一種組合式植物聲頻調控方法
2024-01-19 01:38:15
專利名稱：一種組合式植物聲頻調控方法
技術領域：
本發明涉及聲頻調控方法，尤其涉及一種組合式植物聲頻調控方法。
背景技術：
聲頻調控技術作為一種新興的現代物理農業高新技術之一，主要是通過對生物生長環境中聲波的調控，來實現農產品的高產優質。有研究表明，不同的頻率及強度的聲波對植物生長的促進效果是不一樣的。聲波對農作物的促長效果關鍵取決於對環境中的聲頻的調控方式。聲波的頻率及對應的聲頻強度是影響聲波促長效果的關鍵因素，因此，對於植物聲頻調控技術在現代物理農業中的應用，實現加載組合聲頻中各頻率點或頻帶聲波強度的準確性是很有必要的。但是，目前現有的植物聲頻調控方法採用開環的方式，即以某確定的聲音文件作為聲源輸出給發聲器(音箱)，但是在設施作物栽培室中採用聲頻促長技術時， 由於環境設施對聲音的來回反射、設施材料對不同聲頻的吸收作用等影響，使得實際聲頻信息失真度較大，造成加載的組合聲頻與原先希望的組合聲頻相差較大，這在一定程度上影響聲頻對作物的促長效果。
快速傅立葉變換是離散傅立葉變換的一種快速算法，它能克服時間域與頻率域之間相互轉換的計算障礙。採用這種算法進行離散傅立葉變換相比於傳統算法其所需要的乘法次數大為減少，特別是在被變換的抽樣點數N很多時，FFT算法計算量的節省就越顯著，這使得該方法在對內存空間敏感的嵌入式微處理系統設備中的應用成為可能。而小波變換在時域和頻域同時具有良好的局部化性能，有一個靈活可變的時間-頻率窗，相比於傅立葉變換、加窗傅立葉變換，它能更有效的從信號中提取信息，通過伸縮和平移等運算功能對函數或信號進行多尺度細化分析，解決了許多傅立葉變換不能解決的問題；它是在傅立葉分析的基礎上發展產生的一種信號分析工具，即具有傅立葉分析的優點，比如能夠在頻率域進行分析，同時它還克服了傅立葉分析的不足，具有局部分析的功能，它可以先從整體上對目標信號進行分析，再分析目標信號的局部細節信息。受植物生長環境的影響，對環境中加載的組合式聲頻信息的分析一般比較複雜，其中聲頻信號分析方法對於植物聲頻的調控效果起到關鍵作用。因此，本發明採用快速傅立葉變換及小波變換相結合的分析手段，提供了一種組合式植物聲頻調控方法。
發明內容
本發明的目的是通過克服現有技術的不足，提供了一種組合式植物聲頻調控方法。
本發明所採用的技術方案包含以下步驟 組合式植物聲頻調控方法的步驟如下
1)測試調控環境中加載的組合式聲頻，對其進行頻率特性分析，確定組合聲頻在各個頻率點或頻帶的聲壓分布；2)將離散組合聲頻信號進行小波變換的結果與期望輸出的組合聲頻信號作小波比對， 根據各頻率點或頻帶的聲壓分布與促進植物生長所需的聲頻組合的聲壓信號作小波比對的結果，得到兩者在各頻率點或倍頻帶上的差；
3)根據兩者在各頻率點或倍頻帶上的差，修正聲波發生器在各個頻率點或倍頻帶的輸出電壓，使植物聲頻調控環境中組合式聲頻的各頻率點或頻帶聲壓分布達到植物聲頻試驗所確定的要求。
所述的步驟1)為先利用聲壓傳感器採集植物生長環境中的組合聲頻模擬信號；然後將採集到的組合聲頻模擬信號進行A/D轉換得到數字離散信號；再對數位化的離散組合聲頻信號進行小波變換得到組合聲頻在各個頻率點或頻帶的聲壓分布。所述的步驟3)為根據小波比對的結果，如果採集信號與期望輸出信號的能量分布相匹配的話，則在2s後轉入下一輪的植物聲頻信號採集與小波分析，如果不匹配，則對採集到的離散組合聲頻信號作快速傅立葉變換，然後將變換結果中的各頻率分量作加權校正處理，延時2s後轉入下一輪的植物聲頻信號採集與小波分析，通過調整各頻率或頻帶輸出的電壓幅度分量，實現對各個頻率點的聲壓修正；如此循環，從而保證了在設施環境中加載的組合聲頻各頻率點或頻帶能量分布的均勻，實現對植物生長環境中的組合式聲頻的各頻率點或頻帶能量的調控。本發明與現有技術相比具有的有益效果
1)本發明實現了調控環境中組合式聲頻中各頻率點或頻帶聲能量的準確分布；
2)本發明減小了由於揚聲器頻響效果不佳對聲頻調控輸出的影響；
3)本發明減小了由於設施環境中聲波的來回反射及材料吸收給加載聲頻輸出帶來的影響。
圖1是組合式植物聲頻調控方法的技術路線圖； 圖2是組合式植物聲頻特性的分析與處理流程圖。
具體實施例方式組合式植物聲頻調控方法的步驟如下
1)測試調控環境中加載的組合式聲頻，對其進行頻率特性分析，確定組合聲頻在各個頻率點或頻帶的聲壓分布；
2)將離散組合聲頻信號進行小波變換的結果與期望輸出的組合聲頻信號作小波比對， 根據各頻率點或頻帶的聲壓分布與促進植物生長所需的聲頻組合的聲壓信號作小波比對的結果，得到兩者在各頻率點或倍頻帶上的差；
3)根據兩者在各頻率點或倍頻帶上的差，修正聲波發生器在各個頻率點或倍頻帶的輸出電壓，使植物聲頻調控環境中組合式聲頻的各頻率點或頻帶聲壓分布達到植物聲頻試驗所確定的要求。
所述的步驟1)為先利用聲壓傳感器採集植物生長環境中的組合聲頻模擬信號；然後將採集到的組合聲頻模擬信號進行A/D轉換得到數字離散信號；再對數位化的離散組合聲頻信號進行小波變換得到組合聲頻在各個頻率點或頻帶的聲壓分布。
所述的步驟3)為根據小波比對的結果，如果採集信號與期望輸出信號的能量分布相匹配的話，則在2s後轉入下一輪的植物聲頻信號採集與小波分析，如果不匹配，則對採集到的離散組合聲頻信號作快速傅立葉變換，然後將變換結果中的各頻率分量作加權校正處理，延時2s後轉入下一輪的植物聲頻信號採集與小波分析，通過調整各頻率或頻帶輸出的電壓幅度分量，實現對各個頻率點的聲壓修正；如此循環，從而保證了在設施環境中加載的組合聲頻各頻率點或頻帶能量分布的均勻，實現對植物生長環境中的組合式聲頻的各頻率點或頻帶能量的調控。
實施例本實施例是在一個容積為600升的人工氣候箱中進行，以在該氣候箱中加載 1100HZ、2200HZ、3300HZ的組合式聲頻為例，實現該組合式聲頻在1100HZ、2200HZ、3300HZ 三個頻率在箱體中間位置處的聲壓均為90dB。如圖1和圖2所示，本實施例的實施過程如下通過聲波發生器輸出1100HZ、 2200HZ.3300HZ的組合式聲頻信號到箱體內的揚聲器中；利用安裝於箱體中間處的聲壓傳感器採集氣候箱內的被加載的組合聲頻模擬信號；然後將採集到的組合聲頻模擬信號進行 A/D轉換得到數字離散信號；再對數位化的離散組合聲頻信號進行小波變換得到組合聲頻在1100HZ、2200HZ、3300HZ三個頻率點的聲壓分布；將採集到的離散組合聲頻信號進行小波變換的結果與期望輸出的頻率為1100HZ、2200HZ、3300HZ且聲壓均為90dB的聲頻信號作小波比對，得到兩者在1100HZ、2200HZ、3300HZ三個頻率點的差；根據小波比對的結果，如果採集信號是頻率為1100HZ、2200HZ、3300HZ且聲壓均為90dB的組合式聲頻信號，則在2s 後轉入下一輪的植物聲頻信號採集與小波分析，否則就對採集到的離散組合聲頻信號作快速傅立葉變換，然後將變換結果中的1100HZ、2200HZ、3300HZ三個頻率分量作加權校正處理，延時2s後轉入下一輪的植物聲頻信號採集與小波分析，通過調整各頻率或頻帶輸出的電壓幅度分量，實現對各個頻率點的聲壓修正；如此循環，從而保證了氣候箱中加載的組合聲頻在1100HZ、2200HZ、3300HZ三個頻率點在箱體內同一位置處能量分布的均勻，實現對植物生長環境本例中即氣候箱中的組合式聲頻的各頻率點或頻帶能量的調控。
權利要求
1.一種組合式植物聲頻調控方法，其特徵在於它的步驟如下1)測試調控環境中加載的組合式聲頻，對其進行頻率特性分析，確定組合聲頻在各個頻率點或頻帶的聲壓分布；2)將離散組合聲頻信號進行小波變換的結果與期望輸出的組合聲頻信號作小波比對， 根據各頻率點或頻帶的聲壓分布與促進植物生長所需的聲頻組合的聲壓信號作小波比對的結果，得到兩者在各頻率點或倍頻帶上的差；3)根據兩者在各頻率點或倍頻帶上的差，修正聲波發生器在各個頻率點或倍頻帶的輸出電壓，使植物聲頻調控環境中組合式聲頻的各頻率點或頻帶聲壓分布達到植物聲頻試驗所確定的要求。
2.根據權利要求1所述的一種組合式植物聲頻調控方法，其特徵在於所述的步驟1) 為先利用聲壓傳感器採集植物生長環境中的組合聲頻模擬信號；然後將採集到的組合聲頻模擬信號進行A/D轉換得到數字離散信號；再對數位化的離散組合聲頻信號進行小波變換得到組合聲頻在各個頻率點或頻帶的聲壓分布。
3.根據權利要求1所述的一種組合式植物聲頻調控方法，其特徵在於所述的步驟3) 為根據小波比對的結果，如果採集信號與期望輸出信號的能量分布相匹配的話，則在^ 後轉入下一輪的植物聲頻信號採集與小波分析，如果不匹配，則對採集到的離散組合聲頻信號作快速傅立葉變換，然後將變換結果中的各頻率分量作加權校正處理，延時2s後轉入下一輪的植物聲頻信號採集與小波分析，通過調整各頻率或頻帶輸出的電壓幅度分量，實現對各個頻率點的聲壓修正；如此循環，從而保證了在設施環境中加載的組合聲頻各頻率點或頻帶能量分布的均勻，實現對植物生長環境中的組合式聲頻的各頻率點或頻帶能量的調控。
全文摘要
本發明公開了一種組合式植物聲頻調控方法。它的步驟如下1)測試調控環境中加載的組合式聲頻，對其進行頻率特性分析，確定組合聲頻在各個頻率點或頻帶的聲壓分布；2)將離散組合聲頻信號進行小波變換的結果與期望輸出的組合聲頻信號作小波比對，根據各頻率點或頻帶的聲壓分布小波比對的結果，得到兩者在各頻率點或倍頻帶上的差；3)根據兩者在各頻率點或倍頻帶上的差，修正聲波發生器在各個頻率點或倍頻帶的輸出電壓，使得組合式聲頻的各頻率點或頻帶聲壓達到植物聲頻試驗所確定的要求。本發明實現了聲波調控環境中組合式聲頻各頻率點或頻帶聲能量的準確分布。減小了由於揚聲器頻響效果不佳或設施環境中聲波的來回反射及材料吸收對聲頻輸出的影響。
文檔編號A01G7/06GK102394064SQ20111025206
公開日2012年3月28日 申請日期2011年8月30日 優先權日2011年8月30日
發明者朱松明, 蔡衛明, 賀惠農 申請人:浙江大學