2015年2月14日

高精度音效卡計時器的擴充板

學生的專題研究上,常常需要一些做一些和時間有關係的測量和紀錄,比方說測物體的速度或是聲速啦、週期、重力加速度值、顏色變化週期、震波...等等,可是該怎麼作呢?

其實有太多中小學科展和國際科展的作品都有作這方面的研究,那就是利用電腦音效卡來作這件事,也就是麥克風插孔(或是line in孔)。

簡單的說,麥克風接收聲波轉成電壓變化,音效卡接收這些電壓變化,然後就能夠變回聲音,或是紀錄呈現那些「波動」。前幾篇寫了好幾篇「示波器」的應用,也就是這麼一回事。如果要讓音效卡偵測光線、振動等,就只要更換感測器就行(這篇底下的感測器與應用有提一些)。



其實我前幾年看人家科展作品之後,也跟著做了一些應用,不過一直到看到傅學海老師這篇《音效卡高精度計時器之拓展》之後,我才發現原來還可以有更多應用。

怎麼說呢?音效卡的輸入有左右兩聲道,以前做這個《雙頻脈搏計》的時候,是讓兩個聲道,各自連一個紅外線接收器,這樣可以同時偵測兩個訊號。還有以前弄那個測神經電位的Spikerbox時,也是可以用兩個聲道接兩個Spikerbox來測「神經束的傳導速度」。

其實兩個聲道不是只能接兩個感測器的,傅老師的文章提醒了我,原來單獨一個聲道,就可以並聯多個感測器。這就像是你要測一個跑者的跑步速度時,你可以在跑道邊安排5個計時人員。當槍聲響時,五個計時人員同時按下碼表,當跑者通過計時人員面前時,計時人員就按停。這麼一來,就可以計算出四個區間的速度了。相對來說,如果只是一個聲道接一個感測器,那也才兩個感測器而已,頂多測出一個區間的速度。

單獨一個聲道要並聯多個感測器,如果每個感測器都要焊接到立體聲接頭,然後換一個感測器,又要焊一個新的,那不就很麻煩嗎?

因為最近一直跟電路板玩耍,所以就想出了一個「高精度音效卡計時器的擴充板」的作法。
叫「高精度」是因為音效卡的取樣頻率可以到44.1 kHz甚至到96 kHz,如果是44.1kHz,就是每秒紀錄 44100次,對於一般測量聲速或是重力加速度值都是足夠的。

叫做擴充板又是怎麼回事呢?我的目的是「模組化」做出這樣的裝置。

有以下特點:
  1. 各種感測器可以直接插入母對母的杜邦端子線,不需要焊接,如果要延伸長度(例如測量聲速,兩感測器的距離拉1公尺的話),則可以用其他公對公或公對母的杜邦端子線繼續延伸。
  2. 每個聲道的擴充座有十多個,同時插入多個感測器是很方便的。
  3. 擴充板的接頭是用立體聲接頭,換不同接線就可以連接電腦、平板或是手機


音效卡計時器擴展板


材料很簡單,只要排針很多根、立體聲母座、電木板(洞洞板)
音效卡計時器擴展板2



至於板子底下的線怎麼接呢?就是這樣。
圖示

做完之後發現,未來再做的話,可以跟這個示波器的保護電路結合在一起,然後再加一個切換開關來決定訊號要不要走那個保護電路。之後我再來用Eagle設計個電路板送工廠打樣吧,這樣做出來比較漂亮,而且不用底下再走線。

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