一種適用於國內機場飛行區驅鳥的數字驅鳥系統的製作方法

2023-05-27 12:03:41 1

專利名稱：一種適用於國內機場飛行區驅鳥的數字驅鳥系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於電子、通信與自動控制技術領域。
背景技術：
當前，隨著各個應用領域對智能設備的需求迅速增長，嵌入式系統的開發已逐漸成為軟硬體領域的研究熱點。嵌入式系統是以應用為中心、以計算機技術為基礎，採用「量體裁衣」的方式把所需的功能嵌入到各種應用系統中，它融合了計算機軟/硬體技術、通信技術和半導體微電子技術，是信息技術IT的最終產品。語音處理技術是建立在語音學和數位訊號處理基礎之上的，對語音信號模型進行分析、存儲(編碼)、傳輸、識別和合成等方面研究的一門綜合性學科。其中，語音存儲技術的核心是語音編碼技術。除七八十年代PCM(脈衝編碼調製)、ADPCM(自適應差分脈衝編碼調製)、AM(增量調製)、LPC(線性預測編碼)和ME-LPC(多脈衝激勵線性預測編碼)已經取得較大進展之外，近幾年又出現了更好的編碼算法，語音存儲技術正在向高速率、高質量、大容量發展。採用嵌入式技術對高速的語音信號進行實時處理，再加上日臻成熟的語音信號處理算法，充分實現了嵌入式技術和語音處理技術的完美結合。

發明內容
本發明的目的就是提供一種降低機場鳥類撞機事件的概率和次數，保障飛行安全、提高安全係數的適用於國內機場飛行區驅鳥的數字驅鳥系統。
本發明的技術解決方案是，錄製鳥類圖像和聲音，使用線編設備分離聲音，通過聲音採集建立對常見鳥類具有明顯驅鳥效果的驅鳥音頻庫。將驅鳥聲音轉換為利於採用音頻壓縮算法的.Wav音頻格式。通過嵌入式系統板解決與語音晶片接口的問題，完成對語音信號的採集、壓縮、數字濾波並將之存儲到語音電路板，同時完成數模轉換，將數字語音輸出到功率放大電路。功率放大電路採用寬頻20Hz-5KHz的數字寬頻放大器完成對智能數字驅鳥器的功率放大。
一種適用於國內機場飛行區驅鳥的數字驅鳥系統，由硬體和軟體兩部分構成。
a.本發明的硬體部分驅鳥器由鍵盤1、MCU/SPCE061A 2、高速D/A 3、快閃記憶體/SPR4096 4、寬頻功放5和喇叭6構成，整個驅鳥器系統以MCU/SPCE061A 2為核心，鍵盤1通過IOA0、IOA1、IOA2與MCU/SPCE061A 2相連，外擴的存儲器快閃記憶體/SPR4096 4通過IOB0、IOB1與MCU/SPCE061A 2相連，高速D/A 3連接到MCU/SPCE061A 2的DAC，寬頻功放5接在高速D/A 3的輸出端，喇叭6接在寬頻功放5的輸出端；b.使用驅鳥器進行驅鳥的方法是，首先對整個驅鳥晶片系統進行初始化，完成對系統硬體的基本設置，包括設置默認的工作方式及狀態，然後開始對鍵盤進行周期性掃描，如果無按鍵被按下，則採用我們默認的工作方式播放語音，存儲20多種對鳥類有明顯驅鳥效果的聲音，並按季節分為4組，不同季節播放不同的聲音組合。在播放驅鳥聲音時，採用大於2∶1的方案，即如果播放的是6秒的驅鳥聲音，播放完畢後就休息12-20秒，然後接著播放另一首聲音，這樣的目的就是滿足寬頻功放長時間穩定工作的要求。採用2Hz定時中斷方式對每種組合進行循環播放，全天工作13個小時。如果有按鍵被按下，根據按鍵我們可以調整語音播放的時間間隔及播放次數。
播放語音主程序工作過程描述首先進行語音播放初始化，主要完成對手動工作方式、定時器、中斷和DAC等的初始化設置。然後判斷語音隊列是否滿，如果沒有滿，則獲取語音資源並填充到語音隊列；如果語音隊列滿了，判斷是否到語音的結束地址，是的話就停止放音，否則解碼獲取數據並播放，最後等待播放完畢，結束整個程序。
語音播放中斷服務子程序工作工程描述在完成語音播放初始化之後，等待FIQ是否是TimerA中斷，如果是的話，清中斷狀態並從播放隊列取出數據送DAC輸出，然後寄存器組出棧，中斷返回。如果不是TimerA中斷，則只清中斷狀態，對寄存器組進行出棧操作，中斷返回。
本發明的有益效果是，驅除機場飛行區草坪的各種鳥類，大大降低機場鳥類撞機事件的概率和次數，保障飛行安全、提高安全係數，滿足民航總局、各機場領導對驅鳥工作的要求，從而提高機場股份公司和航空公司的經濟效益。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步說明。
圖1是本發明的硬體結構圖。
圖2是本發明的外擴存儲器快閃記憶體/SPR4096的工作電路。
圖3是本發明的系統軟體流程。
圖中，1.鍵盤，2.MCU/SPCE061A，3.高速D/A，4.快閃記憶體/SPR4096，5.寬頻功放，6.喇叭。
具體實施例方式
1、聲音採集和驅鳥音頻庫的建立聲音採集的目的是建立對常見鳥類具有明顯驅鳥效果的驅鳥音頻庫。由鳥類天敵、鳥類的慘叫和驚嚇聲音組成。採集的過程是將目標聲音轉換為數字音頻編碼的碼流。本系統音頻格式採用的是.Wav格式，所以需要將目標聲音轉換為.Wav格式。經過與電聲學家的探討，為獲取儘可能高的信噪比，提高數字語音的語音質量，採取如下方案(1)採用索尼公司的dcom攝像機錄製圖像和聲音。
(2)使用線編設備分離聲音。
(3)轉換為.wav文件。
2.嵌入式系統板的硬體結構，採用SPCE061A作為嵌入式系統板的核心微處理器，搭構了一個完整的單片機系統，包括微處理器(MCU)，快閃記憶體(Flash RAM)，鍵盤，功率放大器和喇叭。利用凌陽SPCE061A 16位單片機的語音處理功能，對存儲在快閃記憶體中的語音資源進行播放，並能根據按鍵隨時調節播放時間和順序，單片機解碼後的語音信號從高速D/A口輸出，通過設計的寬頻功率放大器驅動喇叭放音。
3、語音的存儲電路的設計採用外擴存儲器SPR4096 Flash RAM作為語音文件存儲介質。SPR4096內含512K×8bit FlashRAM和4K×8bit SRAM，512K×8bitsFLASH，共分為256扇區，每扇區2k字節，通信接口採用串行方式，內部有VDDI、VDDQ兩種電源，其中VDDI(2.25V～2.75V)作為內部Flash Memory和邏輯控制塊的電源，VDDQ(2.25～3.6)作為I/O口電源，最大支持時鐘5MHz。
4.採用子帶壓縮算法對數碼格式的驅鳥聲音進行壓縮。
考慮到嵌入式語音系統的存儲器容量，採用子帶壓縮算法對數碼格式的驅鳥聲音進行壓縮。子帶壓縮算法指的是凌陽音頻壓縮算法SACM_A2000，該壓縮算法壓縮比較小，為8∶1，所以具有高質量、高碼率的特點，適用於高保真音樂和語音。
5.編制D/A、編碼、解碼程序模塊通過深入研究、剖析SPCE061A的硬體結構、指令系統及所提供的API函數庫，編制適合驅鳥晶片系統的D/A、編解碼、濾波程序模塊。
6.軟體的設計與實現主程序流程如圖所示，程序用彙編語言和C語言編寫。軟體系統中功能模塊主要包括四個，語音壓縮模塊、語音存儲模塊、定時模塊和聲音播放模塊，分別介紹如下。
(1)語音壓縮與解碼模塊由於採集的聲音為數字音源，佔用資源較多，所以必須對聲音壓縮後才能存儲到語音晶片之中。解碼是將數字語音恢復到相應的PCM格式，為使聲音應該具有較高信噪比，在這個模塊加入了數字濾波的程序。
(2)數據存儲模塊為了實現驅鳥聲音的多樣化，本項目建立了語音資源庫，通過數據存儲模塊，可以把壓縮編碼後的語音資料存儲在外擴的大容量閃速存儲晶片中，這樣可以很方便地通過程序控制進行有選擇的播放。
(3)定時模塊定製了聲音播放的長短和間隔，模塊中編制了多個定時程序可以通過調用靈活控制驅鳥聲音的播放方式。
(4)聲音播放模塊主要功能是決定對存儲在語音晶片的驅鳥聲音的調用方式，並調用定時模塊進行間隔播放和隨機播放。高速和高精度保證了轉換後的信號的質量和平滑性。
附表1為驅鳥晶片參數列表。
附表1

權利要求
1.一種適用於國內機場飛行區驅鳥的數字驅鳥系統，其特徵在於，a.本發明的硬體部分驅鳥器由鍵盤(1)、MCU/SPCE061A(2)、高速D/A(3)、快閃記憶體/SPR4096(4)、寬頻功放(5)和喇叭(6)構成，整個驅鳥器系統以MCU/SPCE061A(2)為核心，鍵盤(1)通過IOA0、IOA1、IOA2與MCU/SPCE061A(2)相連，外擴的存儲器快閃記憶體/SPR4096(4)通過IOB0、IOB1與MCU/SPCE061A(2)相連，高速D/A(3)連接到MCU/SPCE061A(2)的DAC，寬頻功放(5)接在高速D/A(3)的輸出端，喇叭(6)接在寬頻功放(5)的輸出端；b.使用驅鳥器進行驅鳥的方法是，首先對整個驅鳥晶片系統進行初始化，然後開始對鍵盤進行周期性掃描，最後播放語音；播放語音主程序工作過程是首先進行語音播放初始化，完成對手動工作方式、定時器、中斷和DAC等的初始化設置，然後判斷語音隊列是否滿，如果沒有滿，則獲取語音資源並填充到語音隊列；如果語音隊列滿了，判斷是否到語音的結束地址，是的話就停止放音，否則解碼獲取數據並播放，最後等待播放完畢，結束整個程序。
2.根據權利要求1所述的一種適用於國內機場飛行區驅鳥的數字驅鳥系統，其特徵在於，對鍵盤進行周期性掃描時，無按鍵被按下，則在播放驅鳥聲音時，採用大於2∶1的方案，即播放的是6秒的驅鳥聲音，播放完畢後就休息12-20秒，然後接著播放另一首聲音，採用2Hz定時中斷方式對每種組合進行循環播放，全天工作13個小時。
3.根據權利要求1所述的一種適用於國內機場飛行區驅鳥的數字驅鳥系統，其特徵在於，對鍵盤進行周期性掃描時，有按鍵被按下，根據按鍵要求調整語音播放的時間間隔及播放次數。
4.根據權利要求1所述的一種適用於國內機場飛行區驅鳥的數字驅鳥系統，其特徵在於，語音播放中斷服務子程序工作工程是在完成語音播放初始化之後，等待FIQ是否是TimerA中斷，如果是的話，清中斷狀態並從播放隊列取出數據送DAC輸出，然後寄存器組出棧，中斷返回；如果不是TimerA中斷，則只清中斷狀態，對寄存器組進行出棧操作，中斷返回。
全文摘要
一種適用於國內機場飛行區驅鳥的數字驅鳥系統屬於電子、通信與自動控制技術領域。本發明的硬體部分驅鳥器以MCU/SPCE061A為核心，由鍵盤、MCU/SPCE061A、高速D/A、快閃記憶體/SPR4096、寬頻功放和喇叭構成；錄製鳥類圖像和聲音，使用線編設備分離聲音，通過聲音採集建立對常見鳥類具有明顯驅鳥效果的驅鳥音頻庫。將驅鳥聲音轉換為利於採用音頻壓縮算法的Wav.音頻格式。通過嵌入式系統板解決與語音晶片接口的問題，完成對語音信號的採集、壓縮、數字濾波並將之存儲到語音電路板，同時完成數模轉換，將數字語音輸出到功率放大電路。本發明的有益效果是，驅除機場飛行區鳥類，保障飛行安全，適用於機場驅鳥等領域。
文檔編號A01M29/16GK1860869SQ20061004672
公開日2006年11月15日 申請日期2006年5月25日 優先權日2006年5月25日
發明者宋利民 申請人:大連海事大學