datasheet

数字语音驱鸟器阵列声场聚焦系统设计

2016-10-09来源: eepw关键字:数字语音  驱鸟器  阵列声场  聚焦系统
  引言

  鸟类在人类生存环境的生态平衡中起着重要的作用,人类采取各种措施并制定法规对其进行保护,但是迅速增加的动物数量对农业生产形成严重危害,造成了农产品产量和质量的下降。据不完全统计,全国98%以上的果园遭受过鸟害,每年造成的直接经济损失高达7亿元之巨。

  近年来,针对鸟害问题,国内外研究了一些驱赶害鸟的方法,主要是声音驱赶及形象驱赶。其中利用仿生学原理,采用一系列富有生物学意义的声音,如猛禽的叫声,鸟类遇难或报警叫声为控制手段的语音驱鸟装置,驱赶效果很好。本文采用数字语音驱鸟器阵列,通过波束形成方法实现声场聚焦,将驱赶声音链声场控制在期望区域,以达到良好驱鸟效果。

  声场聚焦原理

  目前,声场聚焦主要采用时间延迟(TD)和最大控制增益(MCG)两种方法实现。TD方法根据各扬声器单元到目标点处距离的差异所引入的时延差来调整各单元发射信号的相位,使目标点处的所有接收信号同相叠加以得到最大的声压强度,如图1所示。MCG方法不仅考虑到所有接收信号的时延差异,还考虑到其幅度衰落差异,通过调整阵元发射信号的幅度和相位,以实现目标点处的声场聚焦。

1.jpg 

  数字语音驱鸟器阵列系统设计

  为了有效驱赶果园中的害鸟,设计了6路驱鸟器阵列系统。该系统对语音数字信号相位调整,进行加权处理。再经过数模转换,通过功率放大器驱动多路扬声器输出。

2.jpg 

  图2为数字语音驱鸟器阵列系统框图。现场中央控制器获取入侵害鸟的位置信息后,根据驱鸟器阵列扬声器布置位置信息计算出声音链的加权值,并通过串行总线将加权值信息传送给微控制器,由微控制器给出驱赶声音链的播放策略,调整阵列信号的相位,通过控制地址发生器和功放开关,将预先存储的数字声音链经DAC转换后进行播放,达到声场聚焦的目的。

  声音链相位调整算法

  假设数字声音链信号可表示为:

       3.jpg 

  式中w为频率,A为幅值,j为相位偏移。权值,加权后数字声音链信号为:

   4.jpg 

  根据正交调制的方法实现信号的幅相调整。已知权值:

   5.jpg 

  对序列x[n]做IQ双路幅相调制可得:

   6.jpg 
       7.jpg8.jpg 
  

  其中 9.jpg 。加权后的数字信号可以由下式来计算:

   10.jpg 

  驱鸟器阵列分布设计

  扬声器的安放位置应该能够使声场覆盖区内的任何位置,合理的扬声器位置设计能够有效地控制扬声器的声场分布和满足投射距离的声压级要求,也有利于形成声音聚焦区,达到更好的驱鸟效果。根据扬声器的最大供声距离L和指向角a,确定了单个播放器的有效覆盖面积:

   11.jpg 

  考虑到设备总成本最小化,而单个驱鸟器成本固定,则需要确定最小的扬声器数量。该值与防治区域总面积,单个扬声器有效面积及播放器空间分布紧密相关,从而建立目标函数关系式:

   12.jpg 

  这里N为扬声器数量;S为防治区域总面积;s为单个扬声器有效面积;xi,yi为第i个扬声器在防治区域内坐标分布。对目标函数求解来获得理论上的位置分布情况,为实际驱鸟器阵列的布置提供基础参考。

  驱鸟器阵列系统硬件实现

  数字语音驱鸟器阵列系统由微控制器、地址发生器、存储器、DAC、功率放大器、扬声器组成。微控制器完成语音声音链的时延差计算、相位加权调整、播放及各模块同步控制。地址发生器由两个12位计算器组成,用于产生语音存储芯片的地址信号,地址发生器的计数时钟由微控制器提供。存储器中预先存储用于驱赶害鸟的数字语音信号。DAC转换器将数字语音信号转化为模拟信号,经功率放大器放大后,驱动扬声器阵列工作。微控制器选用Microchip公司的PIC18F6527,该控制器接口模块丰富,可以满足系统的功能要求。语音存储器为AMD公司的AM29F032B,容量为32Mbit,存储处理好的驱赶声音数字信号。DAC采用8位的AD557,实现数模转换。后级功率放大器为National Semiconductor公司的LM4950,可驱动7.5W的扬声器。由于整个硬件系统采用低功耗、模块化设计,具有休眠功能,系统使用方便,维护简单。目前,该系统已完成实验室调试。

  结语

  为了提高语音驱鸟器驱赶害鸟的效果,本文给出了数字语音驱鸟器阵列系统设计和声音链声场聚焦实现方法,并详细说明了硬件电路的实现。通过调整数字声音链阵列声源相位实现了声场聚焦,室内实验取得了较好的效果。由于果园现场周围情况复杂,下一步的现场使用还有大量工作要做。

关键字:数字语音  驱鸟器  阵列声场  聚焦系统

编辑:什么鱼 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/mcu/article_2016100930275.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:用单片机pic16f877a实现鼠标数据的采集
下一篇:PIC单片机实例七:SED1565型液晶串行驱动

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

美国成年人46%使用过数字语音助理 智能手机使用占比为最高

随着数字语音助理系统开始广泛应用在各种消费性电子产品中,最新调查报告显示,目前美国地区已有46%成年人使用过数字语音助理系统。其中18~49岁成年人使用占比为55%;50岁(含)以上使用占比为37%。 美国知名研究中心Pew Research Center最新公布报告显示,在各式数字语音助理装置中,有42%美国成年人是经由智能手机来使用语音助理系统;14%经由PC或平板电脑来使用;8%经由如智能音响等独立型装置;3%是透过其他装置。 虽然数字语音助理系统具有与汽车锁、家中照明,以及空调系统等相连,进行远端操控的功能,但目前仅有26%受访者表示,曾经进行过这类操作。 而在语音助理系统对口语指令的回应准确情形上,有39%受访者表示
发表于 2017-12-19

数字语音解码器的低功耗设计方案

近年来,随着个人手持多媒体设备的快速增长,低功耗设计变得越来越重要,甚至成为决定产品是否成功的关键,如笔记本电脑、PDA、移动电话等时尚消费和商务类电子产品,对电池的供电时间要求越来越高,高功耗成为延长电池使用时间突出的制约因素。CMOS数字电路的功耗主要由3部分组成:跳变功耗、短路功耗和静态漏电功耗。其中占系统功耗比例大于90%的为跳变功耗,也称动态功耗。对于SoC而言,所有的设计方法都是围绕着动态功耗来进行。如何从各个层次、各个方面尽量减少动态功耗,将是语音解码设计中的重点内容。1 语音解码器的低功耗设计策略SoC低功耗的设计应该从顶层到底层各个阶段进行优化设计的工作,主要运用各级的低功耗策略,通常在系统级、算法级、结构级
发表于 2017-08-14

亚马逊,谷歌数字语音辅助设备出货量将在2017年达到近300万部

谷歌最新发布的常驻聆听数字语音辅助设备Goolge Home和其竞争对手Amazon Echo有助于扩大数字语音辅助设备的市场规模。 Stategy Analytics最新调查研究表明,数字语音辅助设备这一产品类别将会发展迅猛,年度总出货量将会从2016年的180万部激增到2020年的1510万部。   零售方面,Google Home预计销售价格为129美元,比Amazon Echo便宜50美元。然而,亚马逊同样提供低端版本——Echo Dot,六组的售价为250美元。其价格更亲民,利于驱动消费者采用,这样消费者便可把Alexa设备放置在家里的每个房间。 如此低的价格,两家
发表于 2016-10-09
亚马逊,谷歌数字语音辅助设备出货量将在2017年达到近300万部

基于ADPCM的数字语音存储与回放系统设计方案

  0 引言   由单片机与FPGA共同完成语音的录制与回放,可以拥有丰富的接口资源和运算能力,鉴于PCM 的存储冗余值过大和DPCM 的量化噪声问题,ADPCM 成为了不错的压缩算法。同时为了拥有较高的共模抑制比、低失真、高功率和高输入阻抗,本文采用仪表放大器、立体声功率放大和控制芯片,结合ADPCM编码,设计并实现了具有采集速度快、存储时间长、语音回放质量良好的数字语音存储与回放系统。   1 系统设计框图   系统主要包括采集、处理与语音回放模块三个部分。对于采集模块,一般由麦克风或者耳机输入的语音通过前置放大和低通滤波等预处理之后,完成A/D 转化。对于语音处理模块来说,进行ADPCM 的编码以及FFT运算,可将
发表于 2013-10-08
基于ADPCM的数字语音存储与回放系统设计方案

基于DSP的双通道数字语音监录器设计

随着数字信号处理芯片(DSP)的发展,语音编解码技术日益广泛地应用于军事、民用和监控等领域。就语音监录器而言,它可应用于运输、公安、消防、电话服务质量监督等诸多领域。1999年9月,铁道部公布了《铁路运输数字通讯记录仪技术条件》,对铁路运输部门行车作业、调度指挥中使用的通话语音记录仪器的功能、技术要求、测量方法、检验规则等做出了详细规定。本文所介绍的系统符合其各项规定,通过了铁道部的鉴定,现正在推广与完善之中。 1 系统功能· 采用FLASH半导体存储器,制成可插拔的卡式结构,存储容量可变。系统为双通道双卡式结构,目前设计的单卡可存储多达14小时的语音。系统也可在单卡状态下工作。· 用户界面为键盘和液晶显示屏,包括时间显示
发表于 2013-09-24
基于DSP的双通道数字语音监录器设计

聚焦系统验证 是德/国研院芯片中心签署5G合作备忘录

是德科技(Keysight Technologies)与国家实验研究院(国研院)晶片系统设计中心签署5G通讯技术合作备忘录,是德将捐赠向量讯号产生器、任意波形产生器与高阶示波器等仪器,加上5G基频讯号验证资料库软体给晶片中心,协助晶片系统设计中心建构出5G毫米波通讯系统验证能力,同时有助于与国际接轨。   台湾是德科技董事长张志铭(左)表示,藉由捐赠仪器与资料库,国研院晶片系统设计中心与台湾学术界的5G毫米波研究将可时时与国际接轨。图右为国研院院长罗清华。 台湾是德科技董事长张志铭表示,该公司与全球各地的顶尖研究机构均有紧密合作关系,这次与晶片系统设计中心合作,除了捐赠仪器,建构系统验证的能力外,5G基频讯号验证
发表于 2016-06-14

小广播

何立民专栏

单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2019 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved