Projet électronique : Capteur de son logiciel à base du PIC16F877 + Matlab + ISIS + MikroC

 

Projet électronique Capteur de son logiciel

 

Beaucoup d’entre vous posent des questions : Comment puis-je interfacer entre Matlab et ISIS ? Comment lire ou écrire dans la carte son de mon ordinateur (microphone ou haute parleur) par Matlab ? Comment afficher les données reçues en temps réel  de la carte son ?  Comment créer un port COM virtuel ou des liaisons virtuels entre mes outils de développement (Matlab & ISIS) ?

Pas de problème! Ce projet vous offres les outils nécessaires (code MikroC, script Matlab,   montage et logiciel gratuit pour ports virtuels) pour que vous puissiez développer vos applications vos même et booster votre esprit de créativité.

A la fin de cet article, vous trouverez un fichier RAR du projet complet à télécharger gratuitement !

N’hésitez pas  de poster un commentaire, une critique ou un encouragement de votre part 🙂

 

En peut résumé le projet en quatre étapes : 

  1. Lecture de la carte son par matlab
  2. Calcul d’une valeur à partir des échantillons acquis, cette dernière correspond  à l’intensité du son
  3. Transmettre l’intensité du son au microcontrôleur via la liaison UART
  4. Réception de la valeur par le microcontrôleur par la liasion UART, afficher la valeur sur LCD et allumer la LED en cas de dépassement de seuil.

Les paramètres de lecture de la carte son sont définit par le script matlab :

  • Période de lecture en seconde >>100ms (100ms est le temps nécessaire à matlab pour  faire l’acquisition et l’enregistrement des échantillons ), d’ou l’importance de choisi une période  largement supérieur à 100ms (T en seconde).
  • Fréquence d’échantillonnage Fs (HZ) : Ce paramètre dépend de votre carte son (8000, 11025, 22050, 44100, 48000 ou  96000 Hz)
  • Résolution ADC de la carte son de votre ordinateur en bits  : 12,16 ou 24 bits (nBits)
  • Nombre de canaux audio : 1 ou 2 , 1 pour mono et 2 pour stéréo.

Note : Si vous ne connaissez pas les paramètres de votre carte son ( résolution, fréquence) , vous pouvez choisir les valeurs max et matlab fera le travail à votre place (Fs=96000 et 24 bits de résolution) !

Les paramètres de la liaison série définit par le script matlab :

  • Vitesse de transmission : 110 baud, 300 baud, 1 200 baud, 2 400 baud, 4 800 baud, 9 600 baud, 19 200 baud, 38 400 baud, 57 600 baud ou 115 200 baud
  • Nombre de bits : 7 ou 8 bits

Note : Vous pouvez apporter des modifications sur la configuration de la  liaison série ( vitesse, nombre de bits), mais les paramètres doivent être les mêmes  dans le scipt matlab, code mikroc et le circuit d’émulation UART sur ISIS.

Les paramètres principales du projet sur MikroC :

  • Seuil de déclenchement : Ce paramètre défini la valeur minimale de l’intensité du sont qui induit l’allumage de la LED. La valeur du seuil dépend de la sensibilité du capteur. Si le seuil est trop faible, le capteur peut détecter des valeurs faibles du son
  • Vitesse de réception  en baud, doit être la même du celle configurée sur le script matlab.

 

 Comment calculer  l’intensité du son ?

Cette mesure correspond à la variance de la tension absolue acquise par  la carte son pendant une période T. C’est une mesure classique  pour évalue le changement de l’intensité du son. Vous pouvez utilisez  d’autres mesures statistiques ou effectuez des post-traitements (débruitage, filtrage numérique,…) sur le son avant de calculer la valeur de l’intensité.

Schéma électronique  du projet

Montage projet électronique Capteur de son logiciel

Mode de fonctionnement :

  • Télécharger le fichier RAR du projet (en bas de l’article)
  • Installer le logiciel de création des ports COM virtuel
  • Allez dans périphérique==> Créer puis sélectionnez un périphérique de type “pair” et suivez les instructions
  • Click sur Démarrer l’émulation
  • Exécuter le script matlab
  • Lancer le fichier ISIS et click sur lancer la simulation

 

 Important :

  • Si vous arrêtez la simulation sur ISIS vous devez relancer le fichier ISIS pour que la liaison UART sera prise en considération par l’émulateur
  • Le script matlab tourne en boucle ferme, pour arrêter  la simulation vous tapez sur l’espace workspace du matlab ” Ctrl+C” puis vous exécutez  le code en bas du script pour fermer le port série.
  • Vous pouvez ajuster les paramètres de votre carte son pour activer le microphone  ou tout simplement lire le son de  votre ordinateur (musique, vidéos, …).

Code MicroC du projet :

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%                   Capteur de son logiciel                   %%%%
%%%%           Microphone PC & PIC 16F sous ISIS & Matlab        %%%%
%%%%                          06/04/2015                         %%%%
%%%%               https://www.electronique-mixte.fr              %%%%
%%%%          https://www.facebook.com/ElectroniqueMixte         %%%%
%%%%                                                             %%%%
%%%%                                                             %%%%
%%%%      Possibilités du projet                                 %%%%
%%%%                - Oscilloscope numérique (Fs=96KHz, 16 bits )%%%%
%%%%                - Capteur de son ultra sensible Gratuit !    %%%%
%%%%                - Surveillance temps réel                    %%%%
%%%%                - Reconnaissance de la parole                %%%%
%%%%                - Acquisition et traitement du signal        %%%%
%%%%                - ...                                        %%%%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

*/


// Fonction conversion d'un char en int(0-9 ou -1)
int CharToInt(unsigned char c)
{
  int n ;
  switch (c)
  {
         case '0':
              n=0;
              break;
         case '1':
              n=1;
              break;
         case '2':
              n=2;
              break;
         case '3':
              n=3;
              break;
         case '4':
              n=4;
              break;
         case '5':
              n=5;
              break;
         case '6':
              n=6;
              break;
         case '7':
              n=7;
              break;
         case '8':
              n=8;
              break;
         case '9':
              n=9;
              break;
         default :
             n=-1;
  }
  return n;
}

// Fonction calcul de x^y entière 
int powint(int base, int expon)
{
    int val =1;
    int i ;
    if (expon==0) val = 1;
    else
    {
        for(i=0;i<expon;i++)
          val=val*base;
    }

    return val;

}

// Connexions LCD
sbit LCD_RS at RD0_bit;
sbit LCD_EN at RD1_bit;
sbit LCD_D4 at RD2_bit;
sbit LCD_D5 at RD3_bit;
sbit LCD_D6 at RD4_bit;
sbit LCD_D7 at RD5_bit;

sbit LCD_RS_Direction at TRISD0_bit;
sbit LCD_EN_Direction at TRISD1_bit;
sbit LCD_D4_Direction at TRISD2_bit;
sbit LCD_D5_Direction at TRISD3_bit;
sbit LCD_D6_Direction at TRISD4_bit;
sbit LCD_D7_Direction at TRISD5_bit;


const int                  UARRT1_Baud =2400;           //Vitesse UART1
const int                  Taille = 12;

unsigned char              SoundStr[Taille];
unsigned char              SoundStrTmp[Taille];
unsigned char              LCD_Clear[]="      ";        // Text pour Effacer LCD

int                        Value=0;
const int                  Seuil=100;                    // Seuil de déclenchement
int                        SoundInt=0;
int                        i,j=0;

void main()
{
  // Déclaration des fonctions
  int CharToInt(unsigned char );
  int powint(int , int );
  
  // Initialisation des périphériques
  Lcd_Init();
  Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR);
  Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF);

  UART1_Init(UARRT1_Baud);
  delay_ms(100);
  
  ADCON1 = 0x07;                                        // PORTS en mode digital
  TRISA = 0xFF;                                         // PORTA en entrée
  TRISC = 0xFF;                                         // PORTC en entée
  TRISB = 0x00;                                         // PORTB en sortie
  TRISD = 0x00;                                         // PORTD en sortie
  
  PORTB = 0x00;
  
 do
 {
        if (UART1_Data_Ready() == 1)
        {
           UART1_Read_Text(SoundStr, "#", Taille);      // Lire le text jusqu'à trouvé le text "#"
           Lcd_Out(1,8,LCD_Clear);                      // Effacer LCD
           Lcd_Out(1,8,SoundStr);                       // Afficher le text sur LCD
           Lcd_Out(1,1,"Value :");
           
           /*Extraction de la valeur reçue (conversion String to int)
           
           Format de SoundStr (taille 12):
                              1- .C1..........         C1=('0'-'9') (.)='\0' Exp: SoundStr=" 1     "
                              2- .C1C2.......          Exp: SoundStr=" 12        ";
                              3- .C1C2C3.......        Exp: SoundStr=" 123       ";
                              4- .C1C2C3C4C5C6C7....   Exp: SoundStr=" 1234567       ";
           
                              
           Eexemple : si  SoundStr=" 478       " Après calcul SoundInt=478!! */

           SoundInt=0;
           j=0;
           
           for(i=Taille;i>0;i--)
           {
               Value=CharToInt(SoundStr[i]);
               
               if(Value<10 && Value>=0) 
               {
                    SoundInt = SoundInt +(CharToInt(SoundStr[i])*powint(10,j));
                    j++;
               }
           }
           
           //Alimenter La LED si l'in dépasse le Seuil
           if( SoundInt> Seuil) PORTB = 0x02;
           else   PORTB = 0x00;
           
           delay_ms(300);
           
        }
 } while(1);
}

Code Matlab :

clear all ;
close all ;
clc ;


% Paramètres du capteur du son (mécrophone)

Fs=48000;               % 8000, 11025, 22050, 44100, 48000 ou  96000 Hz.
Ts=1/Fs;
nBits=16;               % Résolution ADC carte son (12,16 ou 24 bits)
nChannels=2;            % Nobmre de cnnaus 1 (mono) 2 (stereo)
T=1;                    % Période d'acquisition
i=0;
t=0:Ts:T-Ts;            % Vecteur temps pour l'affichage temporelle

% Création d'un objet Audio
recObj = audiorecorder(Fs,nBits,nChannels);

% Paramètres de la liaison série (COM)
delete(instrfind);
pause(0.1);

BauValue=2400;          % Vitesse
NumBits=8;              % Nomble de bits

% Création d'un objet Serial Port
s = serial('COM1','BaudRate',BauValue,'DataBits', NumBits, 'Parity', 'none');

% Connexion du port

fopen(s);


while(1)

    % Début d'enregistrement
    recordblocking(recObj, T);

    % Stockage de l'audio dans la variable Y 
    Y = getaudiodata(recObj);

    % Moyenne de la valeur abs des deux canaux(son capté)
    Y_abs=abs(Y);
    Y0 = (Y_abs(:,1) + Y_abs(:,2))/2;

    % Calcul de l'intensité du son (variance)
    Y_var=sqrt(var(Y0));
    Sound_Value=round(Y_var*5e3)

    % Conversion de la valeur flottante en chaîne de caractère
    StrValue =int2str(Sound_Value);

    % Transfert de la valeur
    fprintf(s,StrValue);

    % Transfert du caratère (fin de transmission)
    fprintf(s,'#');

    % Affichage du signal acquis

    % La base de temps
    Tmin = 1e-3;
    Tmax = 10e-3;

    % Tension
    Vmin = -1e-4;
    Vmax =1e-1;


    % Affichage temporelle
    plot(t,Y);
    grid on;
    xlabel('Temps(s)');
    ylabel('Tension(V)');
    title('Entree Audio PC(Stereo)');

    %     xlim([Tmin+i*T Tmax+i*T]);
    %     ylim([Vmin Vmax]);


    % Mise à jour  de la période T
    i=i+T;
    t=t+i;
    %     wavwrite(Y,Fs,'audio.wav');   % Enregistrement sous format vav

end

% Destruction de l'objet (Port série)
    % Note :
        %     - Clrl+C : Arreter le programme
        %     - Executer le code si-dessus dans l'espace workspace
        %       pour détruire l'objet Serial

fclose(instrfind);
delete(s);
clear s;

Télécharger gratuitement le fichier du projet : Capteur de son logiciel à base du PIC16F877 + Matlab + ISIS + MikroC (Schéma ISIS + Code MikroC + Code matlab + Logiciel gratuit ) :

  1. Logiciel pour créer des ports COM virtuels
  2. Montage ISIS
  3. Programme MikroC
  4. Script Matlab

 

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