基于聲音信號(hào)檢測(cè)的來(lái)車識(shí)別裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于聲音信號(hào)檢測(cè)的來(lái)車識(shí)別裝置，包括聲音采集放大模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)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(hào)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(hào)轉(zhuǎn)化成模擬電壓信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字量輸出，AD采樣和轉(zhuǎn)換時(shí)刻受信號(hào)分析處理模塊控制；信號(hào)分析處理模塊判斷是否有汽車到來(lái)，控制AD轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，信號(hào)分析處理模塊將指示信號(hào)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(duì)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(hào)檢測(cè)的來(lái)車識(shí)別裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于聲音信號(hào)檢測(cè)的來(lái)車識(shí)別裝置，屬于檢測(cè)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(lái)車檢測(cè)裝置可以應(yīng)用于高速公路、收費(fèi)站、停車車庫(kù)等地方用來(lái)統(tǒng)計(jì)車流量，還可以控制智能路燈等。傳統(tǒng)的交通檢測(cè)器是通過埋設(shè)喚醒線圈檢測(cè)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(hào)采集。第一種方式的缺點(diǎn)是需要對(duì)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(jì)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(hào)檢測(cè)的來(lái)車識(shí)別
>J-U ρ?α裝直。
[0004]基于聲音信號(hào)檢測(cè)的來(lái)車識(shí)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(hào)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(hào)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(hào)轉(zhuǎn)化成模擬電壓信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字量輸出，AD采樣和轉(zhuǎn)換時(shí)刻受所述的信號(hào)分析處理模塊控制，轉(zhuǎn)換結(jié)果連接到信號(hào)分析處理模塊的輸入端；
所述的信號(hào)分析處理模塊利用檢測(cè)算法對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行分析處理從而判斷是否有汽車到來(lái)，同時(shí)信號(hào)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(hào)分析處理模塊根據(jù)分析結(jié)果將指示信號(hào)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(hào)執(zhí)行相關(guān)操作。
[0005]所述的檢測(cè)算法如下:每隔相同時(shí)間向AD轉(zhuǎn)換模塊輸出啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)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(hào)分析處理模塊，信號(hào)分析處理模塊將接收到的多個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)果合成一個(gè)離散聲音信號(hào)幀，信號(hào)分析處理模塊接下來(lái)計(jì)算出該幀信號(hào)的短時(shí)能量，然后將計(jì)算出的短時(shí)能量與前一幀短時(shí)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(jì)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(jì)數(shù)加I ;如果以上兩者都不滿足則特征參數(shù)三計(jì)數(shù)加I ;
由于有車到來(lái)時(shí)信號(hào)的短時(shí)能量會(huì)先變大后變小，特征參數(shù)一計(jì)數(shù)加I表示后面幀的短時(shí)能量相比于前面幀的短時(shí)能量增加，表示汽車駛來(lái)；特征參數(shù)二計(jì)數(shù)加I表示后面幀的短時(shí)能量相比于前面幀的短時(shí)能量減小，表示汽車駛離，特征參數(shù)三表示前后兩幀短時(shí)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(shí)別汽車到來(lái)并且對(duì)其他噪聲具有抗干擾能力，需要對(duì)三個(gè)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(jì)數(shù)加I則認(rèn)為有車從遠(yuǎn)處駛來(lái)，特征參數(shù)三的計(jì)數(shù)值無(wú)效，因此將特征參數(shù)三清零；如果特征參數(shù)二計(jì)數(shù)加I則認(rèn)為有車向遠(yuǎn)處駛離，特征參數(shù)三的計(jì)數(shù)值無(wú)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(shí)間沒有汽車到來(lái)，此時(shí)特征參數(shù)一和特征參數(shù)二的計(jì)數(shù)結(jié)果均是由噪聲產(chǎn)生，為無(wú)效計(jì)數(shù)，因此需要清零來(lái)重新計(jì)數(shù)，同時(shí)特征參數(shù)三也清零來(lái)重新計(jì)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(lái)，此時(shí)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(jì)數(shù)，同時(shí)向后續(xù)控制模塊發(fā)出指示信號(hào)；若不滿足上述條件則不對(duì)3個(gè)特征參數(shù)進(jìn)行修改，等待對(duì)下一幀進(jìn)行分析處理。
[0006]所述的來(lái)車識(shí)別裝置的應(yīng)用，控制路燈的開關(guān)。
[0007]所述的來(lái)車識(shí)別裝置的應(yīng)用，進(jìn)行道路車流量統(tǒng)計(jì)。
[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(cè)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(duì)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(hào)檢測(cè)的來(lái)車識(shí)別裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是信號(hào)分析處理模塊的算法流程圖；
圖3a是基于所述信號(hào)分析處理模塊算法的matlab軟件輸入離散聲音信號(hào)圖；
圖3b是基于所述信號(hào)分析處理模塊算法的matlab軟件聲音信號(hào)的短時(shí)能量圖；
圖3c是基于所述信號(hào)分析處理模塊算法的matlab軟件輸出指示信號(hào)圖；
圖3d是基于所述信號(hào)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(hào)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(hào)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(duì)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(hào)轉(zhuǎn)化成模擬電壓信號(hào)輸出。
[0013]AD轉(zhuǎn)換模塊接收到信號(hào)分析處理模塊發(fā)出的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)后開始進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出給信號(hào)分析處理模塊。
[0014]信號(hào)分析處理模塊對(duì)接收到的離散聲音信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理從而判斷是否有車到來(lái)。該模塊可以使用80C51或MSP430系列微處理器來(lái)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(shí)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(hào)分析處理模塊工作原理:
結(jié)合圖2說明信號(hào)分析處理模塊的工作原理。其每隔相同時(shí)間間隔向AD轉(zhuǎn)換模塊輸出啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)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(hào)分析處理模塊。信號(hào)分析處理模塊將接收到的多個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)果合成一幀離散聲音信號(hào)。信號(hào)分析處理模塊接下來(lái)計(jì)算出該幀信號(hào)的短時(shí)能量，然后將計(jì)算出的短時(shí)能量與前一幀短時(shí)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(jì)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(jì)數(shù)加I ;如果以上兩者都不滿足則特征參數(shù)三計(jì)數(shù)加I。
[0016]由于有車到來(lái)時(shí)信號(hào)的短時(shí)能量會(huì)先變大后變小，特征參數(shù)一計(jì)數(shù)加I表示后面幀的短時(shí)能量相比于前面幀的短時(shí)能量增加，表示汽車駛來(lái)；特征參數(shù)二計(jì)數(shù)加I表示后面中貞的短時(shí)能量相比于前面巾貞的短時(shí)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(shí)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(shí)別汽車到來(lái)并且對(duì)其他噪聲具有一定的抗干擾能力，需要對(duì)三個(gè)特征參數(shù)進(jìn)行判斷以得到有無(wú)汽車到來(lái)的指示信號(hào)。如果特征參數(shù)一計(jì)數(shù)加I則將特征參數(shù)三清零，如果特征參數(shù)二計(jì)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(shí)間沒有汽車到來(lái)，特征參數(shù)一和特征參數(shù)二的計(jì)數(shù)結(jié)果即均是由噪聲產(chǎn)生，為無(wú)效計(jì)數(shù)，因此需要清零來(lái)重新計(jì)數(shù)，同時(shí)特征參數(shù)三也清零來(lái)重新計(jì)數(shù)。這樣3個(gè)特征參數(shù)之間相互制約，從而提高檢測(cè)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(lái)，此時(shí)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(jì)數(shù)，同時(shí)向后續(xù)控制模塊發(fā)出指示信號(hào)。若不滿足上述條件則不對(duì)3個(gè)特征參數(shù)進(jìn)行修改，等待對(duì)下一幀進(jìn)行處理。
[0018]結(jié)合圖3a_f說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施實(shí)例:
根據(jù)信號(hào)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(hào)分析處理模塊的輸入離散聲音信號(hào)圖3a、輸出指示信號(hào)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(hào)的短時(shí)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(hào)波形圖和短時(shí)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(gè)幅度很高的噪聲尖峰干擾，但是從指示信號(hào)的輸出波形圖來(lái)看，只有當(dāng)有車到來(lái)時(shí)才發(fā)出指示信號(hào)，而干擾信號(hào)被成功過濾掉，并沒有影響指示信號(hào)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(lái)時(shí)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(shí)發(fā)出有車到來(lái)的指示信號(hào)，同時(shí)3個(gè)特征參數(shù)清零重新計(jì)數(shù)。當(dāng)沒有汽車到來(lái)時(shí)特征參數(shù)三會(huì)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(jì)數(shù)，同時(shí)將特征參數(shù)一和特征參數(shù)二的無(wú)效計(jì)數(shù)結(jié)果清零并重新計(jì)數(shù)，從而有效降低無(wú)車到來(lái)時(shí)特征參數(shù)一和特征參數(shù)二的無(wú)效積累達(dá)到閾值發(fā)出錯(cuò)誤來(lái)車指示信號(hào)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(hào)檢測(cè)的來(lái)車識(shí)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(hào)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(hào)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(hào)轉(zhuǎn)化成模擬電壓信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字量輸出，AD采樣和轉(zhuǎn)換時(shí)刻受所述的信號(hào)分析處理模塊控制，轉(zhuǎn)換結(jié)果連接到信號(hào)分析處理模塊的輸入端； 所述的信號(hào)分析處理模塊利用檢測(cè)算法對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行分析處理從而判斷是否有汽車到來(lái)，同時(shí)信號(hào)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(hào)分析處理模塊根據(jù)分析結(jié)果將指示信號(hào)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(hào)執(zhí)行相關(guān)操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的來(lái)車識(shí)別裝置，其特征在于，所述的檢測(cè)算法如下:每隔相同時(shí)間向AD轉(zhuǎn)換模塊輸出啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)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(hào)分析處理模塊，信號(hào)分析處理模塊將接收到的多個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)果合成一個(gè)離散聲音信號(hào)幀，信號(hào)分析處理模塊接下來(lái)計(jì)算出該幀信號(hào)的短時(shí)能量，然后將計(jì)算出的短時(shí)能量與前一幀短時(shí)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(jì)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(jì)數(shù)加I ;如果以上兩者都不滿足則特征參數(shù)三計(jì)數(shù)加I ; 由于有車到來(lái)時(shí)信號(hào)的短時(shí)能量會(huì)先變大后變小，特征參數(shù)一計(jì)數(shù)加I表示后面幀的短時(shí)能量相比于前面幀的短時(shí)能量增加，表示汽車駛來(lái)；特征參數(shù)二計(jì)數(shù)加I表示后面幀的短時(shí)能量相比于前面幀的短時(shí)能量減小，表示汽車駛離，特征參數(shù)三表示前后兩幀短時(shí)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(shí)別汽車到來(lái)并且對(duì)其他噪聲具有抗干擾能力，需要對(duì)三個(gè)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(jì)數(shù)加I則認(rèn)為有車從遠(yuǎn)處駛來(lái)，特征參數(shù)三的計(jì)數(shù)值無(wú)效，因此將特征參數(shù)三清零；如果特征參數(shù)二計(jì)數(shù)加I則認(rèn)為有車向遠(yuǎn)處駛離，特征參數(shù)三的計(jì)數(shù)值無(wú)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(shí)間沒有汽車到來(lái)，此時(shí)特征參數(shù)一和特征參數(shù)二的計(jì)數(shù)結(jié)果均是由噪聲產(chǎn)生，為無(wú)效計(jì)數(shù)，因此需要清零來(lái)重新計(jì)數(shù)，同時(shí)特征參數(shù)三也清零來(lái)重新計(jì)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(lái)，此時(shí)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(jì)數(shù)，同時(shí)向后續(xù)控制模塊發(fā)出指示信號(hào)；若不滿足上述條件則不對(duì)3個(gè)特征參數(shù)進(jìn)行修改，等待對(duì)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(lái)車識(shí)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(lái)車識(shí)別裝置的應(yīng)用，進(jìn)行道路車流量統(tǒng)計(jì)。
【文檔編號(hào)】G10L25/00GK103714827SQ201310669558
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)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(qǐng)人:浙江大學(xué)