一種基於物聯網架構的機場航空噪聲監測裝置製造方法
2023-07-26 07:06:46
一種基於物聯網架構的機場航空噪聲監測裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於物聯網架構的機場航空噪聲監測裝置，包括：電源模塊，所述電源模塊包括太陽能充電單元、以及與所述太陽能充電單元電連接的鋰電池；信號調理模塊，用於採集噪聲信號，並對所述噪聲信號進行前置濾波、放大、抗混疊濾波、以及模數轉換處理；數字處理模塊，用於接收所述信號調理模塊產生的數位訊號，通過上述數位訊號計算得出噪聲聲壓級；無線傳輸模塊，用於實現所述數字處理模塊與系統控制模塊之間的無線數據通信；系統控制模塊，用於實現電源模塊的管理，以及數字處理模塊的工作狀態管理。本發明具有數據傳輸方便、節能環保、可靠性高的優點。
【專利說明】一種基於物聯網架構的機場航空噪聲監測裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於機場噪聲監控領域，尤其涉及一種基於物聯網架構的機場航空噪聲監測裝置。
【背景技術】
[0002]為了適應經濟全球化的要求，人們設想如果從信息流通的角度將RFID技術、WSN技術、GPS技術、數字地球技術與網際網路結合起來，就能將網際網路的覆蓋範圍從「人」擴大到「物」。從而通過RFID技術、WSN技術和GPS技術採集獲取有關物流的信息，進而藉助網際網路對世界範圍內的物流信息進行快速、準確的識別與全程跟蹤，這種技術就是物聯網技術。物聯網技術已經在許多領域得到廣泛的應用。物聯網之所以會有如此廣泛的市場，主要是由於它可以對「物」進行有效地監測和控制，從而使人們的生活真正的達到智能化，進而提高人們的生活質量。
[0003]近年來，隨著民航業的飛速發展，全國各地正在不斷改建、擴建、新增大批機場，機場吞吐能力及佔地規模都相應地擴大。與此同時，機場周邊地區的城鎮化進程也隨之加快，機場用地與城鎮用地越來越靠近，由機場噪聲影響所引起的矛盾、糾紛也越來越多。機場噪聲汙染問題已經成為一個世界性的難題，嚴重影響著機場的可持續發展和機場與周邊的和諧發展。而機場噪聲監測是確定機場噪聲對居民的影響範圍、控制機場噪聲以及合理規劃機場周圍土地使用的重要依據。因此，機場噪聲監測裝置的重要性越來越明顯。
[0004]目前，傳統的機場噪聲監測裝置採取的基本技術方案是:在機場周圍設立若干個噪聲採集裝置，然後利用數據線將採集到的噪聲信息傳輸至遠端的控制監測中心；通過實踐環節發現:傳統機場噪聲監測裝置存在如下的缺陷:一、通信過程中需要架設通信線路，因此安裝、實施過程比較複雜；二、傳統的機場噪聲監測裝置採用蓄電池進行供電或者是採用導線進行供電，前者需要更換電池，後者需要鋪設導線，因此使用極其不便。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是:提供一種利用三層結構的CUDA架構，實現並行計算；提高算法效率的基於物聯網架構的機場航空噪聲監測裝置。
[0006]本發明為解決公知技術中存在的技術問題所採取的技術方案是:
[0007]一種基於物聯網架構的機場航空噪聲監測裝置，包括:
[0008]電源模塊，所述電源模塊包括太陽能充電單元、以及與所述太陽能充電單元電連接的鋰電池；
[0009]信號調理模塊，用於採集噪聲信號，並對所述噪聲信號進行前置濾波、放大、抗混疊濾波、以及模數轉換處理；
[0010]數字處理模塊，用於接收所述信號調理模塊產生的數位訊號，通過上述數位訊號計算得出噪聲聲壓級；
[0011]無線傳輸模塊，用於實現所述數字處理模塊與系統控制模塊之間的無線數據通?目;
[0012]系統控制模塊，用於實現電源模塊的管理，以及數字處理模塊的工作狀態管理。
[0013]作為優選技術方案，本發明還採用了如下技術特徵:
[0014]所述信號調理模塊由傳聲器、前級驅動濾波電路、程控增益儀表放大電路、以及抗混疊濾波與模數轉換晶片依次連接組成。
[0015]所述無線傳輸模塊包括多個Zigbee通信模塊；多個Zigbee通信模塊之間通過自組網的方式將噪聲信息發送至匯聚節點，最後由所述匯聚節點發送給中心控制平臺。
[0016]所述航空噪聲監測裝置測量噪聲信號的具體過程為:根據聲音信號的頻段，設計若干個1/3倍頻程數字濾波器，通過對原始噪聲聲壓級的分析，得到1/3倍頻程的頻譜，進而藉助其計算總的瞬時聲壓級；並通過對時間T之內的聲壓級進行時間計權，得到時間計權聲壓級，從而實現環境噪聲的測量；同時根據航空噪聲的頻譜特性，在1/3倍頻程頻譜基礎上進行濾波，從而實現航空噪聲的初步測量。
[0017]所述Zigbee通信模塊、信號調理模塊、數字處理模塊、鋰電池被密封於一個密封殼體內。
[0018]本發明具有的優點和積極效果是:一、由於本發明採用Zigbee通信模塊，同時依靠多個Zigbee通信模塊之間通過自組網的方式將噪聲信息發送至匯聚節點，因此與傳統技術相比更加方便，實現了數據的無線、快速傳輸；二、由於採用了太陽能充電單元進行供電，因此解決了鋪設導線負載的缺陷，同時具有節能，環保的優點；三、由於採用密封殼體將Zigbee通信模塊、信號調理模塊、數字處理模塊、鋰電池進行密封，因此可以很好地保護上述元器件不被破壞。
【專利附圖】
【附圖說明】`
[0019]圖1是本發明的功能模塊示意圖；
[0020]圖2是本發明的信號調理模塊示意圖；
[0021 ]圖3是本發明的數字處理模塊示意圖；
[0022]圖4是本發明的AD7606並口工作時序圖；
[0023]圖5是本發明的抗混疊濾波器頻響曲線圖；
[0024]圖6是本發明的數字處理模塊與無線傳輸模塊之間的通信示意圖；
[0025]圖7是本發明的電源模塊示意圖；
[0026]圖8是本發明的數字處理模塊工作流程圖；
[0027]圖9是本發明的系統控制模塊工作流程圖。
【具體實施方式】
[0028]為能進一步了解本發明的
【發明內容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，並配合附圖詳細說明如下:
[0029]請參閱圖1和圖7，一種基於物聯網架構的機場航空噪聲監測裝置，包括:
[0030]電源模塊，所述電源模塊包括太陽能充電單元、以及與所述太陽能充電單元電連接的鋰電池；
[0031]信號調理模塊，用於採集噪聲信號，並對所述噪聲信號進行前置濾波、放大、抗混疊濾波、以及模數轉換處理；
[0032]數字處理模塊，用於接收所述信號調理模塊產生的數位訊號，通過上述數位訊號計算得出噪聲聲壓級；
[0033]無線傳輸模塊，用於實現所述數字處理模塊與系統控制模塊之間的無線數據通?目;
[0034]系統控制模塊，用於實現電源模塊的管理，以及數字處理模塊的工作狀態管理。
[0035]其中:信號調理模塊是原始噪聲信號的採樣模塊，該模塊首先對低信噪比的噪聲信號進行轉換濾波放大處理，然後通過模數轉換器將其轉換成數位訊號發送到數字處理模塊；數字處理模塊主要完成對採樣得到的噪聲信號的數字處理工作，通過一系列計算得出噪聲聲壓級；所述具體計算過程為:根據聲音信號的頻段，設計若干個1/3倍頻程數字濾波器，通過對原始噪聲聲壓級的分析，得到1/3倍頻程的頻譜，進而藉助其計算總的瞬時聲壓級。並通過對時間T之內的聲壓級進行時間計權，得到時間計權聲壓級，從而實現環境噪聲的測量。同時根據航空噪聲的頻譜特性，在1/3倍頻程頻譜基礎上進行濾波，從而可以實現航空噪聲的初步測量；無線傳輸模塊主要完成無線數據的收發工作，一方面，該模塊接收數字處理模塊處理後的數據，並將接收到的數據發送至接收終端；另一方面，該模塊接收其他節點傳輸的數據，並將其轉發到接收終端；系統控制模塊主要完成系統的電源管理和狀態控制工作，電源模塊為系統提供能源，保證系統能夠正常穩定不間斷地工作。
[0036]請參閱圖2，信號調理 模塊主要由駐極體傳聲器、前級驅動濾波電路、程控增益儀表放大電路、以及抗混疊濾波電路和模數轉換晶片AD7606組成。
[0037]駐極體傳聲器是一種聲電器件，可以將聲音信號轉換成電信號；前級驅動濾波電路為傳聲器提供驅動電壓，同時對輸出的信號進行濾波處理；程控增益儀表放大電路通過對信號進行差分放大，從而達到抑制共模信號、放大差模信號的目的，同時可根據噪聲聲壓級的大小自動調節放大增益；抗混疊濾波電路用來濾除信號中的高頻幹擾噪聲，防止混疊效應的發生；模數轉換晶片AD7606完成信號的模數轉換，將模擬信號轉換成數位訊號。
[0038]請參閱圖3和圖4，圖3是本發明的數字處理模塊示意圖，圖4是本發明的AD7606並口工作時序圖；如圖3所示:數位訊號處理晶片(DSP)通過通用型之輸入輸出(GPIO)控制AD7606，通過並行接口進行數據傳輸。如圖4所示:模數轉換晶片AD7606內部集成的抗混疊濾波器，選擇在-5V~+5V的工作範圍，濾波器截止頻率為15ΚΗζ。
[0039]請參閱圖5，圖5是本發明的抗混疊濾波器頻響曲線圖；數位訊號處理晶片(DSP)通過通用型之輸入輸出(GPIO)控制程控增益儀表放大器的Α0、Α1的邏輯電平，並達到改變放大器的增益的目的。
[0040]請參閱圖6，圖6是本發明的數字處理模塊與無線傳輸模塊之間的通信示意圖；數位訊號處理晶片(DSP)將採集的噪聲數據通過UART 口發送至Zigbee通信模塊，再通過Zigbee通信模塊發送至匯聚節點，再由匯聚節點發送至中心控制平臺。
[0041]請參閱圖8和圖9，圖8是本發明的數字處理模塊工作流程圖；圖9是本發明的系統控制模塊工作流程圖；作為優選技術方案，在計算時間計權聲壓級時，具體實施方案如下:根據聲音信號的頻段，設計若干個1/3倍頻程數字濾波器，通過對原始噪聲聲壓級的分析，得到1/3倍頻程的頻譜，進而藉助其計算總的瞬時聲壓級。並通過對時間T之內的聲壓級進行時間計權，得到時間計權聲壓級，從而實現環境噪聲的測量。同時根據航空噪聲的頻譜特性，在1/3倍頻程頻譜基礎上進行濾波，從而可以實現航空噪聲的初步測量。
[0042]以上對本發明的實施例進行了詳細說明，但所述內容僅為本發明的較佳實施例，不能被認為用於限定本發明的實施範圍。凡依本發明申請範圍所作的均等變化與改進等，均應仍歸屬於本發明的專利涵蓋範圍之內。
【權利要求】
1.一種基於物聯網架構的機場航空噪聲監測裝置，其特徵在於:包括: 電源模塊，所述電源模塊包括太陽能充電單元、以及與所述太陽能充電單元電連接的鋰電池； 信號調理模塊，用於採集噪聲信號，並對所述噪聲信號進行前置濾波、放大、抗混疊濾波、以及模數轉換處理； 數字處理模塊，用於接收所述信號調理模塊產生的數位訊號，通過上述數位訊號計算得出噪聲聲壓級； 無線傳輸模塊，用於實現所述數字處理模塊與系統控制模塊之間的無線數據通信； 系統控制模塊，用於實現電源模塊的管理，以及數字處理模塊的工作狀態管理。
2.根據權利要求1所述的基於物聯網架構的機場航空噪聲監測裝置，其特徵在於:所述信號調理模塊由傳聲器、前級驅動濾波電路、程控增益儀表放大電路、以及抗混疊濾波與模數轉換晶片依次連接組成。
3.根據權利要求1所述的基於物聯網架構的機場航空噪聲監測裝置，其特徵在於:所述無線傳輸模塊包括多個Zigbee通信模塊；多個Zigbee通信模塊之間通過自組網的方式將噪聲信息發送至匯聚節點，最後由所述匯聚節點發送給中心控制平臺。
4.根據權利要求1-3任一項所述的基於物聯網架構的機場航空噪聲監測裝置，其特徵在於:所述航空噪聲監測裝置測量噪聲信號的具體過程為:根據聲音信號的頻段，設計若干個1/3倍頻程數字濾波器，通過對原始噪聲聲壓級的分析，得到1/3倍頻程的頻譜，進而藉助其計算總的瞬時聲壓級；並通過對時間T之內的聲壓級進行時間計權，得到時間計權聲壓級，從而實現環境噪聲的測量；同時根據航空噪聲的頻譜特性，在1/3倍頻程頻譜基礎上進行濾波，從而實現航空噪聲的初步測量。
5.根據權利要求3所述的基於物聯網架構的機場航空噪聲監測裝置，其特徵在於:所述Zigbee通信模塊、信號調理模塊、數字處理模塊、鋰電池被密封於一個密封殼體內。
【文檔編號】G01H11/06GK103759807SQ201310704292
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月16日 優先權日:2013年12月16日
【發明者】楊國慶, 徐濤, 呂宗磊, 丁建立, 袁家斌, 楊志嫻 申請人:中國民航大學