專利名稱：森林防盜探測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種森林防盜探測裝置，特別是一種提高森林盜竊行為的聲源方向角精度并更適用于野外工作環(huán)境的森林防盜探測裝置。
背景技術(shù)：
森林防盜是指防范人為盜林、盜獵的行為，屬于林業(yè)生態(tài)安全保護(hù)的重要領(lǐng)域。由于經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使及法律意識淡薄，森林盜竊林政案件時有發(fā)生，是林業(yè)生態(tài)安全的重要隱患之一。目前，森林防盜主要依靠人工巡護(hù)，尚沒有可利用的信息化解決方案實現(xiàn)對盜林行為的監(jiān)測及預(yù)警
實用新型內(nèi)容
本實用新型的發(fā)明目的在于針對上述存在的問題，提供一種森林防盜探測裝置，通過對四元陣傳感器的改進(jìn)設(shè)計，不僅提高了音頻信號所對應(yīng)聲源方向角的計算精度，而且減小了十字支架的體積，便于安裝。本實用新型采用的技術(shù)方案是這樣的一種森林防盜探測裝置，包括四元陣傳感器、四個信號處理單元和微處理器，其中該四元陣傳感器由四個聲音傳感器和十字支架組成，且該聲音傳感器分別設(shè)置在十字支架的四條邊上；所述四元陣傳感器用于采集四路音頻信號并分別發(fā)送給對應(yīng)的信號處理單元；所述信號處理單元用于對音頻信號進(jìn)行放大、濾波處理；所述微處理器用于分別采集該經(jīng)處理后的音頻信號并計算該音頻信號的聲源方向角；其特征在于所述四元陣傳感器中聲音傳感器與該十字支架上十字交叉點之間的距離L為L= (X+Y) * (331+0. 6*T2)，其中X、Y均為大于零的任意數(shù)值，Τ2為任意數(shù)值，X表示微處理器的指令處理時間，Y表示電路延遲及數(shù)據(jù)采樣時間，Τ2表示該森林防盜探測裝置的最高工作溫度。所述四元陣傳感器中聲音傳感器與該十字支架上十字交叉點之間距離L的取值范圍為I. 895 37. 8 mm。所述四元陣傳感器中聲音傳感器與該十字支架上十字交叉點之間的距離為18. 95mmD該森林防盜探測裝置還包括音頻檢測器，所述音頻檢測器用于采集四個信號處理單元中至少一個的音頻信號，并對該音頻信號進(jìn)行特定頻段檢測當(dāng)該音頻信號的頻率在該特定頻段范圍內(nèi)，該音頻檢測器輸出響應(yīng)信號給微處理器以喚醒該微處理器。該森林防盜探測裝置還包括太陽能板、電源管理模塊和儲能裝置，該太陽能板用于將太陽能轉(zhuǎn)換成電能傳輸給電源管理模塊；所述電源管理模塊用于在供電充足時由該太陽能板向該森林防盜探測裝置提供電源，并將多余電能存儲至該儲能裝置中，在供電不足時由儲能裝置向該森林防盜探測裝置提供電源。該森林防盜探測裝置還包括無線通信模塊，用于實現(xiàn)微處理器的處理結(jié)果的無線傳輸。該森林防盜探測裝置還包括狀態(tài)指示燈，用于顯示微處理器的工作狀態(tài)。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型的有益效果是I、對四元陣傳感器中聲音傳感器與十字支架之間的距離進(jìn)行改進(jìn)，不僅提高了音頻信號所對應(yīng)聲源方向角的計算精度，而且減小了十字支架的體積，便于安裝；2、采用音頻檢測器對采集到的音頻信號進(jìn)行特定頻段檢測，只有在音頻信號的頻率在該特定頻段內(nèi)，即該音頻信號顯示可能存在森林盜竊行為時才喚醒微處理器開始工作，否則處于休眠狀態(tài)，由此大大降低了能源的浪費； 3、采用太陽能板作為主要供電來源，適應(yīng)于野外環(huán)境使用；4、采用無線通信模塊，可以將微處理器的處理和識別結(jié)果發(fā)送給遠(yuǎn)程監(jiān)測平臺，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測，降低了人力資源浪費；5、采用狀態(tài)指示燈來顯示微處理器的工作狀態(tài)，使得對該森林防盜探測裝置的監(jiān)測更加直觀。

圖I是本實用新型的電路原理圖；圖2是本實用新型中四元陣傳感器的模型示意圖；圖3是本實用新型的主視圖；圖4是本實用新型的側(cè)視圖；圖5是本實用新型中太陽能板的安裝示意圖。圖中標(biāo)記1為外殼，2為狀態(tài)指示燈顯示屏，3為天線護(hù)套，4為四元陣傳感器，5為太陽能板，6為固定支架,7為防護(hù)罩,8為第一螺釘,9為第二螺釘,10為支撐架，11為自攻螺釘，12為導(dǎo)線，13為壓緊絲圈，14為密封椎塞，15為支撐密封管。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，對本實用新型作詳細(xì)的說明。為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。如圖I所示，該森林防盜探測裝置包括太陽能板、儲能裝置、電源管理模塊、四元陣傳感器、四路信號處理單元、音頻檢測器、微處理器、狀態(tài)指示電路和無線通信模塊，其中太陽能板的輸出端連接電源管理模塊且儲能裝置與電源管理模塊雙向連接，太陽能板將太陽能轉(zhuǎn)換成電能傳輸給電源管理模塊，電源管理模塊用于在供電充足時由電源管理模塊向該森林防盜探測裝置的各組件提供電源，并將多余的電能存儲至儲能裝置中，在供電不足時由儲能裝置向該森林防盜探測裝置的各組件提供電源。在本實用新型的實施例中，該四元陣傳感器為四通道高靈敏度聲音傳感器，由四個聲音傳感器組成，分別設(shè)置在十字支架的四條邊上并且分別連接該四路信號處理單元，四路信號處理單元中的兩路通過音頻檢測器連接微處理器，另外兩路直接連接微處理器，微處理器的輸出端連接狀態(tài)指示電路，并且微處理器還分別與無線通信模塊雙向連接。該四元陣傳感器用于采集四路音頻信號并分別發(fā)送給對應(yīng)的信號處理單元；該信號處理單元對音頻信號進(jìn)行放大、濾波處理并將經(jīng)處理后的兩路音頻信號發(fā)送給音頻檢測器；該音頻檢測器對該兩路音頻信號進(jìn)行特定頻段檢測當(dāng)音頻信號的頻率在該特定頻段范圍內(nèi)，則該音頻檢測器輸出響應(yīng)信號給微處理器以喚醒微處理器；微處理器在喚醒后采集四路音頻信號，根據(jù)四元陣傳感器時差算法模型計 算聲源方向角，并且確定森林盜竊行為，識別該森林盜竊行為的類型。該狀態(tài)指示燈采用LED燈來顯示微處理器的工作狀態(tài)，諸如休眠、喚醒、探測、通信等工作狀態(tài)。該微控制器控制無線通信模塊，將微控制器中的聲源方向角、森林盜竊行為的類型等發(fā)送給遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺。本實用新型采用太陽能板作為主要供電來源，適應(yīng)于野外環(huán)境使用；采用音頻檢測器對采集到的音頻信號進(jìn)行特定頻段檢測，只有在音頻信號的頻率在該特定頻段內(nèi)，即該音頻信號顯示可能存在森林盜竊行為時才喚醒微處理器開始工作，否則處于休眠狀態(tài)，由此大大降低了能源的浪費；并且采用無線通信模塊，可以將微處理器的處理和識別結(jié)果發(fā)送給遠(yuǎn)程監(jiān)測平臺，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測，降低了人力資源浪費。應(yīng)注意的是上述音頻檢測器可以采集兩路音頻信號進(jìn)行特定頻段檢測，也可以采集一路、三路等；無線通信模塊包括但不限於GSM模塊、GPRS模塊和SM模塊。在微處理器對音頻信號的處理過程中，聲源方向角的計算精度與其中四個聲音傳感器的布局有著密切的關(guān)系，且四個聲音傳感器的布局與微處理器的處理指令時間和電路延遲、數(shù)據(jù)采樣時間相關(guān)，傳統(tǒng)的四元陣傳感器中并未提及該觀點，且未對聲音傳感器的布局進(jìn)行限定。具體地，如圖2所示，該聲音傳感器SI和S3設(shè)置在X軸上，聲音傳感器S2和S4設(shè)置在Y軸上，設(shè)定M為聲源的幾何位置，M，為該聲源M在XY平面上的投影，tl2、tl3、tl4分別為聲源M到S2、S3、S4相對于SI的時間差；L為傳感器距離幾何中心O點的距離。根據(jù)時差法及三角幾何算法可以獲得聲源M在XY平臺上的投影聲源M’與X軸的聲源方向角β : β =arctan[(tl4-tl2)/tl3],由此可見,聲源方向角的計算精度與聲音傳感器的布局有著密切的關(guān)系。由于聲音在空氣中傳播的速度V (m/s)是氣溫T(°C)的一次函數(shù)，S卩v=331+0. 6T，即不同氣候條件下聲音在空氣中傳播速度與氣溫呈線性相關(guān)，氣溫越高則速度越快。如果設(shè)定該森林防盜探測裝置的工作溫度范圍為Tl T2°C，其中Tl、T2均為任意數(shù)值且Τ2ΧΓ1，則聲音的最高傳輸速度為Vmax=331+0. 6*T2，設(shè)定微處理器的處理指令時間為X，電路延遲及數(shù)據(jù)采樣時間為Y，則要求在該聲音最高傳輸速度Vmax下，傳感器模型的時間差大于Χ+Υ，由此可以計算出聲音傳感器與原點(即十字支架上十字交叉點)之間的最小距離為 Lmin= (X+Y)*Vmax= (X+Y) * (331+0. 6*T2)，其中 X、Y 為大于零的任意數(shù)值。在本實用新型的第一實施例中，設(shè)定該森林防盜探測裝置的工作溫度范圍要求工作在_40-80°C，則聲音的最高傳輸速度為Vmax=331+0. 6*80=379 (m/s)理想狀態(tài)下高速微處理器的處理指令時間為lus，電路延遲及數(shù)據(jù)采樣時間為4us，則要求在該聲音最高傳輸速度Vmax下，傳感器模型的時間差大于5us，由此可計算出聲音傳感器與原點的最小距離Lmin為Lmin=5*379*l(T6=l. 895mm ;此外當(dāng)高速微處理器處理指令時間與電路延遲及數(shù)據(jù)采樣時間之和大于或者等于IOOus時將嚴(yán)重影響音頻信號的計算精度，因此本實施例中聲音傳感器與原點的最大距離Lmax為LmaX〈100*379*l(T6=37. 9mm。由此，在本實施例中該聲音傳感器與十字交叉點之間距離的取值范圍為1. 895 37. 8 mm。優(yōu)選地，設(shè)定高速微處理器處理指令時間與電路延遲及數(shù)據(jù)采樣時間之和為50us，則該四元陣傳感器中四個聲音傳感器與十字交叉點之間的距離為L=18. 95mm。
·[0039]通過上述對四元陣傳感器的設(shè)計，不僅提高了音頻信號所對應(yīng)聲源方向角的計算精度，而且減小了十字支架的體積，便于安裝。如圖3 4所示，該森林防盜探測裝置采用外殼I將上述電路封裝在內(nèi)部，外殼I的前側(cè)安裝有狀態(tài)指示燈顯示屏2并通過第一螺釘8固定有防護(hù)罩7，該防護(hù)罩7用于防止該狀態(tài)指示燈顯示屏2損壞；該外殼I的后側(cè)通過第二螺釘9安裝有固定支架6 ;該外殼I的上方安裝有天線護(hù)套3，用于防止天線不損壞，以實現(xiàn)無線通信模塊的通信功能，且該外殼I的下方安裝有四元陣傳感器4 ;該外殼I的左右兩側(cè)分別安裝有太陽能板5。與傳統(tǒng)的太陽能板5安裝方式不同，如圖5所示，支撐架10用于支撐太陽能板，支撐密封管15通過自攻螺釘11固定在連接密封椎塞14上方，太陽能板的單芯導(dǎo)線13穿過支撐密封管15的下方并穿過密封椎塞14的中央孔，該單芯導(dǎo)線13與電源管理電路連接。在本實用新型的實施例中，外殼I采用工程塑料鑄塑成型或鋁合金壓鑄成型 ’天線護(hù)套3為合成橡膠成型，通過超聲波焊接或螺紋徑向密封；太陽能板4的支架為工程塑料鑄塑成型，通過超聲波焊接或螺紋徑向密封；太陽能板4為單晶或多晶板，采用玻璃或其它材料封裝；狀態(tài)指示燈顯示屏2采用光學(xué)玻璃或有機(jī)玻璃防護(hù)；防護(hù)罩7采用工程塑料鑄塑成型。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種森林防盜探測裝置，包括四元陣傳感器、四個信號處理單元和微處理器，其中該四元陣傳感器由四個聲音傳感器和十字支架組成，且該聲音傳感器分別設(shè)置在十字支架的四條邊上； 所述四元陣傳感器用于采集四路音頻信號并分別發(fā)送給對應(yīng)的信號處理單元； 所述信號處理單元用于對音頻信號進(jìn)行放大、濾波處理； 所述微處理器用于分別采集該經(jīng)處理后的音頻信號并計算該音頻信號的聲源方向角； 其特征在于所述四元陣傳感器中聲音傳感器與該十字支架上十字交叉點之間的距離L為L= (X+Y)* (331+0. 6*T2)，其中X、Y均為大于零的任意數(shù)值，Τ2為任意數(shù)值，X表示微處理器的指令處理時間，Y表示電路延遲及數(shù)據(jù)采樣時間，Τ2表示該森林防盜探測裝置 的最高工作溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的森林防盜探測裝置，其特征在于所述四元陣傳感器中聲音傳感器與該十字支架上十字交叉點之間距離L的取值范圍為I. 895 37. 8 mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的森林防盜探測裝置，其特征在于所述四元陣傳感器中聲音傳感器與該十字支架上十字交叉點之間的距離為18.95 mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的森林防盜探測裝置，其特征在于還包括音頻檢測器，所述音頻檢測器用于采集四個信號處理單元中至少一個的音頻信號，并對該音頻信號進(jìn)行特定頻段檢測當(dāng)該音頻信號的頻率在該特定頻段范圍內(nèi)，該音頻檢測器輸出響應(yīng)信號給微處理器以喚醒該微處理器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的森林防盜探測裝置，其特征在于還包括太陽能板、電源管理模塊和儲能裝置，該太陽能板用于將太陽能轉(zhuǎn)換成電能傳輸給電源管理模塊； 所述電源管理模塊用于在供電充足時由該太陽能板向該森林防盜探測裝置提供電源，并將多余電能存儲至該儲能裝置中，在供電不足時由儲能裝置向該森林防盜探測裝置提供電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的森林防盜探測裝置，其特征在于還包括無線通信模塊，用于實現(xiàn)微處理器的處理結(jié)果的無線傳輸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的森林防盜探測裝置，其特征在于還包括狀態(tài)指示燈，用于顯示微處理器的工作狀態(tài)。
專利摘要本實用新型公開了一種森林防盜探測裝置，屬于森林防盜領(lǐng)域。該裝置包括四元陣傳感器、四個信號處理單元和微處理器，本實用新型對四元陣傳感器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，使得四元陣傳感器中聲音傳感器與該十字支架上十字交叉點之間的距離L為L=(X+Y)*(331+0.6*T2)，其中X、Y均為大于零的任意數(shù)值，T2為任意數(shù)值，X為微處理器的指令處理時間，Y為電路延遲及數(shù)據(jù)采樣時間，T2為該森林防盜探測裝置的最高工作溫度。通過本實用新型，不僅提高了音頻信號所對應(yīng)聲源方向角的計算精度，而且減小了十字支架的體積，便于安裝。
文檔編號G08B13/00GK202422316SQ20122002546
公開日2012年9月5日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者何超, 彭鵬, 曹曉莉, 江朝元 申請人:重慶英卡電子有限公司