一种基于可听声基波的位置检测系统及检测方法与流程

1.本发明涉及声音检测技术领域，特别是一种基于可听声基波的位置检测系统及检测方法。


背景技术：

2.目前主流的可听声位置检测方法为基于到达时间的算法和基于到达时延差的算法，这两种方法都需要精确的到达时延差的估计值来计算具体位置。同时需要采取互相关计算，包括功率谱、傅里叶变化等一系列复杂操作来提高位置精度，且时延结果对噪声敏感，干扰较大。


技术实现要素：

3.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
4.鉴于上述或现有技术中存在的问题，提出了本发明。
5.因此，本发明的目的是提供一种基于可听声基波的位置检测系统及检测方法，其能够有效的抑制噪声干扰。
6.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于可听声基波的位置检测系统，其包括采集模块，所述采集模块包括与其固定连接的采集咪头；
7.信号处理模块，所述信号处理模块包括设置于其内部的主控芯片，与所述主控芯片电性连接的数模转换器，与所述主控芯片电性连接的信号加窗器，与所述主控芯片电性连接的运算提取器，以及与所述主控芯片电性连接的特征要素计算器；以及，
8.显示模块包括与其电性连接的显示屏。
9.作为本发明所述基于可听声基波的位置检测系统的一种优选方案，其中：所述采集咪头共设置有6个，所述采集咪头的位置呈正六边形设置。
10.作为本发明所述基于可听声基波的位置检测系统的一种优选方案，其中：所述采集咪头均与信号处理模块的主控芯片电性连接。
11.作为本发明所述基于可听声基波的位置检测系统的一种优选方案，其中：所述显示屏与所述信号处理模块上的特征要素计算器电性连接的。
12.作为本发明所述基于可听声基波的位置检测方法的一种优选方案，其中：采集模块的采集咪头获取声音信号转化成模拟信号；
13.获取的模拟信号传输至主控芯片，主控芯片控制数模转换器将模拟信号转化为数字信号；
14.主控芯片将获得的数字信号传输至信号加窗器进行加窗处理；
15.主控芯片获取加窗后的数字信号并将其传输至运算提取器进行运算；
16.主控芯片对运算后的数字信号进行有效信号选取并将有效信号传输至特征要素
计算器进行声音信号特征的计算；
17.将特征要素计算器计算得到的声音信号的特征传输至显示模块上的显示屏。
18.作为本发明所述基于可听声基波的位置检测方法的一种优选方案，其中：所述信号加窗器在保持精度的前提下抑制数字信号能量泄露并去除高频滤波。
19.作为本发明所述基于可听声基波的位置检测方法的一种优选方案，其中：所述运算提取器对加窗后的数字信号进行快速傅里叶变换，获得六路信号的基波幅度、频率以及波形。
20.作为本发明所述基于可听声基波的位置检测方法的一种优选方案，其中：将六路信号的频率值进行排序，排除最高与最小项，获得稳定的其余四路信号并传输到特征要素计算器。
21.作为本发明所述基于可听声基波的位置检测方法的一种优选方案，其中：所述特征要素计算器根据稳定的四路信号进行数值计算，由主控芯片将计算得到的数值传输至显示模块上的显示屏。
22.作为本发明所述基于可听声基波的位置检测方法的一种优选方案，其中：所述采集咪头根据声压转化模拟信号的最大电压输出表达式为，
23.ei(t)＝pi(t)h
i cosθi24.其中pi(t)表示信号在咪头处产生的声压，hi表示第i个咪头的传递特性参数，cosθi表示声音的入射角。
25.本发明的有益效果：本发明通过6个均匀分布的采集咪头将声音信号转化为模拟电信号，数模转换器将模拟信号转化为数字信号，而后通过信号加窗器对数字信号进行加窗处理，而后将获得的6个不同咪头处采集的信号按照频率进行排序，将获得的其余四个稳定的信号进行位置坐标、分贝和基波频率的计算，能够有效降低噪声的影响，保持声音信号的真实度，进而能够获得准确的声音位置坐标。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
27.图1为基于可听声基波的位置检测系统的执行框架图。
28.图2为基于可听声基波的位置检测系统的位置检测坐标图。
29.图3为基于可听声基波的位置检测系统的信号采集电路图。
30.图4为基于可听声基波的位置检测系统的主控电路图。
31.图5为基于可听声基波的位置检测系统的x轴方向与现有技术的误差对比图。
32.图6为基于可听声基波的位置检测系统的y轴方向与现有技术的误差对比图。
33.图7为基于可听声基波的位置检测系统的结构简图。
具体实施方式
34.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对
本发明的具体实施方式做详细的说明。
35.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
36.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
37.实施例1
38.参照图1，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种基于可听声基波的位置检测系统，其能解决噪声对声波位置监测干扰较大的问题。
39.具体的，采集模块100包括与其固定连接的采集咪头101；信号处理模块200，所述信号处理模块200包括设置于其内部的主控芯片201，与所述主控芯片201电性连接的数模转换器202，与所述主控芯片201电性连接的信号加窗器203，与所述主控芯片201电性连接的运算提取器204，以及与所述主控芯片201电性连接的特征要素计算器205；以及，显示模块300包括与其电性连接的显示屏301。
40.进一步的，采集模块100设置有采集咪头101，采集咪头101用于采集声音信号，将采集到的声音信号转化为模拟信号传输到信号处理模块200进行处理。
41.优选的，主控芯片201作为信号处理模块200的控制主件，控制其他部件完成声音的进一步处理，如主控芯片201控制数模转换器202完成模拟信号到数字信号的转换，控制信号加窗器203完成对数字信号的优化，控制运算提取器204对数字信号进行筛选，筛选完成的数字信号进入到特征要素计算器205进行计算，同时显示计算得到的声源的分贝、基波频率以及坐标位置在显示屏301上。
42.实施例2
43.参照图1～4，为本发明第二个实施例，其不同于第一个实施例的是：还包括所述采集咪头101共设置有6个，所述采集咪头101的位置呈正六边形设置。
44.进一步的，所述采集咪头101均与信号处理模块200的主控芯片201电性连接，所述显示屏301与所述处理模块200上的特征要素计算器205电性连接的。
45.在上一个实施例中，基于可听声基波的位置检测系统包括采集模块100包括与其固定连接的采集咪头101；信号处理模块200，所述信号处理模块200包括设置于其内部的主控芯片201，与所述主控芯片201电性连接的数模转换器202，与所述主控芯片201电性连接的信号加窗器203，与所述主控芯片201电性连接的运算提取器204，以及与所述主控芯片201电性连接的特征要素计算器205；以及，显示模块300包括与其电性连接的显示屏301。
46.具体的，设置6个采集咪头101均匀分布在二维平面能够从不同的角度和方向去检测声音信号，获得的6个声音信号便于运算提取器进行筛选，刨除掉最高的最低的两个不合适的测量结果之后，将剩余结果进行计算之后能够获得较为准确的，各部件均设置在集成电路板上电性连接，能够提高数据的传输效率。
47.综上所述，通过6个均匀分布的采集咪头将声音信号转化为模拟电信号，数模转换器将模拟信号转化为数字信号，而后通过信号加窗器对数字信号进行加窗处理，而后将获得的6个不同咪头处采集的信号按照频率进行排序，将获得的其余四个稳定的信号进行位
置坐标、分贝和基波频率的计算，此系统和方法能够有效降低噪声的影响，保持声音信号的真实度，进而获得准确的声源位置坐标、分贝和基波频率。
48.实施例3
49.参照图1～7，为本发明的第三个实施例，其在前两个实施例的基础上，提供了一种基于可听声基波的位置检测系统的检测方法：
50.s1：采集模块100的采集咪头101获取声音信号转化成模拟信号；
51.s2：获取的模拟信号传输至主控芯片201，主控芯片201控制数模转换器202将模拟信号转化为数字信号；
52.s3：主控芯片201将获得的数字信号传输至信号加窗器203进行加窗处理；
53.s4：主控芯片201获取加窗后的数字信号并将其传输至运算提取器204进行运算；
54.s5：主控芯片201对运算后的数字信号进行有效信号选取并将有效信号传输至特征要素计算器205进行声音特征的计算；
55.s6：将特征要素计算器205计算得到的声音特征传输至显示模块300上的显示屏301。
56.进一步的，所述信号加窗器203在保持精度的前提下抑制能量泄露和去除高频滤波对数字信号进行加窗处理。
57.较佳的，所述运算提取器204对加窗后的数字信号进行快速傅里叶变换，获得六路信号的基波幅度、频率以及波形。
58.优选的，将六路信号的频率值进行排序，排除最高与最小项，获得稳定的其余四路信号，并将稳定的四路信号的传输到特征要素计算器205。
59.更进一步的，所述特征要素计算器205根据稳定的四路信号进行数值计算，由主控芯片201将计算得到的数值传输至显示模块300上的显示屏301。
60.较佳的，所述采集咪头101根据声压转化模拟信号的最大电压输出表达式为，
61.ei(t)＝pi(t)hicosθi62.其中pi(t)表示信号在咪头处产生的声压，hi表示第i个咪头的传递特性参数，cosθi表示声音的入射角。
63.具体的，首先计算第1、2两个咪头信号经过电路产生的电压输出比，其中第1，2路信号的计算过程为：
[0064][0065]
其中d表示可听声到咪头的距离；数字表明是第几路信号，(x0，y0)、(x1，y1)、(x2，y2)分别表示声源、第一路咪头、第二路咪头位置；d1，d2表示声源到对应咪头的距离；k表示波数，指单位长度的角度变化量；ω表示声音信号的简谐振动角频率。
[0066]
进一步的，求出第2路信号在经过时延后的电压大小：
[0067]
e2(t δt2)＝p2(t δt2)hcosθ2[0068]
＝p2(t)h cosθ2exp{jω(t
2-t1)}
[0069]
＝e2(t)exp{jω(t
2-t1)}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0070]
整理后(1)(2)可以得到1，2路信号的电压输出比：
[0071][0072]
较佳的，电压输出比可以用经过信号处理后的实际电压比进行替换，则公式转化为：
[0073][0074]
其中v代表电压；d代表距离。
[0075]
综上所述，根据公式可以得到可听声信号的有效声压比与咪头到声源距离的平方成反比，在本发明中，每三路信号可以确定一个具体的位置坐标，假设去除错误信号后，剩下的四路有效信号分别为咪头1、咪头2、咪头3、咪头4所采集到的信号，每次选择其中的三路信号，共有三组，分别为123一组，124一组，234一组，每一组可以计算出一个对应坐标，形成的三角区域则代表可听声的预测位置，同时能够在显示屏上面显示所获得声源的位置信息、分贝和基波频率。
[0076]
进一步的，在同等条件下对传统的基于到达时间的算法与本发明算法进行仿真对比，其中l表示相邻两个咪头之间的距离，在有效的声音范围内，每次随机选取50个测量点，分别测量10l、20l、30l、40l以及50l声源距离内两种方法的平均误差，从图5和图6可以看出，在有效的声音范围内，本发明在二维平面的测量结果上对比现有的基于到达时间的算法有较低的误差。
[0077]
重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本技术的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。
[0078]
此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或与实现本发明不相关的那些特征)。
[0079]
应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和
生产的常规工作。
[0080]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。