一種便攜式噪聲定位裝置的制作方法

本實(shí)用新型涉及一種環(huán)境聲音與噪聲檢測、噪聲定位、現(xiàn)場設(shè)備故障診斷等的裝置,特別是環(huán)境聲音或噪聲狀況檢測和定位的裝置。

背景技術(shù)：

目前，在聲音定位裝置方面，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的洪炳熔、朱曉光、王東木發(fā)明了一種對三維聲音定位的耳機(jī)，它結(jié)合人的雙耳進(jìn)行定位；廣西大學(xué)的龍鄒、韋祖旺發(fā)明了一種無線信標(biāo)聲音定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用聲音發(fā)生和接收裝置，并利用濾波器、比較器和中央控制器等進(jìn)行定位；上海贏誼電子設(shè)備有限公司的施玉松、徐福成、滕濤、陳霄、李偉發(fā)明了一種應(yīng)用在智能家居中的聲音定位裝置，由云臺攝像機(jī)、多路聲音采集陣列、聲音定位裝置、家庭智能主機(jī)和電源組成，使用FPGA和DSP器件實(shí)現(xiàn)聲音定位；天津天地偉業(yè)數(shù)碼科技有限公司的戴林、張海燕、陳運(yùn)輝發(fā)明了球機(jī)聲音定位跟蹤方法，采用在球機(jī)自身或附近安裝的4個以上的聲音傳感器，通過聲音傳感器采集并記錄接收到聲源信號時(shí)的時(shí)間，根據(jù)聲音傳感器接收到聲源信號時(shí)的時(shí)間計(jì)算得出聲源坐標(biāo)，根據(jù)聲源坐標(biāo)控制球機(jī)攝像部分指向聲源位置以實(shí)施監(jiān)控；目前申請的聲音定位的相關(guān)專利有36個，但都多是應(yīng)用于監(jiān)控系統(tǒng)，人的聲音定位；只有部分與環(huán)境和設(shè)備聲音定位有關(guān)。

同時(shí)，目前的聲音定位裝置常采用麥克風(fēng)陣列結(jié)合聲音定位裝置、或者比較器等來實(shí)現(xiàn)，并輔助其他設(shè)備如云臺、耳機(jī)、無線收發(fā)裝置實(shí)現(xiàn)聲音的定位；這些裝置一方面不能對環(huán)境聲音的相關(guān)環(huán)境或設(shè)備的健康狀態(tài)進(jìn)行檢測，另一方面存在攜帶不便、安裝使用不便等問題，而且便攜式裝置需要實(shí)時(shí)、快速、簡便的實(shí)現(xiàn)定位，目前定位算法計(jì)算復(fù)雜、資源要求多、高精度測量實(shí)現(xiàn)不便等特征不適合環(huán)境聲音定位應(yīng)用。并且，環(huán)境聲音狀況能反映環(huán)境噪聲的大小、也能反映設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)，而目前戶外可進(jìn)行檢測的裝置數(shù)量很少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型專利的目的是提供適合在環(huán)境聲音檢測和定位應(yīng)用的便攜式裝置；其結(jié)構(gòu)包括可充電電池、麥克風(fēng)傳感陣列、活動支架、量角器、處理器模塊和顯示模塊；所述的麥克風(fēng)傳感陣列通過導(dǎo)線與處理器模塊的A/D轉(zhuǎn)換接口相連接，所述的顯示模塊通過連接接口與處理器模塊的SPI口相連接，所述的電源分別為上述的各用電部件供電；而所述的麥克風(fēng)傳感陣列是四個安裝有麥克風(fēng)的硬件電路板，所述的硬件電路板包括聲音采集電路、信號放大電路；其特征在于麥克風(fēng)傳感陣列依據(jù)活動支架與量角器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行安裝，量角器中心作為定位的原點(diǎn)，支架及其延長線作為定位平面的X軸和Y軸。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：一是采用STM32F103CDE的ARM芯片作為中央處理器；二是采用4個麥克風(fēng)構(gòu)成聲音測量傳感陣列，而這四個麥克風(fēng)安裝在活動支架的四個頂點(diǎn)上；三是采用量角器進(jìn)行角度指示，并輔助0.96寸OLED進(jìn)行顯示；四是采用內(nèi)部存儲器保存數(shù)據(jù)，采用3V低電壓工作，使用USART與電腦進(jìn)行通信。

本裝置設(shè)有可充電電池、麥克風(fēng)傳感陣列、活動支架、角度器、處理器模塊和顯示模塊；其中電池提供系統(tǒng)電源，麥克風(fēng)傳感陣列進(jìn)行聲音或噪聲檢測，活動支架、角度器提供定位基準(zhǔn)，處理器模塊進(jìn)行定位計(jì)算與處理，顯示模塊進(jìn)行測量結(jié)果的現(xiàn)場顯示。

裝置所述的麥克風(fēng)傳感陣列通過導(dǎo)線與處理器模塊相連接，所述的顯示模塊通過連接接口與處理器模塊相連接，所述的電源分別為上述的各用電部件供電；而所述的麥克風(fēng)傳感陣列是四個安裝有麥克風(fēng)的硬件電路板，所述的硬件電路板包括聲音采集電路、信號放大電路。

本實(shí)用新型的有益效果是麥克風(fēng)陣列結(jié)合活動支架、角度器，其定位可靠性高，使用方便，簡單；所述的處理模塊，具有速度高和存儲容量大、處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)，便于定位算法的實(shí)現(xiàn)和測量結(jié)果的保存；顯示器模塊進(jìn)行現(xiàn)場顯示，便于用戶在不同場合下使用；使用的定位算法，便于在嵌入式系統(tǒng)中使用；采用低功耗的工作方式，裝置在不同的耗電量情況下，500mAH的電池可以連續(xù)工作100小時(shí)以上。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)連接方框圖，圖中：

1是由2個麥克風(fēng)模塊相距1米組成第1組麥克風(fēng)對

2是由2個麥克風(fēng)模塊相距1米組成第2組麥克風(fēng)對

3是量角器

4是0.96’OLED顯示模塊

5是處理器模塊

6是電源單元

圖2 是本實(shí)用新型采用的簡單的活動支架與量角器的結(jié)構(gòu)形式

1 是麥克風(fēng)模塊

2 是可伸縮支架

3 是量角器

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)例，對依據(jù)本實(shí)用新型提供的具體實(shí)施方式、結(jié)構(gòu)、特征詳述如下：

如圖1所示，一種便攜式環(huán)境聲音檢測與定位裝置，該裝置包括第1組麥克風(fēng)對1，第2組麥克風(fēng)對2，這2個部分構(gòu)成了環(huán)境聲音檢測與定位的信號采集模塊；量角器3用硬紙刻畫刻度做成；它結(jié)合 0.96’OLED顯示模塊4構(gòu)成環(huán)境噪聲或聲音強(qiáng)度與定位顯示與指示模塊；裝置中的信號采集模塊、強(qiáng)度與定位顯示模塊與處理器模塊5相連；而處理器模塊5進(jìn)行噪聲強(qiáng)度、定位計(jì)算，并存儲數(shù)據(jù)到內(nèi)部存儲器中，數(shù)據(jù)包括時(shí)間、噪聲強(qiáng)度、定位信息等；電源6包括電池與開關(guān)組成，它為系統(tǒng)提供電源供給。

圖1所述的麥克風(fēng)模塊1、2由Φ3駐極體傳聲器、信號放大電路組成；駐極體傳聲器采用全向型傳聲器，它的測量頻率范圍是50~20000Hz；信號放大電路是使用運(yùn)算放大器LM324做成的交流自舉放大電路，放大倍數(shù)是10-1000倍，可調(diào)節(jié)；工作電壓3.3V，輸出模擬信號，中心電平是1.15V。

圖1所述的量角器3采用全圓量角器，直徑為15-20cm，分辨率為6度；圖1所述的0.96‘OLED顯示模塊4，模塊中OLED驅(qū)動芯片采用SSD1306，模塊采用SPI總線與處理器STM32F103CDE相連，模塊工作電壓3.3V。

圖1所述的處理器模塊5由STM32F103CDE處理器最小系統(tǒng)、32.768kHz時(shí)鐘晶振、USART輸出接口、按鍵、穩(wěn)壓芯片AMS117-3.3V等組成；模塊采用中等容量STM32處理器，閃存為64K，RAM為20K；模塊采用Cortex-M3的32 RISC處理器，使用內(nèi)部集成上電復(fù)位(POR)/掉電復(fù)位(PDR)電路進(jìn)行電源管理；模塊采用內(nèi)部集成的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，由不間斷電池供電，使用外部晶體的32.768kHz，產(chǎn)生實(shí)時(shí)時(shí)間，時(shí)間設(shè)置開始可以通過串口設(shè)置；模塊采用后備寄存器保存最后一次定位或按鍵確定的定位信息，包括時(shí)間、噪聲強(qiáng)度、定位信息等；模塊使用自帶的4通道A/D，由1路ADC分時(shí)進(jìn)行聲音采集，每通道的采樣頻率為40kHz左右。

圖1所述的電源由3V鈕扣電池，4.8V可充電聚酯電池（500mAH組成）、開關(guān)組成，鈕扣電池與處理器模塊的時(shí)鐘供電端VBAT相連接；4.8V電池經(jīng)開關(guān)與處理器模塊相連接,為整個裝置提供電源。

所述的麥克風(fēng)模塊按照圖2的活動支架與量角器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行安裝；四個麥克風(fēng)模塊1分別處在可伸縮支架2的四個端，中間由量角器3組成。所形成的機(jī)械結(jié)構(gòu)中，量角器中心作為定位的原點(diǎn)，它也是可伸縮支架的交叉點(diǎn)；可伸縮支架及其延長線作為定位平面的X軸和Y軸。采用的定位方法以到達(dá)時(shí)間差、信號強(qiáng)度值，并結(jié)合信號頻譜特征進(jìn)行定位；實(shí)施方法是測量并記錄峰值到達(dá)時(shí)間、頻譜峰值與頻率大小、計(jì)算峰值強(qiáng)度到達(dá)圓弧交線，轉(zhuǎn)換成方向角與距離進(jìn)行定位。