Сигнал времени. Определить наличие импульсов и их длительность

Я хочу определить точное время сигнала от FM-радиостанции. Сигнал передается в виде 5 коротких импульсов и одного длинного. Моя задача-определить наличие импульса в потоке аудиоданных и его продолжительность. Понятно, что сигнал принимается радиоприемником, а затем аудиосигнал подается на микроконтроллер atmega. Длительность импульса колеблется в диапазоне 100 ... 560 мс

Как можно контролировать появление этих импульсов с помощью микроконтроллера, а также определять их продолжительность? Ниже приведен пример компьютерной обработки. То же самое требуется реализовать и на микроконтроллере.

1. У меня есть эталонный записанный сигнал в формате WAV. Этот записанный сигнал с выхода радиоприемника содержит как речь говорящего, так и музыку, а также сигнал точного времени:

2. Я знаю, что сигнал времени центрирован на частоте 1 кГц, поэтому примените фильтрацию к этому сигналу. Фильтр имеет следующую частотную характеристику:

Сигнал после фильтра выглядит так:

3. Осталось применить пороговое устройство и выбор длительности. Однако я делаю все это в аудиоредакторе, чтобы понять происходящие процессы. На самом деле мне нужно реализовать это на arduino, поэтому я очень надеюсь на ваши советы, потому что я не знаю, как реализовать фильтр на arduino для одной частоты, и я также не знаю, как сделать детектор импульсов и измеритель его параметров.

Ниже приведен результат гомодина, метода, предложенного в комментариях. По тестовому сигналу алгоритм смог идентифицировать необходимые импульсы! Осталось написать скетч, где есть порог обнаружения и определение длительности! Мне удалось написать условие, при превышении порога светодиод включается, а в противном случае гаснет. Но я еще не знаю, как определить продолжительность ...

Добавлено через несколько дней:

Мне удалось собрать всю конструкцию, скетч ниже делает следующее:

1. Прослушивает аудиосигнал, поступающий на аналоговый вход arduino от радиоприемника на микросхеме RDA5807M, через усилитель на одном транзисторе, который обеспечивает усиление сигнала и смещение в положительный диапазон.

2. Выполняет гомодинную обработку: выбирает только сигнал с частотой 1 кГц, все остальные частоты подавляются

3. Выбирает оптимальный порог обнаружения для нахождения точного времени сигнала частотой 1 кГц на фоновом уровне.

4. Вычисляет длительность каждого импульса

5. Находит точное время по последнему импульсу с помощью формулы пересчета.

Таким образом, в данный момент я получаю точную цифру времени на мониторе последовательного порта.

Но конечный результат, который я хочу получить,-это установка результирующей цифры на семисегментном дисплее. Посмотрев скетчи его работы, я обнаружил, что там постоянно обрабатываются значения в цикле, что опять же замедляет работу микроконтроллера, но для меня это неприемлемо. Как я понимаю, нужно написать отдельную функцию, в которую вы передаете значение часа и устанавливаете это значение на индикаторе только один раз в час. Но я не знаю, как это реализовать. Я прошу о помощи!

/ * Последнее редактирование 25 января 2021 года.
   Обнаружение гомодинного сигнала 1 кГц

  Эта программа непрерывно дискретизирует аналоговый вход A0 и использует гомодинную
схему обнаружения для идентификации сигнала на частоте 1 кГц (+/- 24 Гц при -3 дБ).

  Аналого - цифровой преобразователь установлен в "режим свободного хода" и принимает одну выборку каждые 104 мкс.
  Отсчеты умножаются на два генерируемых сигнала 1 кГц ("локальный генератор") в квадратуре друг к другу.
  Затем продукты фильтруются нижними частотами с постоянной времени 64 периода дискретизации (6,656 мс),
что дает сигналы (I, Q) с полосой пропускания 24 Гц.
  Наконец, сила сигнала вычисляется как I ^ 2 + Q ^ 2.

  Программа предназначена для Arduino Uno и, вероятно, будет работать на любом Arduino на базе AVR,
имеющем АЦП и работающем на частоте 16 МГц.

  Подробное объяснение см.
в разделе http://arduino.stackexchange.com/a/21175

  Автор: 2016 Edgar Bonet Orozco.
* /


// Вот все, что связано с параметрами приемника RDA5807M:
#include <Wire.h>

#define RDA5807M_RANDOM_ACCESS_ADDRESS 0x11
// регистры
#define RDA5807M_REG_CONFIG 0x02
#define RDA5807M_REG_TUNING 0x03
#define RDA5807M_REG_VOLUME 0x05
#define RDA5807M_REG_RSSI 0x0B
// флаги
#define RDA5807M_FLG_DHIZ 0x8000
#define RDA5807M_FLG_DMUTE 0x4000
#define RDA5807M_FLG_BASS 0x1000
#define RDA5807M_FLG_ENABLE word (0x0001)
#define RDA5807M_FLG_TUNE word (0x0010)
// маски
#define RDA5807M_CHAN_MASK 0xFFC0
#define RDA5807M_CHAN_SHIFT 6
#define RDA5807M_VOLUME_MASK word (0x000F)
#define RDA5807M_VOLUME_SHIFT 0
#define RDA5807M_RSSI_MASK 0xFE00
#define RDA5807M_RSSI_SHIFT 9

uint8_t volume = 7; // 0..15
uint16_t freq = 938; // 107.3 FM
uint16_t reg02h, reg03h, reg05h, reg0Bh;
// Конец приемника

unsigned long startTime; // Turn on two timers, this
unsigned long elapsedTime; // and this one
int threshold = 300; // Установите максимальный уровень шума
boolean timing = false; // Я не знаю...


#include <util / atomic.h>

// Используемый аналоговый вход должен находиться в диапазоне от A0 до A5.
const uint8_t analog_in = 0;

// Частота, которую мы хотим определить, в Гц.
const float SIGNAL_FREQ = 1000.0;

// Биты времени.
const float SAMPLING_FREQ = F_CPU / (128 * 13.0); // 9.615 кГц
const long PHASE_INC = round (SIGNAL_FREQ / SAMPLING_FREQ * (1L << 16));
const int LOG_TAU = 6; // tau = 64 / SAMPLING_FREQ = 6,656 мс

// Установите АЦП в постоянный режим преобразования "free running mode"
static void configure_adc ()
{
  ADMUX = _BV (REFS0) // ref = AVCC
           | _BV (ADLAR) // левая настройка результата
           | analog_in; // входной канал
  ADCSRB = 0; // режим свободного хода
  ADCSRA = _BV (ADEN) // включить
           | _BV (ADSC) // начать преобразование
           | _BV (ADATE) // автоматическое включение триггера
           | _BV (ADIF) // очистить флаг прерывания
           | _BV (ADIE) // включить прерывание
           | 7; // прескалер = 128
}

// Демодулированные (I, Q) амплитуды.
volatile int16_t signal_I, signal_Q;

// Interrupt handler is called every time the ADC is ready to read.
ISR (ADC_vect)
{
  // Считайте АЦП и преобразуйте его в число со знаком.
  int8_t sample = ADCH - 128;

  // Обновить фазу локального генератора.
  static uint16_t phase;
  phase + = PHASE_INC;

  // Умножить отсчеты на квадратные волны в квадратуре.
  int8_t x = sample;
  if (((phase >> 8) + 0x00) & 0x80) x = -1 - x;
  int8_t y = sample;
  if (((phase >> 8) + 0x40) & 0x80) y = -1 - y;

  // Фильтр нижних частот первого порядка.
  signal_I + = x - (signal_I >> LOG_TAU);
  signal_Q + = y - (signal_Q >> LOG_TAU);
}

/ * Return the power reading. * /
static uint16_t get_power_reading ()
{
  int16_t I, Q;
  ATOMIC_BLOCK (ATOMIC_RESTORESTATE) {
    I = signal_I;
    Q = signal_Q;
  }
  return sq ((int8_t) (I >> LOG_TAU)) + sq ((int8_t) (Q >> LOG_TAU));
}


// *********************************************** ***********************
void setup ()
{
  configure_adc ();
  Serial.begin (9600);

  // Пуск приемника:
  Serial.begin (9600);
  Wire.begin ();
  // Register 02h - включить, настройки
  reg02h = RDA5807M_FLG_ENABLE | RDA5807M_FLG_DHIZ | RDA5807M_FLG_DMUTE;
  setRegister (RDA5807M_REG_CONFIG, reg02h);

  // И тогда мы решили еще больше усилить бас: (Мне это не нужно, мне нужно как-то его убрать)
  reg02h | = RDA5807M_FLG_BASS;
  setRegister (RDA5807M_REG_CONFIG, reg02h);

  // Register 03h - выбор радиостанции
  // После сброса в регистре 03h значение по умолчанию равно 0
  // Таким образом, ДИАПАЗОН = 00 (87..108 МГц), ШАГ = 00 (100 кГц). Давайте оставим их такими, какие они есть
  reg03h = (freq - 870) << RDA5807M_CHAN_SHIFT; // chan = (freq - band) / space
  setRegister (RDA5807M_REG_TUNING, reg03h | RDA5807M_FLG_TUNE);
// Регистрация 05ч. Установите громкость, не меняйте остальные ритмы
  reg05h = getRegister (RDA5807M_REG_VOLUME); // Считайте текущее значение
  reg05h & = ~ RDA5807M_VOLUME_MASK; // Сброс битов
  reg05h | = volume << RDA5807M_VOLUME_SHIFT; // Установка нового тома
  setRegister (RDA5807M_REG_VOLUME, reg05h);
  // Конец приемника:
}

void loop ()
{
  // Печать показаний мощности каждые 8 мс.
  static const uint16_t print_period = 8;
  static uint16_t last_print;
  uint16_t now = millis ();
  if (now - last_print> = print_period) {
    //Serial.println (get_power_reading ()); // Постройте график, по которому можно определить оптимальный порог
    // Если сигнал превысил пороговое значение, начните синхронизацию:
    if (get_power_reading ()> threshold &&! timing)
    {
      startTime = millis ();
      timing = true;
    }
    // Если сигнал ниже порогового значения, остановите обратный отсчет и отобразите количество пройденного времени - длительность импульса:
    if (get_power_reading () <= threshold && timing)
    {
      elapsedTime = millis () - startTime;
      timing = false;
      //Serial.println(Истекшее время);
      if (elapsedTime> = 80 && elapsedTime <= 580)
      {
        int h = floor ((elapsedTime - 100) / 20); // Получаем время в часах, но импульсов 6, но нужен только последний.
        //Serial.println(h);
        // "valround" --- Округление до ближайшего целого числа,
        // "floor (x)" --- Округлить до целого числа
        if (h> = 1 && h <= 24) // Если время определено как ненормальное, выходящее за разумные пределы, то просто забудьте об этом:
        {
          Serial.println ("Exact time:");
          Serial.print (h);
          Serial.println (": 00");
        }
      }
    }
    last_print + = print_period;
  }
}


// Receiver start:
void setRegister (uint8_t reg, const uint16_t value) {
  Wire.beginTransmission (0x11);
  Wire.write (reg);
  Wire.write (highByte (value));
  Wire.write (lowByte (value));
  Wire.endTransmission (true);
}

uint16_t getRegister (uint8_t reg) {
  uint16_t result;
  Wire.beginTransmission (RDA5807M_RANDOM_ACCESS_ADDRESS);
  Wire.write (reg);
  Wire.endTransmission (false);
  Wire.requestFrom (0x11, 2, true);
  result = (uint16_t) Wire.read () << 8;
  result | = Wire.read ();
  return result;
}
// конец приемника