Zero crossing что это
zero crossing
1 zero crossing
переход через нуль
пересечение нулевого уровня
—
[Л.Г.Суменко. Англо-русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.]
Тематики
Синонимы
проход через нуль
—
[В.А.Семенов. Англо-русский словарь по релейной защите]
Тематики
прохождение через нуль
—
[Я.Н.Лугинский, М.С.Фези-Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо-русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.]
Тематики
2 zero-crossing
переход через нулевое значение
—
[Я.Н.Лугинский, М.С.Фези-Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо-русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.]
Тематики
3 zero crossing
pelican crossing — пешеходный переход «пеликан»
zebra crossing — пешеходный переход типа «зебра»
4 zero crossing
5 zero crossing
6 zero crossing
7 zero-crossing
8 zero crossing
9 zero-crossing
10 zero crossing
11 zero crossing
12 zero crossing
13 zero crossing
14 zero crossing
15 zero crossing
16 zero crossing
17 zero crossing
18 zero crossing
19 zero crossing
20 zero crossing
См. также в других словарях:
Zero crossing — is a commonly used term in electronics, mathematics, and image processing. In mathematical terms, zero crossing basically means the changing of sign (e.g. from positive to negative), that is represented with a crossing of the axis (zero value) in … Wikipedia
zero crossing — nulio perėjimas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. zero crossing; zero passage vok. Nulldurchgang, m rus. проход через нуль, m; прохождение через нуль, n pranc. passage par zéro, m … Radioelektronikos terminų žodynas
Zero-crossing rate — The zero crossing rate is the rate of sign changes along a signal, i.e., the rate at which the signal changes from positive to negative or back. This feature has been used heavily in both speech recognition and music information retrieval and is… … Wikipedia
Zero Crossing Rate — Le Zero Crossing Rate (souvent utilisé sous sa forme abrégée ZCR) est le taux de changement de signe d un signal. Le ZCR a beaucoup été utilisé en reconnaissance de la parole et en Recherche d information musicale. Il est défini par: où s est un… … Wikipédia en Français
Zero crossing threshold detector — A zero crossing threshold detector is an electronic circuit that consists of an operational amplifier with an input voltage at its positive input (see circuit diagram). Often used in conjunction with other circuit elements, it usually functions… … Wikipedia
zero passage — nulio perėjimas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. zero crossing; zero passage vok. Nulldurchgang, m rus. проход через нуль, m; прохождение через нуль, n pranc. passage par zéro, m … Radioelektronikos terminų žodynas
Crossing number (graph theory) — A drawing of the Heawood graph with three crossings. This is the minimum number of crossings among all drawings of this graph, so the graph has crossing number cr(G) = 3. In graph theory, the crossing number cr(G) of a graph G is the… … Wikipedia
Crossing number (knot theory) — In the mathematical area of knot theory, the crossing number of a knot is the minimal number of crossings of any diagram of the knot. It is a knot invariant. By way of example, the unknot has crossing number zero, the trefoil knot three and the… … Wikipedia
Reconstruction from zero crossings — The problem of reconstruction from zero crossings can be stated as: given the zero crossings of a continuous signal, is it possible to reconstruct the signal (to within a constant factor)? Worded differently, what are the conditions under which a … Wikipedia
passage par zéro — nulio perėjimas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. zero crossing; zero passage vok. Nulldurchgang, m rus. проход через нуль, m; прохождение через нуль, n pranc. passage par zéro, m … Radioelektronikos terminų žodynas
Evenness of zero — The number 0 is even. There are several ways to determine whether an integer is even or odd, all of which indicate that 0 is an even number: it is a multiple of 2, it is evenly divisible by 2, it is surrounded on both sides by odd integers, and… … Wikipedia
Power-line communication. Часть 3 — Основные блоки устройства
Во второй части статьи мы начали знакомиться с основными блоками устройства для передачи данных по PLC. Это будет заключительная часть статьи, которая касается описания железа.
Осталось разобраться, что такое ZC детектор, на примере одной из его возможных реализаций. Посмотрим, как можно реализовать ”входную” и ”выходную” сигнальные цепи, и как их подключить к сети 220 В.
В статье не рассматриваются какие-либо серьёзные темы в области PLC. Как и в первых двух частях, кратко описываются блоки устройства и их взаимодействие. Темы выстроены так, чтобы у новичка примерно выстроилась общая картина простейшего PLC устройства. Также повествование касается множества сложных тем, которые не раскрываются. Поэтому в конце постарался оставить побольше ссылок.
Zero cross детектор
Как говорилось ранее, передающие и принимающие устройства синхронизируются между собой с помощью отдельного блока — zero cross детектора.
Передающее устройство, отправляет подготовленный кадр данных по одному биту за один синхросигнал из ZC детектора. Физически это значит, что за один синхросигнал из ZC детектора генерируется один полезный сигнал определённой частоты, которым кодируется один бит.
В электросетях с частотой 50 Гц, синусоида напряжения пересекает ноль 100 раз в секунду.
Есть несколько вариантов исполнения ZC детектора. Ниже я покажу пример реализации на оптопаре.
Начнём с конца схемы — сначала представим, как сигнал с ZC детектора попадает на контроллер.
На картинке схема с подтягивающим “pull-up” резистором и ключом. При замыкании ключа, на вход МК будет подаваться логический 0, а при размыкании ключа, “pull-up” резистор будет подтягивать напряжение на входе МК до логической единицы.
На место “ключа” ставим оптрон. Оптрон (оптопара) — это простой элемент, в котором с одной стороны светодиод, а с другой фототранзистор.
При подаче напряжения на светодиод, фототранзистор будет пропускать ток. Оптрон также служит гальванической развязкой между сетью 220 В и цифровой частью схемы.
Остается только подавать на светодиод переменное напряжение из сети 220 В, но перед этим его необходимо “выпрямить” и уменьшить до приемлемого уровня, который выдержит светодиод оптопары.
Для выпрямления можно использовать smd мостовой выпрямитель.
После выпрямления на фотодиод пойдёт пульсирующее с удвоенной частотой напряжение от 0 до 310 В. Разумеется диод не выдержит такого размаха напряжения, поэтому после мостового выпрямителя поставим сопротивление.
Номинал сопротивления можно вычислить исходя из характеристик фотодиода в оптопаре
В datasheet на оптопару пишут максимальный ток, на который рассчитан фотодиод, исходя из этого нужно выбрать сопротивление с расчётом на 310 В. Чтобы резистор не перегрелся, можно вместо одного последовательно поставить несколько резисторов для эффективного отвода тепла (это особенно полезно если у вас SMD резисторы).
Из datasheet на PLC817
SMD резисторы типоразмера 1210 выдерживают рассеивание до 0.5 Вт мощности. Максимальный постоянный ток, который мы может пропускать при 310 вольт равен 0.5/310 = 0.00161 А. С учетом, того что у нас пульсирующее напряжение, округлим до 0.002 А (2 мА). Этого тока достаточно, чтобы «ключ замыкался». Номинал сопротивления при этом равен 310/0.002 = 155000 Ом. Итог: ставим последовательно три SMD резистора, типоразмером 1210, номиналом 51 кОм каждый.
В итоге, схема ZC детектора выглядит примерно так.
Теперь микроконтроллеры PLC устройств, подключенных к одной фазе могут синхронизироваться между собой с помощью сигнала на ножке «ZC input » из такого ZC детектора.
Схема согласования сигнальных цепей с линией 220 В
Схема согласования закрывает собой компоненты “входной” и “выходной” цепей. “Входная” и “выходная” сигнальные цепи обычно выполнены на микросхемах усилителях, которые питаются небольшим постоянным напряжением (3-12 В). Подключить их напрямую к 220 В не получится.
Из электросети должны проходить только высокочастотные сигналы. Основная гармоника 50 Гц, на которой передаётся электроэнергия, не должна попасть в сигнальные цепи устройства. Также в этой схеме обычно располагается защита от скачков напряжения и перегрузок.
Эта часть схемы принимает различный вид в разных “datasheet” на готовые PLC микросхемы. Опишем минимально работоспособный вариант.
Для первых опытов
Можно взять ферритовое кольцо типа “17,5×8,2×5 М2000Н”, есть в любом магазине электроники. Провод МГТФ наматываем сразу 3 обмотки в 20 витков.
Конденсатор плёночный из серии MKP или любой аналогичный, который выдерживает от 220 В переменки (с запасом).
Для отсечения ненужных низкочастотных гармоник ставится конденсатор, который выдержит 220 В. После него, для гальванической развязки и также фильтрации, высокочастотный трансформатор. Трансформатор можно сделать с отдельными обмотками для “входной” и “выходной” цепей (как на изображениях) или использовать одну обмотку на «вход»/»выход».
Для защиты усилителей от импульсных перенапряжений можно поставить защитные диоды (супрессоры) и/или варисторы с предохранителем. Тема защиты устройства от электрических неприятностей довольно обширная, в этой статье не рассматривается. Но забывать про это не стоит.
Варианты схемы согласования можно подглядеть в готовых решениях различных фирм, выпускающих PLC микросхемы. Каждая схема согласования разрабатывается под ”входные”/”выходные” усилители, используемые в этих решениях.
”Входная” цепь — измерение полезного сигнала
”Входная” цепь должна выполнить как минимум две задачи:
отфильтровать грубый входящий сигнал, срезав все лишнее;
после этого усилить сигнал до приемлемого уровня, подходящего для измерения и оцифровки с помощью ЦАП микроконтроллера.
Фильтрация
Существует большое разнообразие вариантов исполнений фильтров. В нашем случае подойдёт простой пассивный полосовой фильтр. При узкополосной передаче можно грубо отсечь ненужные частоты сверху и снизу. Фильтр нужно рассчитываем так, чтобы наши рабочие частоты попадали по центру полосы пропускания и меньше всего срезались.
В самом простом случае можно особо не заморачиваться с фильтром, так как в линиях электропередач запросто могут быть шумы с частотами близкими к полезным. Нам просто нужно примерно совместить полосу пропускания фильтра с “полезной” полосой частот, срезав все сверху и снизу. Остальное можно решить программным путём.
Важно помнить, что элементы пассивного фильтра изготавливаются с большими погрешностями и характеристики сильно завязаны на температуру. Поэтому при расчетах нужно оставлять небольшой запас с учётом этих погрешностей и влияния температуры.
Усиление
Амплитуду сигнала нужно поднять до приемлемой для измерений и оцифровки. В этом помогут операционные усилители (ОУ), которых на рынке огромное количество, и про которые написано тонны статей.
Ссылки на статьи про операционные усилители и их про каскадное подключение оставил в конце статьи.
”Выходная” цепь — генерация полезного сигнала
Задача ”выходной” цепи — фильтровать и усиливать сигнал из ЦАП микроконтроллера.
Микроконтроллер по специальному алгоритму генерирует полезный сигнал, нужной длительности и частоты, соответствующей передаваемому символу. На выходе из ЦАП у нас получается просто болванка “полезного сигнала”, угловатая, примерно похожая на синусоиду, но (самое главное!) нужной нам частоты.
Далее сигнал сглаживается фильтром и отправляется в аналоговую часть схемы (усилитель и схема согласования с 220 В).
Можно подумать, что форма сигнала не особо важна при кодировании, так как преобразование Фурье всё равно может вычленить основную гармонику “полезного сигнала”, отбросив всё лишнее. Но чем сигнал ближе по форме к синусоиде, тем меньше энергии мы будем тратить “в пустоту”, просто добавляя высокочастотный шум в сеть. И выходной усилитель будет работать стабильнее. Как уже говорилось — на входе важна лишь основная гармоника сигнала. Остальные гармоники — это шум.
Так как мощности сигнала на выходе ЦАП микроконтроллера недостаточно для отправки его напрямую в линию электропередач, после ЦАП нам обязательно нужен внешний усилитель.
При выборе усилителя разбегаются глаза. Не буду рассказывать про всё многообразие, но подскажу вариант для ленивых, как я. Можно использовать одну из готовых микросхем для усиления аудио сигналов в аудиоплеерах. Мощность у них обычно не большая — около 1W.
Гуглить их можно по фразе “audio amplifier btl 1w”. Но тут нужно учесть, что они обычно рассчитаны на аудио сигналы до 20 кГц, и производитель не рассчитывал, что их будут использовать в PLC модеме. Есть модели, которые хорошо усиливают частоты до 100-150 кГц, и обычно в datasheet об этом не пишут.
они очень удобны тем что там встроенная стабилизация сигнала;
хватает однополярного питания — не надо париться с блоком питания.
во включенном состоянии из-за обратной связи съедают входящий сигнал, поэтому усилитель надо “выключать”, когда устройство в режиме прослушивания (приёма);
большой минус — это их незащищённость от импульсных помех в электросети. Сгорают мгновенно. Но от этого можно спастись, поставив на выходе усилителя супрессоры, что-то наподобие “P4SMAJ5.0A” или аналогичный.
Примерно так выглядит усиление с однополярным питанием.
Также нужно не забыть на выходе усилителя ставить конденсатор, чтобы отсечь постоянную составляющую сигнала.
Итого
Во второй и третей частях мы коротко пробежались по основным блокам простейшего PLC устройства, создали общую картину их взаимодействия. Так как затрагиваемых тем очень много и они дольно глубокие, подробнее осветить их в статье не получилось (да и я в них не специалист). Для более серьезного изучения есть специализированная литература. Но новичку иногда сложно понять в какую сторону копать. Поэтому конце оставил много ссылок на различные обзорные статьи по связанным темам.
В следующей части статьи планировал на примерах показать, как можно программно генерировать синус нужной частоты для ЦАП в STM32. И заодно как обработать приходящий на АЦП сигнал и выяснить наличие в нём нужных гармоник (частот) полезного сигнала.
zero crossing
переход через нуль
пересечение нулевого уровня
—
[Л.Г.Суменко. Англо-русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.]
Тематики
Синонимы
проход через нуль
—
[В.А.Семенов. Англо-русский словарь по релейной защите]
Тематики
прохождение через нуль
—
[Я.Н.Лугинский, М.С.Фези-Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо-русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.]
Тематики
Смотреть что такое «zero crossing» в других словарях:
Zero crossing — is a commonly used term in electronics, mathematics, and image processing. In mathematical terms, zero crossing basically means the changing of sign (e.g. from positive to negative), that is represented with a crossing of the axis (zero value) in … Wikipedia
zero crossing — nulio perėjimas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. zero crossing; zero passage vok. Nulldurchgang, m rus. проход через нуль, m; прохождение через нуль, n pranc. passage par zéro, m … Radioelektronikos terminų žodynas
Zero-crossing rate — The zero crossing rate is the rate of sign changes along a signal, i.e., the rate at which the signal changes from positive to negative or back. This feature has been used heavily in both speech recognition and music information retrieval and is… … Wikipedia
Zero Crossing Rate — Le Zero Crossing Rate (souvent utilisé sous sa forme abrégée ZCR) est le taux de changement de signe d un signal. Le ZCR a beaucoup été utilisé en reconnaissance de la parole et en Recherche d information musicale. Il est défini par: où s est un… … Wikipédia en Français
Zero crossing threshold detector — A zero crossing threshold detector is an electronic circuit that consists of an operational amplifier with an input voltage at its positive input (see circuit diagram). Often used in conjunction with other circuit elements, it usually functions… … Wikipedia
zero passage — nulio perėjimas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. zero crossing; zero passage vok. Nulldurchgang, m rus. проход через нуль, m; прохождение через нуль, n pranc. passage par zéro, m … Radioelektronikos terminų žodynas
Crossing number (graph theory) — A drawing of the Heawood graph with three crossings. This is the minimum number of crossings among all drawings of this graph, so the graph has crossing number cr(G) = 3. In graph theory, the crossing number cr(G) of a graph G is the… … Wikipedia
Crossing number (knot theory) — In the mathematical area of knot theory, the crossing number of a knot is the minimal number of crossings of any diagram of the knot. It is a knot invariant. By way of example, the unknot has crossing number zero, the trefoil knot three and the… … Wikipedia
Reconstruction from zero crossings — The problem of reconstruction from zero crossings can be stated as: given the zero crossings of a continuous signal, is it possible to reconstruct the signal (to within a constant factor)? Worded differently, what are the conditions under which a … Wikipedia
passage par zéro — nulio perėjimas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. zero crossing; zero passage vok. Nulldurchgang, m rus. проход через нуль, m; прохождение через нуль, n pranc. passage par zéro, m … Radioelektronikos terminų žodynas
Evenness of zero — The number 0 is even. There are several ways to determine whether an integer is even or odd, all of which indicate that 0 is an even number: it is a multiple of 2, it is evenly divisible by 2, it is surrounded on both sides by odd integers, and… … Wikipedia
Использование краткосрочных характеристик в обработке речи
Ниже дан вольный перевод записи с сайта Sakshat Virtual Labs
Need for Short Term Processing of Speech
В статье содержится информация об одном из методов сбора характеристик речевого сигнала и о трех основных характеристиках, которые лежат в основе многих алгоритмов обработки звуковых сигналов и речи.
Большинство средств обработки сигналов работают в стационарных системах, т.е. подразумевают стационарный сигнал. Речь воспроизводится системой речевого тракта и потому она по своей природе нестационарна. Следовательно, обычные средства, которые применяются для обработки сигналов не подходят для обработки речи. Использование их напрямую нарушает лежащие в их основе предположения. И даже если слепо использовать их, результат все равно не будет иметь практического значения. Например, средство вычисление общей энергии фундаментальное в области обработки сигналов:
Предположим, что можно использовать эту формулу для вычисления энергии речи. Несомненно, это даст нам энергию, присутствующую в речевом сигнале. Однако, полученное значение ничего нам не даст. Причина в природе речи — мы знаем что она имеет меняющуюся во времени амплитуду и энергию, потому необходим инструмент, который предоставил бы информацию об изменениях энергии во времени.
Было предложено решение для обработки речи, которое заключалось в использовании уже известных методов из области обработки сигналов с их небольшой модификацией. То-есть используемые средства обработки все так же предполагали стационарный сигнал. Стационарным речевой сигнал получается, когда рассматривается небольшими блоками по 10-30мс. Следовательно, для обработки речи разными средствами обработки сигналов, она рассматривается в блоках по 10-30мс (дальше такой участок будем называть речевым сигналом). Такая обработка называется Краткосрочной Обработкой (Short Term Processing (STP)).
STP речи может выполняться во временной или частотной областях. Выбор области зависит от того, какую информацию мы хотим извлечь из речи. Например, такие параметры как short term energy, short term zero crossing rate и short term autocorrelation могут быть вычислены во временной области, а преобразования Фурье — могут быть вычислены в частотной области. Каждый из этих параметров дает какую-то информацию о речи, и может быть использован для обработки.
Short Term Energy
Назовем энергией абстрактную величину, которая характеризирует сигнал. Энергия речи изменяется во времени из-за своей природы и потому, для любой ее автоматической обработки важно знать как эта энергия изменяется во времени. По происхождению, речевой сигнал состоит из речевых/неречевых участков/тишины. Энергия участка с речью по своей величине больше энергии неречевого участка, в то время как энергия тишины близка к нулю. Таким образом характеристика short term energy может быть использована при классификации голосовых/неголосых участков по признаку присутствия речи или тишины.
Формулу для нахождения short-term energy можно вывести из формулы полной энергии определенной в области обработки сигналов. Там полная энергия сигнала вычисляется так:
где n — сдвиг в сэмплах. Поскольку изменения энергии в случае с речью незначительны, то считать short term energy с малым сдвим не имеет смысла. Потому чаще всего его задают равным или меньшим половине фрейма.
Последнее что стоит отметить на счет short-term energy это размер фрейма. Поскольку речь становится примерно стационарной в блоках от 10 до 30мс, обычно для фрейма выбирают размер 20мс. Если выбрать больший размер, мы получим более сглаженную картину энергии и можем не заметить как она изменяется.
Short Term Zero Crossing Rate (ZCR)
По природе речи сигнал изменяется со временем через несколько мсек. Для того чтобы получить какую-то информацию, ZCR необходимо вычислять на фреймах с все той же длительностью 10-30мс и сдвигом равным половине фрейма. Выше дан график обработки записанного предложения «she had your suit in your greasy wash water all year». На гласном звуке «s» значение характеристики значительно превышает значение на гласном «а».
Short Term Autocorrelation
где sw=s(m) w(n-m) — оконная версия s(n). В результате получаем short term autocorellation последовательность. Природа этой последовательности отличается для участков с речью и без неё.
И хотя тема автокорреляции совершенно не раскрыта, было бы неуместно не упомянуть о ней в разрезе этой темы.