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(fā)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(zhuǎn)換模塊、信號分析處理模塊、后續(xù)控制模塊、電源模塊，電源模塊向聲音采集放大模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、信號分析處理模塊和后續(xù)控制模塊提供工作電源，聲音采集模塊將聲音信號轉(zhuǎn)化成模擬電壓信號輸出，輸出端連接AD轉(zhuǎn)換模塊的輸入端；AD轉(zhuǎn)換模塊將模擬電壓信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字量輸出，AD采樣和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換模塊進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，信號分析處理模塊將指示信號輸出給后續(xù)控制模塊，執(zhí)行相關(guān)操作。本發(fā)明尤其適用于車流量稀少、基礎(chǔ)設(shè)施比較差的區(qū)域，以及智能公路的前期建設(shè)研究等；可以對路燈進(jìn)行智能控制，環(huán)保節(jié)能。
【專利說明】基于聲音信號檢測的來車識別裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)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(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車作為一種現(xiàn)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(yīng)用于高速公路、收費(fèi)站、停車車庫等地方用來統(tǒng)計車流量，還可以控制智能路燈等。傳統(tǒng)的交通檢測器是通過埋設(shè)喚醒線圈檢測器或在交通要道處裝設(shè)電視錄像機(jī)的方式進(jìn)行信號采集。第一種方式的缺點(diǎn)是需要對道路進(jìn)行重新施工鋪設(shè)，操作繁瑣；第二種方式則需要將數(shù)據(jù)和畫面?zhèn)魉椭量刂浦行倪M(jìn)行分析處理，增加了通信設(shè)備，設(shè)計較為復(fù)雜。兩者的成本都很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于聲音信號檢測的來車識別
>J-U ρ?α裝直。
[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(zhuǎn)換模塊、信號分析處理模塊、后續(xù)控制模塊、電源模塊，電源模塊向聲音采集放大模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、信號分析處理模塊和后續(xù)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(yùn)算放大器組成，將聲音信號轉(zhuǎn)化成模擬電壓信號輸出，輸出端連接AD轉(zhuǎn)換模塊的輸入端；` 所述的AD轉(zhuǎn)換模塊將模擬電壓信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字量輸出，AD采樣和轉(zhuǎn)換時刻受所述的信號分析處理模塊控制，轉(zhuǎn)換結(jié)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(jìn)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(zhuǎn)換模塊的控制輸入端相連，控制AD轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，信號分析處理模塊根據(jù)分析結(jié)果將指示信號輸出給后續(xù)控制模塊；
后續(xù)控制模塊則根據(jù)輸入指示信號執(zhí)行相關(guān)操作。
[0005]所述的檢測算法如下:每隔相同時間向AD轉(zhuǎn)換模塊輸出啟動轉(zhuǎn)換信號觸發(fā)AD轉(zhuǎn)換模塊開始采樣和轉(zhuǎn)換，AD轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換完成后將轉(zhuǎn)換結(jié)果發(fā)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(zhuǎn)換結(jié)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(jìn)行做差比較，如果差值為正且大于某一設(shè)定閾值1，特征參數(shù)一計數(shù)加I ;如果差值為負(fù)且小于某一設(shè)定閾值2，特征參數(shù)二計數(shù)加I ;如果以上兩者都不滿足則特征參數(shù)三計數(shù)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(shù)一計數(shù)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(shù)二計數(shù)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(shù)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(dāng)前沒有汽車；
為了能夠準(zhǔn)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(shù)進(jìn)行判斷以得到分析結(jié)果，如果特征參數(shù)一計數(shù)加I則認(rèn)為有車從遠(yuǎn)處駛來，特征參數(shù)三的計數(shù)值無效，因此將特征參數(shù)三清零；如果特征參數(shù)二計數(shù)加I則認(rèn)為有車向遠(yuǎn)處駛離，特征參數(shù)三的計數(shù)值無效，因此將特征參數(shù)三清零；如果特征參數(shù)三大于設(shè)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(shù)一和特征參數(shù)二的計數(shù)結(jié)果均是由噪聲產(chǎn)生，為無效計數(shù)，因此需要清零來重新計數(shù)，同時特征參數(shù)三也清零來重新計數(shù)；最后，如果特征參數(shù)一大于設(shè)定閾值4且特征參數(shù)二大于設(shè)定閾值5則判斷有車到來，此時要將特征參數(shù)一、特征參數(shù)二、特征參數(shù)三全部清零重新計數(shù)，同時向后續(xù)控制模塊發(fā)出指示信號；若不滿足上述條件則不對3個特征參數(shù)進(jìn)行修改，等待對下一幀進(jìn)行分析處理。
[0006]所述的來車識別裝置的應(yīng)用，控制路燈的開關(guān)。
[0007]所述的來車識別裝置的應(yīng)用，進(jìn)行道路車流量統(tǒng)計。
[0008]本發(fā)明的有益效果:提供了一種成本低、可靠性強(qiáng)的自主式車輛檢測器，尤其適用于農(nóng)村公路、遠(yuǎn)郊公路等車流量稀少、基礎(chǔ)設(shè)施比較差的區(qū)域，以及智能公路的前期建設(shè)研究等；進(jìn)一步可以對路燈進(jìn)行智能控制，環(huán)保節(jié)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(fā)明基于聲音信號檢測的來車識別裝置的結(jié)構(gòu)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(shù)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(shù)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(shù)三圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0011]結(jié)合圖1說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。
[0012]聲音米集放大模塊由MIC和運(yùn)算放大器組成,主要功能是將聲音信號轉(zhuǎn)化成模擬電壓信號輸出。
[0013]AD轉(zhuǎn)換模塊接收到信號分析處理模塊發(fā)出的啟動轉(zhuǎn)換信號后開始進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換結(jié)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(jìn)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(shí)現(xiàn)，可以根據(jù)用戶的經(jīng)濟(jì)能力和所處道路環(huán)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(zhuǎn)換功能，則可以使用其內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換模塊作為所述發(fā)明所述的AD轉(zhuǎn)換模塊。
[0015]信號分析處理模塊工作原理:
結(jié)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(zhuǎn)換模塊輸出啟動轉(zhuǎn)換信號觸發(fā)AD轉(zhuǎn)換模塊開始采樣和轉(zhuǎn)換。AD轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換完成后將轉(zhuǎn)換結(jié)果發(fā)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(zhuǎn)換結(jié)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(jìn)行做差比較，如果差值為正且大于某一設(shè)定閾值1，特征參數(shù)一計數(shù)加I;如果差值為負(fù)且小于某一設(shè)定閾值2，特征參數(shù)二計數(shù)加I ;如果以上兩者都不滿足則特征參數(shù)三計數(shù)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(shù)一計數(shù)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(shù)二計數(shù)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(shù)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(dāng)前沒有汽車。
[0017]為了能夠準(zhǔn)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(shù)進(jìn)行判斷以得到有無汽車到來的指示信號。如果特征參數(shù)一計數(shù)加I則將特征參數(shù)三清零，如果特征參數(shù)二計數(shù)加I則將特征參數(shù)三清零。如果特征參數(shù)三大于設(shè)定閾值3則表示之前一段時間沒有汽車到來，特征參數(shù)一和特征參數(shù)二的計數(shù)結(jié)果即均是由噪聲產(chǎn)生，為無效計數(shù)，因此需要清零來重新計數(shù)，同時特征參數(shù)三也清零來重新計數(shù)。這樣3個特征參數(shù)之間相互制約，從而提高檢測準(zhǔn)確率。最后，如果特征參數(shù)一大于設(shè)定閾值4且特征參數(shù)二大于設(shè)定閾值5則判斷有車到來，此時要將特征參數(shù)一、特征參數(shù)二、特征參數(shù)三全部清零重新計數(shù)，同時向后續(xù)控制模塊發(fā)出指示信號。若不滿足上述條件則不對3個特征參數(shù)進(jìn)行修改，等待對下一幀進(jìn)行處理。
[0018]結(jié)合圖3a_f說明本發(fā)明的一個實(shí)施實(shí)例:
根據(jù)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(zhí)行程序后輸出圖3a_f所示的結(jié)果。圖3a_f顯示了程序執(zhí)行過程中相關(guān)數(shù)據(jù)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(zhí)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(shù)一圖3d、特征參數(shù)二圖3e、特征參數(shù)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(jīng)過，之后出現(xiàn)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(dāng)有車到來時才發(fā)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(jié)果。從而證明該算法具有較強(qiáng)的抗干擾能力。特征參數(shù)一、特征參數(shù)二、特征參數(shù)三的波形圖顯示:當(dāng)汽車到來時特征參數(shù)一和特征參數(shù)二增加而特征參數(shù)三保持在較低水平，當(dāng)特征參數(shù)一大于設(shè)定閾值4且特征參數(shù)二大于設(shè)定閾值5時發(fā)出有車到來的指示信號，同時3個特征參數(shù)清零重新計數(shù)。當(dāng)沒有汽車到來時特征參數(shù)三會以較快速度增加，達(dá)到閾值3后特征參數(shù)三清零并重新計數(shù)，同時將特征參數(shù)一和特征參數(shù)二的無效計數(shù)結(jié)果清零并重新計數(shù)，從而有效降低無車到來時特征參數(shù)一和特征參數(shù)二的無效積累達(dá)到閾值發(fā)出錯誤來車指示信號的概率，提高算法的抗干擾能力。
【權(quán)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(zhuǎn)換模塊、信號分析處理模塊、后續(xù)控制模塊、電源模塊，電源模塊向聲音采集放大模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、信號分析處理模塊和后續(xù)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(yùn)算放大器組成，將聲音信號轉(zhuǎn)化成模擬電壓信號輸出，輸出端連接AD轉(zhuǎn)換模塊的輸入端； 所述的AD轉(zhuǎn)換模塊將模擬電壓信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字量輸出，AD采樣和轉(zhuǎn)換時刻受所述的信號分析處理模塊控制，轉(zhuǎn)換結(jié)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(jìn)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(zhuǎn)換模塊的控制輸入端相連，控制AD轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，信號分析處理模塊根據(jù)分析結(jié)果將指示信號輸出給后續(xù)控制模塊； 后續(xù)控制模塊則根據(jù)輸入指示信號執(zhí)行相關(guān)操作。
2.根據(jù)權(quán)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(zhuǎn)換模塊輸出啟動轉(zhuǎn)換信號觸發(fā)AD轉(zhuǎn)換模塊開始采樣和轉(zhuǎn)換，AD轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換完成后將轉(zhuǎn)換結(jié)果發(fā)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(zhuǎn)換結(jié)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(jìn)行做差比較，如果差值為正且大于某一設(shè)定閾值1，特征參數(shù)一計數(shù)加I ;如果差值為負(fù)且小于某一設(shè)定閾值2，特征參數(shù)二計數(shù)加I ;如果以上兩者都不滿足則特征參數(shù)三計數(shù)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(shù)一計數(shù)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(shù)二計數(shù)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(shù)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(dāng)前沒有汽車； 為了能夠準(zhǔn)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(shù)進(jìn)行判斷以得到分析結(jié)果，如果特征參數(shù)一計數(shù)加I則認(rèn)為有車從遠(yuǎn)處駛來，特征參數(shù)三的計數(shù)值無效，因此將特征參數(shù)三清零；如果特征參數(shù)二計數(shù)加I則認(rèn)為有車向遠(yuǎn)處駛離，特征參數(shù)三的計數(shù)值無效，因此將特征參數(shù)三清零；如果特征參數(shù)三大于設(shè)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(shù)一和特征參數(shù)二的計數(shù)結(jié)果均是由噪聲產(chǎn)生，為無效計數(shù)，因此需要清零來重新計數(shù)，同時特征參數(shù)三也清零來重新計數(shù)；最后，如果特征參數(shù)一大于設(shè)定閾值4且特征參數(shù)二大于設(shè)定閾值5則判斷有車到來，此時要將特征參數(shù)一、特征參數(shù)二、特征參數(shù)三全部清零重新計數(shù)，同時向后續(xù)控制模塊發(fā)出指示信號；若不滿足上述條件則不對3個特征參數(shù)進(jìn)行修改，等待對下一幀進(jìn)行分析處理。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的來車識別裝置的應(yīng)用，控制路燈的開關(guān)。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的來車識別裝置的應(yīng)用，進(jìn)行道路車流量統(tǒng)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(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】陳宇崢 申請人:浙江大學(xué)