie, Ufuatiliaji wa Nishati ya Mabaki katika Mitandao ya Sensor Isiyotumia Waya / Shule ya Sayansi ya Habari, Kompyuta na Uhandisi wa Umeme Chuo Kikuu cha Halmstad. - 2011. - 84 p.

9. Kramorenko E.G. Kupunguza matumizi ya nishati ya mitandao ya vitambuzi kutokana na mgandamizo wa awali wa data: Mijadala. kwa IV All-Ukrainian kisayansi-kiufundi conf. / E.G. Kramorenko, M.V. Privalov // Mifumo ya udhibiti wa habari na ufuatiliaji wa kompyuta 2013. - Donetsk: DonNTU, 2013. - P. 364-369.

Maendeleo ya hivi majuzi katika semiconductor, mitandao, na teknolojia ya uundaji yanasukuma kuenea kwa mitandao mikubwa ya kitambuzi isiyotumia waya (WSNs).

Mtandao wa sensorer zisizo na waya ni mtandao uliosambazwa, unaojipanga wa sensorer nyingi (sensorer) na vitendaji vilivyounganishwa kupitia idhaa ya redio. Kwa kuongezea, eneo la chanjo la mtandao kama huo linaweza kuanzia mita kadhaa hadi kilomita kadhaa kwa sababu ya uwezo wa kutuma ujumbe kutoka kwa kitu kimoja hadi kingine.

Muundo wa mtandao wa kitambuzi wa wireless ulipendekezwa. Ili kutathmini ufanisi wa muundo uliopendekezwa, tutafanya maiga katika kifurushi cha programu cha OMNeT++. Wacha tuchambue utaratibu wa modeli na matokeo ya modeli. OMNeT++ ni kiigaji cha mtandao cha tukio lenye mwelekeo wa kitu.

Kuna aina mbili za pakiti katika simulation: pakiti za ujumbe, ambazo hutumiwa na nodi za sensor kwenye mtandao kutuma habari kwenye nodi ya kuzama, na aina ya pili ni pakiti ya nishati, ambayo hutumiwa kusambaza habari za nishati kwa ufuatiliaji. nodi. Katika uigaji, kila nodi huhesabu mara kwa mara kiasi cha nishati inayotumia na pia hutabiri kiasi cha nishati itakayotumia katika kipindi kijacho. Kiasi cha nishati inayotumiwa inalinganishwa na ile iliyotabiriwa: ikiwa tofauti kati yao ni kubwa kuliko kizingiti fulani, node itatuma pakiti ya nishati kwenye node kuu ya mtandao (kituo cha msingi). Baadhi ya pakiti zina taarifa kuhusu matumizi ya nishati yaliyotabiriwa katika nodi. Nambari za nambari zilizochaguliwa kwa uigaji zinaweza kuonekana kwenye jedwali hapa chini.

Thamani za nambari zinazotumika

Maadili haya hutumiwa katika masimulizi yote. Ili kuonyesha ufanisi wa mfano uliopendekezwa wa utabiri, mtandao wenye nodi mia moja unatekelezwa. Nodi kwenye mtandao hutumia itifaki ya uelekezaji iliyochaguliwa, inayoitwa MFR, kupeleka pakiti kwenye nodi ya kuzama. Nodi inayotumia MFR inapeleka mbele data kwa nodi katika masafa yake ya upitishaji.

Katika Mtini. Nodi 1 S hutuma data yake hadi kwenye nodi M kwa sababu iko karibu na kuzama D kuliko vifundo vingine katika safu yake ya upitishaji inapojitokeza kwenye laini inayounganisha nodi S na kuzama D. Vipimo vya sensor hutumia ujumbe wa eneo la mfumo kuarifu kuhusu eneo lao. majirani zao. Nodi za vitambuzi kwenye mtandao hujaza jedwali la kuelekeza na eneo la majirani zao, na uchague iliyo karibu zaidi kama inayofuata ili kusambaza data.

Wacha tuwasilishe uigaji unaofanywa kwa kutumia uigaji wa OMNeT++. Hitilafu kati ya nishati iliyobaki katika kila nodi na thamani iliyorekodiwa kwenye nodi ya ufuatiliaji kwa viwango tofauti vya thamani inachambuliwa. Ifuatayo, uhusiano kati ya idadi ya pakiti za nishati zilizotumwa kwenye node ya udhibiti na kizingiti kinachotumiwa kinachunguzwa. Gharama ya nishati ni nishati inayotumiwa na nodi kwenye mtandao ili kuhifadhi taarifa katika nodi ya udhibiti kuhusu kiasi cha nishati iliyobaki kwenye betri zao. Nishati hii ya mtandao inategemea idadi ya wastani ya pakiti za nishati zinazotumwa kwa nodi ya ufuatiliaji na kila nodi ya sensor. Katika Mtini. 2 inaonyesha wastani wa idadi ya pakiti zilizotumwa kwa kila nodi kwa vizingiti tofauti wakati E = 100 s.

Baada ya kuendesha simulation kwa saa mbili na nusu, matokeo ya kuiga yanaonyeshwa kwenye Mtini. 2 na 3. Viwanja katika takwimu zinaonyesha idadi ya pakiti za nishati zilizotumwa kwa nodi ya udhibiti kwa vipindi vitatu vya utabiri (T = 200, T = 300 na T = 400) wakati viwango viwili tofauti vya juu vya kuwasili kwa matukio (E = 100 s na E = 50 Pamoja). Grafu katika takwimu mbili zilionyesha jinsi kasi ya kuwasili inavyoongezeka, idadi ya pakiti za nishati zinazotumwa huongezeka kwa ujumla. Kwa kiwango sawa cha kuwasili kwa data, idadi ya pakiti za nishati zinazotumwa huongezeka kadri upeo wa makosa ya utabiri unavyopungua.

Mchele. 2. Idadi ya wastani ya pakiti zilizotumwa kwa nodi wakati E = 100 s

Mchele. 3. Idadi ya wastani ya pakiti zilizotumwa kwa nodi wakati E = 50 s

Katika Mtini. 4 na 5 zinaonyesha idadi ya pakiti za nishati zinazotumwa wakati tukio linatokea ambalo huchochea nodi za sensorer, zinazozingatiwa kuwa za mara kwa mara. Vipindi vya kuwasili vinavyotumika kati ya matukio ni P = 50 na P = 100 s. Kulingana na grafu, idadi ya pakiti za nishati iliyotumwa kutoka kwa kila nodi iliongezeka kadri muda wa tukio ulipopungua. Katika kipindi hicho hicho, idadi ya pakiti zilizotumwa zilionyesha kuongezeka kadri kizingiti kilipungua.

Nishati katika kujenga ramani ya nishati inahusiana moja kwa moja na kiasi cha nishati inayotumika, na kusababisha kuongezeka pia kadri upeo wa makosa ya utabiri unavyopungua. Matokeo ya uigaji uliofanywa pia yalionyesha kuwa muda wa utabiri huongeza idadi ya pakiti za nishati zilizotumwa. Hii ni kwa sababu kwa muda mrefu wa utabiri, matumizi ya nishati ya nodi huonyesha muundo wa mara kwa mara kuliko vipindi vifupi vya utabiri. Hii inasababisha ubashiri sahihi zaidi wa matumizi ya nishati kwa kuwa mbinu inategemea historia ya matumizi ya nishati iliyopita ya nodi kwa utabiri.

Mchele. 4. Idadi ya wastani ya pakiti zilizotumwa kwa nodi wakati P = 100 s

Mchele. 5. Idadi ya wastani ya pakiti zilizotumwa kwa nodi wakati P = 50 s

Katika Mtini. Kielelezo cha 6 kinaonyesha ulinganisho wa matokeo yaliyopatikana kwa kutumia mbinu ya kielelezo iliyopendekezwa katika kazi hii na matokeo yaliyopatikana katika . Ulinganisho unafanywa kulingana na idadi ya wastani ya pakiti za nishati zilizotumwa kwa node ya ufuatiliaji kwa vizingiti tofauti.

Kwa kawaida, wastani wa idadi ya pakiti za nishati zinazotumwa kwa nodi ya ufuatiliaji ni kubwa zaidi kwa vizingiti vyote vinavyotumiwa wakati muundo wa kielelezo unatumiwa kuliko mbinu ya uwezekano katika , wakati matukio ya matukio katika mazingira yanachukuliwa kuwa yanasambazwa sawasawa. Hii ni kwa sababu mbinu ya wastani ya kielelezo hutabiri matumizi ya nishati yanayokuja ya nodi kulingana na historia ya matumizi yao ya nishati. Kutokana na kutokea kwa matukio yasiyotarajiwa, tabia ya baadhi ya nodi zinazotumia nishati inaweza kupotoka kutoka kwa wastani wa nishati waliyotumia hapo awali. Hii inaathiri utabiri wa nodi za kupungua kwa nishati katika siku zijazo, na kuhimiza nodi kutuma pakiti zaidi.

Mchele. 6. Ulinganisho wa mifano (idadi ya wastani ya pakiti zilizotumwa kwa kila nodi)

Kadiri idadi ya pakiti za nishati zinazotumwa kufuatilia nodi zinavyoongezeka, ndivyo gharama ya kujenga ramani ya nishati inavyoongezeka. Katika kesi ya modeli ya kuwasili ya tukio la mara kwa mara, muundo wa kielelezo unaotumiwa katika kazi hii unaonyesha utendaji bora kuliko mtindo uliotumika katika , wakati kiwango cha juu kimewekwa kuwa 1% na 3%. Hii ni kutokana na matumizi ya nishati ya mara kwa mara ya nodes zinazohusiana na hali ya mara kwa mara ya matukio.

Katika Mtini. 7 na 8 zinaonyesha jumla ya idadi ya pakiti kwenye mtandao kwa mifumo miwili tofauti ya kuwasili ya pakiti. Katika visa vyote viwili, jumla ya idadi ya pakiti za nishati kwenye mtandao huongezeka wakati thamani ya kizingiti inapungua wakati idadi ya pakiti za ujumbe inabaki thabiti. Kuongeza idadi ya jumla ya pakiti za nishati huongeza gharama ya ramani ya nishati kwa kuwa inahusiana moja kwa moja na idadi ya pakiti za nishati zinazotumwa kutoka kwa nodi ya sensorer. Takwimu zote mbili zinaonyesha jumla ya idadi ya pakiti kwenye mtandao kwa kipindi chote cha uigaji wakati kipindi cha utabiri kimewekwa kuwa 400.

Alama ya ufuatiliaji wa nishati ni tofauti kati ya nishati iliyobaki ya kila nodi na nishati iliyobaki iliyorekodiwa kwenye nodi ya ufuatiliaji. Kama matokeo ya tathmini, tunahitimisha kuwa kiasi cha nishati kinachozidi thamani ya kizingiti hujilimbikiza katika kitengo cha ufuatiliaji na kupotoka ni kubwa zaidi kwa maadili ya juu ya kizingiti.

1) Jambo kuu la uendeshaji wa mtandao wa ufanisi wa nishati itakuwa uwezo wa kuweka nodes zaidi katika hali ya usingizi, moja kwa moja ili kuongeza maisha ya betri yao. Wakati nodi ya sensor iko katika hali ya kufanya kazi, inaweza kuingia katika hali ya kulala, ikiruhusu kupunguza matumizi ya nguvu. Nodi ya sensa hubadilika hadi modi hii kati ya vipindi vya kupokea/kusambaza data. Njia zote zinajumuisha mizunguko, na kila mzunguko utakuwa na vipindi vya usingizi na vipindi vya kusikiliza. Kiwango cha juu cha matumizi ya nishati kitakuwa kwenye usambazaji na upokeaji wa data. Yaani, moja ya chaguzi za kupunguza matumizi ya nishati itakuwa kubadili sensor kutoka kwa hali ya kazi hadi hali ya kulala, wakati matumizi ya nishati ni ndogo;

2) katika mitandao ya sensorer kwa kutumia teknolojia ya ZigBee, inawezekana kubana habari kabla ya kuituma. Wakati huo huo, muda wa maambukizi ya data umepunguzwa, kifaa yenyewe hupunguza muda wake juu ya hewa na, kwa kawaida, hutumia nishati kidogo kwa kupeleka pakiti ya data. Codecs zinahitajika kwa ukandamizaji wa moja kwa moja. Matumizi ya codecs hukuruhusu kupunguza matumizi ya nishati kwa kukandamiza habari iliyopitishwa. Kupunguza kiasi cha data inayotumwa kutapunguza matumizi ya nishati.

3) kiasi cha nishati kinachotumiwa kitategemea vile vile topolojia ya mtandao iliyochaguliwa. Nishati hutumiwa zaidi katika topolojia ya mesh kutokana na ukweli kwamba kila nodi ya mtandao huwasiliana mara nyingi zaidi, na, kwa hiyo, iko katika hali ya kufanya kazi zaidi.

Mchele. 7. Jumla ya idadi ya pakiti kwenye mtandao za P = 50

Mchele. 8. Jumla ya idadi ya pakiti kwenye mtandao kwa E = 50

Gharama ya chini ya nishati hutokea wakati wa kutumia topolojia ya miti ya nyota au nguzo kwa sababu katika topolojia hizi waratibu wameunganishwa moja kwa moja kwenye mtandao uliowekwa.

Kiungo cha Bibliografia

Achilova I.I., Glushak E.V. UTAFITI WA MITANDAO YA SENSOR BILA WAYA // Jarida la Kimataifa la Utafiti Uliotumika na wa Msingi. - 2018. - No. 5-1. - ukurasa wa 11-17;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=12208 (tarehe ya ufikiaji: 04/26/2019). Tunakuletea magazeti yaliyochapishwa na shirika la uchapishaji "Chuo cha Sayansi ya Asili"