本發(fā)明屬于自動控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聲控裝置檢測系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

目前，隨著通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，利用通信網(wǎng)絡(luò)進行各種場景、現(xiàn)場監(jiān)控已經(jīng)越來越普遍，例如城市公共安全網(wǎng)、公交運輸監(jiān)控網(wǎng)等，已經(jīng)深入到人們生活的各個領(lǐng)域、社會生活的方方面面。在社會管理、醫(yī)院、學(xué)院管理過程中，某些位置可能會出現(xiàn)人群聚集較多的情況，比如醫(yī)院排除收費處、取藥處等，學(xué)校校門口、食堂等，這些位置人群聚集較多時，管理單位需要及時掌握相關(guān)情況，以便加派人手、開啟新的處理窗口等，但如果在每個地方安排人手則人力成本較高。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：現(xiàn)有的公共場所出現(xiàn)人群聚集較多的情況，比如醫(yī)院排除收費處、取藥處等，學(xué)校校門口、食堂等，這些位置人群聚集較多時，管理單位需要及時掌握相關(guān)情況，以便加派人手、開啟新的處理窗口等，但如果在每個地方安排人手則人力成本較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種聲控裝置檢測系統(tǒng)及控制方法。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種聲控裝置檢測系統(tǒng)，所述聲控裝置檢測系統(tǒng)設(shè)置有：

用于對周圍信號進行檢測的聲音傳感器；

與聲音傳感器電連接，用于對接收信號進行放大的信號放大器；

所述信號放大器的信號間干擾關(guān)系分析的方法包括：

步驟一，確定干擾信號在無線信號領(lǐng)域上的若干特征參數(shù)cp，并基于特征參數(shù)形成對應(yīng)的干擾空間模型，基于建立的干擾空間模型，確定待分析的干擾信號特征矢量與參照信號特征矢量

步驟二，基于干擾空間模型，針對干擾信號特征矢量定義對參照信號特征矢量的位移矢量

步驟三，定義位移矢量在干擾空間中對某個維度坐標(biāo)軸的投影，為干擾信號特征矢量到參照信號特征矢量在該cp維度上的距離，即有：

其中prj(·)算子表示針對某一cp維度的投影運算；

步驟四，定義干擾信號對參照信號的干擾狀態(tài)為s，用以表示干擾信號對參照信號的干擾關(guān)系；

步驟五，在已經(jīng)形成干擾的前提下，首先需要選取并確定干擾作用參數(shù)ep，對于干擾信號而言，參數(shù)通常為信號功率p或者能量e；

步驟六，定義干擾信號對參照信號的干擾程度為g，用以衡量干擾信號對參照信號的干擾影響程度；

所述方法進一步包括：對于干擾信號和參照信號各自包含若干干擾特征矢量的多模情況，此時的干擾狀態(tài)s(vi，vs)，如下計算：

其中s[vi，vs]m×n被稱為干擾狀態(tài)矩陣，矩陣中的每個元素表示vi中的第k個特征矢量和vs中的第l個特征矢量的干擾狀態(tài)，只有兩個特征矢量集合中每個元素都不干擾時，s(vi，vs)＝0干擾信號才不對參照信號形成干擾；反之，s(vi，vs)＞0，此時干擾信號將對參照信號形成干擾；

與信號放大器電連接，實現(xiàn)對放大后的聲音信號進行過濾的過濾裝置；

與過濾裝置電連接，用于對過濾后的聲音信號進行識別的聲強識別器；

與聲強識別器電連接，用于對聲強進行控制的控制單元；

與控制單元電連接，用于對控制單元提供電力供應(yīng)的主機電源；

所述控制單元中無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)融合中心對收集到的感知信息進行數(shù)據(jù)融合，并依據(jù)惡意節(jié)點的惡意攻擊模式計算全局的虛警概率；

第一步，根據(jù)各個節(jié)點的信噪比γi為每一個參與合作感知的次級用戶cri,i＝1…k設(shè)計一個權(quán)重然后對收集得到的信號能量統(tǒng)計量ui進行線性加權(quán)得到最終的信號能量的統(tǒng)計量

第二步，分析虛警惡意攻擊模式對頻譜感知造成的影響，得到全局虛警概率pf和攻擊概率pa、攻擊閾值η、攻擊強度△之間的函數(shù)表達式如下：

其中：

與控制單元的信號輸出端電連接，用于實現(xiàn)信號輸出的顯示裝置。

進一步，所述聲音傳感器的實現(xiàn)方法為：

wsn節(jié)點處于位置不固定狀態(tài)，因此節(jié)點的定位計算需要不斷地進行，為方便計算，sink節(jié)點首先將其目標(biāo)區(qū)域剖分為正方體網(wǎng)格，對給定區(qū)域g計算出區(qū)域g的最大長度l、寬度w和高度h，將子區(qū)域p劃分為個正方體，并將得到的剖分信息廣播給網(wǎng)絡(luò)中的所有傳感器節(jié)點，其中為大于等于x的最小整數(shù)，并對網(wǎng)格進行編號，每個網(wǎng)格表示為wx,y,z，節(jié)點的位置信息記作posx,y,z，顯然，按上述方法構(gòu)造的每個正方形，其外接圓的半徑正好為傳感器節(jié)點的傳感半徑的一半；

由假定條件可知，在同一個網(wǎng)格內(nèi)部的節(jié)點都能夠覆蓋整個網(wǎng)格，且相鄰的二網(wǎng)格內(nèi)的節(jié)點能夠自由通信，按三維三標(biāo)方法對網(wǎng)格進行編碼，最靠近sink的格點為w000，同時把整個網(wǎng)格內(nèi)的節(jié)點進行編號，并記作集合sw(pi)，i∈{0,1,2……}；

接著對每一個網(wǎng)格進行分布式運算，尋找每個網(wǎng)格到sink節(jié)點一條或幾條最短網(wǎng)格路徑，為使網(wǎng)絡(luò)正常工作時，整體網(wǎng)絡(luò)傳輸能量消耗最少，規(guī)定只能是二個相鄰的網(wǎng)格才能傳輸數(shù)據(jù)，最后基于熵的思想尋找一條適合路徑的實現(xiàn)方法為：

二點間直線距離最短，而在立方體的網(wǎng)格中則對角線距離最短，所以網(wǎng)格最短路徑可轉(zhuǎn)化為求對角線的網(wǎng)格數(shù)與x、y、z軸的平移的網(wǎng)格數(shù)，具體方法如下：

①每個網(wǎng)格到原點對角線的格數(shù)為網(wǎng)格坐標(biāo)值的最少值，

num-d＝min(|wix|,|wiy|,|wiz|)(1)

其中num-d為網(wǎng)格i到網(wǎng)格w000的網(wǎng)格數(shù)，|wix|、|wiy|、|wiz|分別為網(wǎng)格i的x,y,z的坐標(biāo)的絕對值；

②根據(jù)標(biāo)明的4條相關(guān)的最短路徑，分別得知x方向，y方向,z方向分別的位移量：

num-dx＝|wix|-num-d

num-dy＝|wiy|-num-d(2)

num-dz＝|wiz|-num-d

③從(1)(2)式可得一條最短網(wǎng)格路徑公式(3)：

path(wi-w0)∈{wix,y,z；wix,y,z-1……；wix,y,d；wix,y-1,d……；wix,d,d；

wix-1,d,d……；wd,d,d；wd-1,d-1,d-1……；w0,0,0}(3)

其中path(wi-w0)為網(wǎng)格wi到w0具體經(jīng)過的網(wǎng)格，d為num-d的簡寫。

進一步，所述信號放大器的對上下線圈產(chǎn)生的電流值進行調(diào)控；在此過程中，上下線圈的電流值分兩路，一路被實時地檢測后反饋到輸出信號轉(zhuǎn)換器中，用于高速高靈敏保護，這種保護是純硬件式保護，響應(yīng)時間由器件的轉(zhuǎn)換時間來定，一般在2-3個ns內(nèi)；另一路與材料參數(shù)一同輸入到補償參數(shù)確定模塊，用來為非線性補償提供計算依據(jù)，補償量將通過輸出電流、材料參數(shù)、位置增量變化來綜合計算得來。

進一步，所述主機電源的具體連接為：

輸入端in_l與二極管橋式整流電路的輸入端1相連接，輸入端in_n與二極管橋式整流電路的輸入端2相連接，二極管橋式整流電路的輸入端4直接接地，二極管橋式整流電路的輸出端3通過濾波電容c1接地；

二極管橋式整流電路的輸出端3與變壓器t2的輸入端2相連接，變壓器t2的輸入端4與二極管d1的正極相連接，二極管d1的負極與電阻r1的一端相連接，電阻r1的另一端與變壓器t2的輸入端2相連接，電阻r1的兩端并聯(lián)有電容c3；

變壓器t2的輸出端9直接接地，變壓器t2的輸出端7與二極管d2的正極相連接，二極管d2的負極通過電容c4接地；

核心控制電路采用控制芯片npc1013，控制芯片npc1013的引腳4直接接地，引腳4還通過電容c2與控制芯片npc1013的引腳1相連接，控制芯片npc1013的引腳3與變壓器t2的輸入端4相連接；

光電耦合器tlp281的正向輸入端通過電阻r4、穩(wěn)壓管1msa5928及電阻r2與二極管d2的負極相連接，穩(wěn)壓管1msa5928的正極與電阻r3的一端相連接，電阻r3的另一端接地，電阻r3的兩端并聯(lián)有電容c41，光電耦合器tlp281的反向輸入端直接接地，光電耦合器tlp281的反向輸入端還與電容c50的一端相連接，電容c50的另一端接地。

一種聲控裝置檢測系統(tǒng)的控制方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、建立聲音采集過程中的平衡模型：

單位時間內(nèi)進入信號放大器的聲音量為dq1＝h(t)dt+c1f(t)θ1(t)dt；

單位時間內(nèi)離開信號放大器的聲音為dq2＝c1f(t)θ2(t)dt；

過濾裝置內(nèi)原煤所含的聲音增量為dq3＝c1m(t)dθ2(t)dt；

過濾裝置的生硬過濾平衡方程為dq1-dq2＝dq3，即

步驟二、消去過濾裝置方程所含的中間變量，得到只含有輸入、輸出變量的系統(tǒng)控制方程

其中f1，f2和f3分別是關(guān)于輸入變量的函數(shù)，具體表達式由聲音和聲強識別的參數(shù)決定；

步驟三、利用控制單元對聲強識別器的變化，采用反饋控制方法實現(xiàn)對聲控過程的自動化控制。

本發(fā)明的優(yōu)點及積極效果為：該聲控裝置檢測系統(tǒng)通過聲音傳感器對聲響信息實時進行監(jiān)控，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某個或某些位置持續(xù)出現(xiàn)較大聲響時，通過控制單元傳送警示信息，通過顯示器顯示可以判斷位置人群聚集較多，以便采用相應(yīng)措施，比如加派人手、開啟新的處理窗口等，通過技術(shù)手段實現(xiàn)監(jiān)控，避免在每個地方安排人手則人力成本較高的問題，減少管理單位的管理成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的聲控裝置檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的聲控裝置檢測系統(tǒng)的控制方法流程圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的主機電源的原理圖；

圖中：1、聲音傳感器；2、信號放大器；3、過濾裝置；4、聲強識別器；5、控制單元；6、主機電源；7、顯示裝置。

具體實施方式

為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作詳細的描述。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的聲控裝置檢測系統(tǒng)設(shè)置有：

對周圍信號進行檢測的聲音傳感器1；

與聲音傳感器1電連接，用于對接收信號進行放大的信號放大器2；

與信號放大器2電連接，實現(xiàn)對放大后的聲音信號進行過濾的過濾裝置3；

與過濾裝置3電連接，用于對過濾后的聲音信號進行識別的聲強識別器4；

與聲強識別器4電連接，用于對聲強進行控制的控制單元5；

與控制單元5電連接，用于對控制單元5提供電力供應(yīng)的主機電源6；

與控制單元5的信號輸出端電連接，用于實現(xiàn)信號輸出的顯示裝置7。

所述信號放大器2的信號間干擾關(guān)系分析的方法包括：

步驟一，確定干擾信號在無線信號領(lǐng)域上的若干特征參數(shù)cp，并基于特征參數(shù)形成對應(yīng)的干擾空間模型，基于建立的干擾空間模型，確定待分析的干擾信號特征矢量與參照信號特征矢量

步驟二，基于干擾空間模型，針對干擾信號特征矢量定義對參照信號特征矢量的位移矢量

步驟三，定義位移矢量在干擾空間中對某個維度坐標(biāo)軸的投影，為干擾信號特征矢量到參照信號特征矢量在該cp維度上的距離，即有：

其中prj(·)算子表示針對某一cp維度的投影運算；

步驟四，定義干擾信號對參照信號的干擾狀態(tài)為s，用以表示干擾信號對參照信號的干擾關(guān)系；

步驟五，在已經(jīng)形成干擾的前提下，首先需要選取并確定干擾作用參數(shù)ep，對于干擾信號而言，參數(shù)通常為信號功率p或者能量e；

步驟六，定義干擾信號對參照信號的干擾程度為g，用以衡量干擾信號對參照信號的干擾影響程度；

所述方法進一步包括：對于干擾信號和參照信號各自包含若干干擾特征矢量的多模情況，此時的干擾狀態(tài)s(vi，vs)，如下計算：

其中s[vi，vs]m×n被稱為干擾狀態(tài)矩陣，矩陣中的每個元素表示vi中的第k個特征矢量和vs中的第l個特征矢量的干擾狀態(tài)，只有兩個特征矢量集合中每個元素都不干擾時，s(vi，vs)＝0干擾信號才不對參照信號形成干擾；反之，s(vi，vs)＞0，此時干擾信號將對參照信號形成干擾；

所述控制單元5中無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)融合中心對收集到的感知信息進行數(shù)據(jù)融合，并依據(jù)惡意節(jié)點的惡意攻擊模式計算全局的虛警概率；

第一步，根據(jù)各個節(jié)點的信噪比γi為每一個參與合作感知的次級用戶cri,i＝1…k設(shè)計一個權(quán)重然后對收集得到的信號能量統(tǒng)計量ui進行線性加權(quán)得到最終的信號能量的統(tǒng)計量

第二步，分析虛警惡意攻擊模式對頻譜感知造成的影響，得到全局虛警概率pf和攻擊概率pa、攻擊閾值η、攻擊強度△之間的函數(shù)表達式如下：

其中：

進一步，所述聲音傳感器1的實現(xiàn)方法為：

wsn節(jié)點處于位置不固定狀態(tài)，因此節(jié)點的定位計算需要不斷地進行，為方便計算，sink節(jié)點首先將其目標(biāo)區(qū)域剖分為正方體網(wǎng)格，對給定區(qū)域g計算出區(qū)域g的最大長度l、寬度w和高度h，將子區(qū)域p劃分為個正方體，并將得到的剖分信息廣播給網(wǎng)絡(luò)中的所有傳感器節(jié)點，其中為大于等于x的最小整數(shù)，并對網(wǎng)格進行編號，每個網(wǎng)格表示為wx,y,z，節(jié)點的位置信息記作posx,y,z，顯然，按上述方法構(gòu)造的每個正方形，其外接圓的半徑正好為傳感器節(jié)點的傳感半徑的一半；

由假定條件可知，在同一個網(wǎng)格內(nèi)部的節(jié)點都能夠覆蓋整個網(wǎng)格，且相鄰的二網(wǎng)格內(nèi)的節(jié)點能夠自由通信，按三維三標(biāo)方法對網(wǎng)格進行編碼，最靠近sink的格點為w000，同時把整個網(wǎng)格內(nèi)的節(jié)點進行編號，并記作集合sw(pi)，i∈{0,1,2……}；

接著對每一個網(wǎng)格進行分布式運算，尋找每個網(wǎng)格到sink節(jié)點一條或幾條最短網(wǎng)格路徑，為使網(wǎng)絡(luò)正常工作時，整體網(wǎng)絡(luò)傳輸能量消耗最少，規(guī)定只能是二個相鄰的網(wǎng)格才能傳輸數(shù)據(jù)，最后基于熵的思想尋找一條適合路徑的實現(xiàn)方法為：

二點間直線距離最短，而在立方體的網(wǎng)格中則對角線距離最短，所以網(wǎng)格最短路徑可轉(zhuǎn)化為求對角線的網(wǎng)格數(shù)與x、y、z軸的平移的網(wǎng)格數(shù)，具體方法如下：

①每個網(wǎng)格到原點對角線的格數(shù)為網(wǎng)格坐標(biāo)值的最少值，

num-d＝min(|wix|,|wiy|,|wiz|)(1)

其中num-d為網(wǎng)格i到網(wǎng)格w000的網(wǎng)格數(shù)，|wix|、|wiy|、|wiz|分別為網(wǎng)格i的x,y,z的坐標(biāo)的絕對值；

②根據(jù)標(biāo)明的4條相關(guān)的最短路徑，分別得知x方向，y方向,z方向分別的位移量：

num-dx＝|wix|-num-d

num-dy＝|wiy|-num-d(2)

num-dz＝|wiz|-num-d

③從(1)(2)式可得一條最短網(wǎng)格路徑公式(3)：

path(wi-w0)∈{wix,y,z；wix,y,z-1……；wix,y,d；wix,y-1,d……；wix,d,d；

wix-1,d,d……；wd,d,d；wd-1,d-1,d-1……；w0,0,0}(3)

其中path(wi-w0)為網(wǎng)格wi到w0具體經(jīng)過的網(wǎng)格，d為num-d的簡寫。

進一步，所述信號放大器的對上下線圈產(chǎn)生的電流值進行調(diào)控；在此過程中，上下線圈的電流值分兩路，一路被實時地檢測后反饋到輸出信號轉(zhuǎn)換器中，用于高速高靈敏保護，這種保護是純硬件式保護，響應(yīng)時間由器件的轉(zhuǎn)換時間來定，一般在2-3個ns內(nèi)；另一路與材料參數(shù)一同輸入到補償參數(shù)確定模塊，用來為非線性補償提供計算依據(jù)，補償量將通過輸出電流、材料參數(shù)、位置增量變化來綜合計算得來。

進一步，所述主機電源6的具體連接為：

輸入端in_l與二極管橋式整流電路的輸入端1相連接，輸入端in_n與二極管橋式整流電路的輸入端2相連接，二極管橋式整流電路的輸入端4直接接地，二極管橋式整流電路的輸出端3通過濾波電容c1接地；

二極管橋式整流電路的輸出端3與變壓器t2的輸入端2相連接，變壓器t2的輸入端4與二極管d1的正極相連接，二極管d1的負極與電阻r1的一端相連接，電阻r1的另一端與變壓器t2的輸入端2相連接，電阻r1的兩端并聯(lián)有電容c3；

變壓器t2的輸出端9直接接地，變壓器t2的輸出端7與二極管d2的正極相連接，二極管d2的負極通過電容c4接地；

核心控制電路采用控制芯片npc1013，控制芯片npc1013的引腳4直接接地，引腳4還通過電容c2與控制芯片npc1013的引腳1相連接，控制芯片npc1013的引腳3與變壓器t2的輸入端4相連接；

光電耦合器tlp281的正向輸入端通過電阻r4、穩(wěn)壓管1msa5928及電阻r2與二極管d2的負極相連接，穩(wěn)壓管1msa5928的正極與電阻r3的一端相連接，電阻r3的另一端接地，電阻r3的兩端并聯(lián)有電容c41，光電耦合器tlp281的反向輸入端直接接地，光電耦合器tlp281的反向輸入端還與電容c50的一端相連接，電容c50的另一端接地。

一種聲控裝置檢測系統(tǒng)的控制方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、建立聲音采集過程中的平衡模型：

單位時間內(nèi)進入信號放大器的聲音量為dq1＝h(t)dt+c1f(t)θ1(t)dt；

單位時間內(nèi)離開信號放大器的聲音為dq2＝c1f(t)θ2(t)dt；

過濾裝置內(nèi)原煤所含的聲音增量為dq3＝c1m(t)dθ2(t)dt；

過濾裝置的生硬過濾平衡方程為dq1-dq2＝dq3，即

步驟二、消去過濾裝置方程所含的中間變量，得到只含有輸入、輸出變量的系統(tǒng)控制方程

其中f1，f2和f3分別是關(guān)于輸入變量的函數(shù)，具體表達式由聲音和聲強識別的參數(shù)決定；

步驟三、利用控制單元對聲強識別器的的變化，采用反饋控制方法實現(xiàn)對聲控過程的自動化控制。

以上所述僅是對本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改，等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。