基于聲音信號檢測的來車識別裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了基于聲音信號檢測的來車識別裝置，包括聲音采集放大模塊、AD轉換模塊、信號分析處理模塊、后續控制模塊、電源模塊，電源模塊向聲音采集放大模塊、AD轉換模塊、信號分析處理模塊和后續控制模塊提供工作電源，聲音采集模塊將聲音信號轉化成模擬電壓信號輸出，輸出端連接AD轉換模塊的輸入端；AD轉換模塊將模擬電壓信號轉化成數字量輸出，AD采樣和轉換時刻受信號分析處理模塊控制；信號分析處理模塊判斷是否有汽車到來，控制AD轉換模塊進行AD轉換，信號分析處理模塊將指示信號輸出給后續控制模塊，執行相關操作。本發明尤其適用于車流量稀少、基礎設施比較差的區域，以及智能公路的前期建設研究等；可以對路燈進行智能控制，環保節能。
【專利說明】基于聲音信號檢測的來車識別裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于聲音信號檢測的來車識別裝置，屬于檢測領域。
【背景技術】
[0002]汽車作為一種現代交通工具，在日常生活中使用非常廣泛。而汽車來車檢測裝置可以應用于高速公路、收費站、停車車庫等地方用來統計車流量，還可以控制智能路燈等。傳統的交通檢測器是通過埋設喚醒線圈檢測器或在交通要道處裝設電視錄像機的方式進行信號采集。第一種方式的缺點是需要對道路進行重新施工鋪設，操作繁瑣；第二種方式則需要將數據和畫面傳送至控制中心進行分析處理，增加了通信設備，設計較為復雜。兩者的成本都很高。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于聲音信號檢測的來車識別
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[0004]基于聲音信號檢測的來車識別裝置，主要部分包括:聲音采集放大模塊、AD轉換模塊、信號分析處理模塊、后續控制模塊、電源模塊，電源模塊向聲音采集放大模塊、AD轉換模塊、信號分析處理模塊和后續控制模塊提供工作電源，
所述的聲音采集模塊主要由MIC和運算放大器組成，將聲音信號轉化成模擬電壓信號輸出，輸出端連接AD轉換模塊的輸入端；` 所述的AD轉換模塊將模擬電壓信號轉化成數字量輸出，AD采樣和轉換時刻受所述的信號分析處理模塊控制，轉換結果連接到信號分析處理模塊的輸入端；
所述的信號分析處理模塊利用檢測算法對輸入信號進行分析處理從而判斷是否有汽車到來，同時信號分析處理模塊輸出端與AD轉換模塊的控制輸入端相連，控制AD轉換模塊進行AD轉換，信號分析處理模塊根據分析結果將指示信號輸出給后續控制模塊；
后續控制模塊則根據輸入指示信號執行相關操作。
[0005]所述的檢測算法如下:每隔相同時間向AD轉換模塊輸出啟動轉換信號觸發AD轉換模塊開始采樣和轉換，AD轉換模塊轉換完成后將轉換結果發送給信號分析處理模塊，信號分析處理模塊將接收到的多個轉換結果合成一個離散聲音信號幀，信號分析處理模塊接下來計算出該幀信號的短時能量，然后將計算出的短時能量與前一幀短時能量進行做差比較，如果差值為正且大于某一設定閾值1，特征參數一計數加I ;如果差值為負且小于某一設定閾值2，特征參數二計數加I ;如果以上兩者都不滿足則特征參數三計數加I ;
由于有車到來時信號的短時能量會先變大后變小，特征參數一計數加I表示后面幀的短時能量相比于前面幀的短時能量增加，表示汽車駛來；特征參數二計數加I表示后面幀的短時能量相比于前面幀的短時能量減小，表示汽車駛離，特征參數三表示前后兩幀短時能量相差不多，屬于噪聲干擾造成，表示當前沒有汽車；
為了能夠準確的識別汽車到來并且對其他噪聲具有抗干擾能力，需要對三個特征參數進行判斷以得到分析結果，如果特征參數一計數加I則認為有車從遠處駛來，特征參數三的計數值無效，因此將特征參數三清零；如果特征參數二計數加I則認為有車向遠處駛離，特征參數三的計數值無效，因此將特征參數三清零；如果特征參數三大于設定閾值3則表示之前一段時間沒有汽車到來，此時特征參數一和特征參數二的計數結果均是由噪聲產生，為無效計數，因此需要清零來重新計數，同時特征參數三也清零來重新計數；最后，如果特征參數一大于設定閾值4且特征參數二大于設定閾值5則判斷有車到來，此時要將特征參數一、特征參數二、特征參數三全部清零重新計數，同時向后續控制模塊發出指示信號；若不滿足上述條件則不對3個特征參數進行修改，等待對下一幀進行分析處理。
[0006]所述的來車識別裝置的應用，控制路燈的開關。
[0007]所述的來車識別裝置的應用，進行道路車流量統計。
[0008]本發明的有益效果:提供了一種成本低、可靠性強的自主式車輛檢測器，尤其適用于農村公路、遠郊公路等車流量稀少、基礎設施比較差的區域，以及智能公路的前期建設研究等；進一步可以對路燈進行智能控制，環保節能，降低交通事故，提高行人的安全。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是本發明基于聲音信號檢測的來車識別裝置的結構示意圖；
圖2是信號分析處理模塊的算法流程圖；
圖3a是基于所述信號分析處理模塊算法的matlab軟件輸入離散聲音信號圖；
圖3b是基于所述信號分析處理模塊算法的matlab軟件聲音信號的短時能量圖；
圖3c是基于所述信號分析處理模塊算法的matlab軟件輸出指示信號圖；
圖3d是基于所述信號分析處理模塊算法的matlab軟件特征參數一圖；
圖3e是基于所述信號分析處理模塊算法的matlab軟件特征參數二圖；
圖3f是基于所述信號分析處理模塊算法的matlab軟件特征參數三圖。
【具體實施方式】
[0010]以下結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步的說明。
[0011]結合圖1說明本發明的結構。
[0012]聲音米集放大模塊由MIC和運算放大器組成,主要功能是將聲音信號轉化成模擬電壓信號輸出。
[0013]AD轉換模塊接收到信號分析處理模塊發出的啟動轉換信號后開始進行AD轉換，將轉換結果輸出給信號分析處理模塊。
[0014]信號分析處理模塊對接收到的離散聲音信號進行計算處理從而判斷是否有車到來。該模塊可以使用80C51或MSP430系列微處理器來實現，可以根據用戶的經濟能力和所處道路環境選擇不同類型的微處理器。同時如果所使用的微處理器有AD轉換功能，則可以使用其內部AD轉換模塊作為所述發明所述的AD轉換模塊。
[0015]信號分析處理模塊工作原理:
結合圖2說明信號分析處理模塊的工作原理。其每隔相同時間間隔向AD轉換模塊輸出啟動轉換信號觸發AD轉換模塊開始采樣和轉換。AD轉換模塊轉換完成后將轉換結果發送給信號分析處理模塊。信號分析處理模塊將接收到的多個轉換結果合成一幀離散聲音信號。信號分析處理模塊接下來計算出該幀信號的短時能量，然后將計算出的短時能量與前一幀短時能量進行做差比較，如果差值為正且大于某一設定閾值1，特征參數一計數加I;如果差值為負且小于某一設定閾值2，特征參數二計數加I ;如果以上兩者都不滿足則特征參數三計數加I。
[0016]由于有車到來時信號的短時能量會先變大后變小，特征參數一計數加I表示后面幀的短時能量相比于前面幀的短時能量增加，表示汽車駛來；特征參數二計數加I表示后面中貞的短時能量相比于前面巾貞的短時能量在減小，表示汽車駛離，特征參數三表示前后兩幀短時能量相差不多，屬于噪聲干擾造成，表示當前沒有汽車。
[0017]為了能夠準確的識別汽車到來并且對其他噪聲具有一定的抗干擾能力，需要對三個特征參數進行判斷以得到有無汽車到來的指示信號。如果特征參數一計數加I則將特征參數三清零，如果特征參數二計數加I則將特征參數三清零。如果特征參數三大于設定閾值3則表示之前一段時間沒有汽車到來，特征參數一和特征參數二的計數結果即均是由噪聲產生，為無效計數，因此需要清零來重新計數，同時特征參數三也清零來重新計數。這樣3個特征參數之間相互制約，從而提高檢測準確率。最后，如果特征參數一大于設定閾值4且特征參數二大于設定閾值5則判斷有車到來，此時要將特征參數一、特征參數二、特征參數三全部清零重新計數，同時向后續控制模塊發出指示信號。若不滿足上述條件則不對3個特征參數進行修改，等待對下一幀進行處理。
[0018]結合圖3a_f說明本發明的一個實施實例:
根據信號分析處理模塊使用的處理算法，使用matlab軟件編寫處理程序。將聲音波形文件作為程序輸入，執行程序后輸出圖3a_f所示的結果。圖3a_f顯示了程序執行過程中相關數據和變量的變化情況，其中包括信號分析處理模塊的輸入離散聲音信號圖3a、輸出指示信號圖3c、以及程序執行過程中的中間變量。中間變量包括聲音信號的短時能量圖3b、特征參數一圖3d、特征參數二圖3e、特征參數三圖3f。從離散聲音信號波形圖和短時能量波形圖均可以看出波形中間部分有一輛汽車經過，之后出現一個幅度很高的噪聲尖峰干擾，但是從指示信號的輸出波形圖來看，只有當有車到來時才發出指示信號，而干擾信號被成功過濾掉，并沒有影響指示信號輸出結果。從而證明該算法具有較強的抗干擾能力。特征參數一、特征參數二、特征參數三的波形圖顯示:當汽車到來時特征參數一和特征參數二增加而特征參數三保持在較低水平，當特征參數一大于設定閾值4且特征參數二大于設定閾值5時發出有車到來的指示信號，同時3個特征參數清零重新計數。當沒有汽車到來時特征參數三會以較快速度增加，達到閾值3后特征參數三清零并重新計數，同時將特征參數一和特征參數二的無效計數結果清零并重新計數，從而有效降低無車到來時特征參數一和特征參數二的無效積累達到閾值發出錯誤來車指示信號的概率，提高算法的抗干擾能力。
【權利要求】
1.一種基于聲音信號檢測的來車識別裝置，其特征在于，它主要部分包括:聲音采集放大模塊、AD轉換模塊、信號分析處理模塊、后續控制模塊、電源模塊，電源模塊向聲音采集放大模塊、AD轉換模塊、信號分析處理模塊和后續控制模塊提供工作電源， 所述的聲音采集模塊主要由MIC和運算放大器組成，將聲音信號轉化成模擬電壓信號輸出，輸出端連接AD轉換模塊的輸入端； 所述的AD轉換模塊將模擬電壓信號轉化成數字量輸出，AD采樣和轉換時刻受所述的信號分析處理模塊控制，轉換結果連接到信號分析處理模塊的輸入端； 所述的信號分析處理模塊利用檢測算法對輸入信號進行分析處理從而判斷是否有汽車到來，同時信號分析處理模塊輸出端與AD轉換模塊的控制輸入端相連，控制AD轉換模塊進行AD轉換，信號分析處理模塊根據分析結果將指示信號輸出給后續控制模塊； 后續控制模塊則根據輸入指示信號執行相關操作。
2.根據權利要求1所述的來車識別裝置，其特征在于，所述的檢測算法如下:每隔相同時間向AD轉換模塊輸出啟動轉換信號觸發AD轉換模塊開始采樣和轉換，AD轉換模塊轉換完成后將轉換結果發送給信號分析處理模塊，信號分析處理模塊將接收到的多個轉換結果合成一個離散聲音信號幀，信號分析處理模塊接下來計算出該幀信號的短時能量，然后將計算出的短時能量與前一幀短時能量進行做差比較，如果差值為正且大于某一設定閾值1，特征參數一計數加I ;如果差值為負且小于某一設定閾值2，特征參數二計數加I ;如果以上兩者都不滿足則特征參數三計數加I ; 由于有車到來時信號的短時能量會先變大后變小，特征參數一計數加I表示后面幀的短時能量相比于前面幀的短時能量增加，表示汽車駛來；特征參數二計數加I表示后面幀的短時能量相比于前面幀的短時能量減小，表示汽車駛離，特征參數三表示前后兩幀短時能量相差不多，屬于噪聲干擾造成，表示當前沒有汽車； 為了能夠準確的識別汽車到來并且對其他噪聲具有抗干擾能力，需要對三個特征參數進行判斷以得到分析結果，如果特征參數一計數加I則認為有車從遠處駛來，特征參數三的計數值無效，因此將特征參數三清零；如果特征參數二計數加I則認為有車向遠處駛離，特征參數三的計數值無效，因此將特征參數三清零；如果特征參數三大于設定閾值3則表示之前一段時間沒有汽車到來，此時特征參數一和特征參數二的計數結果均是由噪聲產生，為無效計數，因此需要清零來重新計數，同時特征參數三也清零來重新計數；最后，如果特征參數一大于設定閾值4且特征參數二大于設定閾值5則判斷有車到來，此時要將特征參數一、特征參數二、特征參數三全部清零重新計數，同時向后續控制模塊發出指示信號；若不滿足上述條件則不對3個特征參數進行修改，等待對下一幀進行分析處理。
3.一種根據權利要求1所述的來車識別裝置的應用，控制路燈的開關。
4.一種根據權利要求1所述的來車識別裝置的應用，進行道路車流量統計。
【文檔編號】G10L25/00GK103714827SQ201310669558
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月11日 優先權日:2013年12月11日
【發明者】陳宇崢 申請人:浙江大學