新型拾音報警器的製造方法
2023-10-06 11:12:54
新型拾音報警器的製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種新型拾音報警器，其不僅能夠根據異常聲音的強度進行判別報警，還能夠根據聲音的響動次數以及持續時間長短進行判斷報警，減少誤報警發生的概率；方案是，包括殼體，殼體上的話筒信號經過U1A進行一級放大，R10和R11為直流偏置電路，音頻信號經過U1A放大，輸出為兩路，一路經C9和R15傳遞到第二級放大器U1B，然後傳遞到模數轉換器接口，經微處理器U2及其周圍電路進行聲音特徵分析，進而判斷是否觸發報警，另一路經過C10和R16傳遞到U1C二級放大，經U1D組成的電壓跟隨電路輸出模擬音頻信號；本實用新型不僅能夠根據異常聲音的強度進行判別報警，還能夠根據聲音的響動次數以及持續時間長短進行判別報警，減少誤報警發生的概率。
【專利說明】新型拾音報警器【技術領域】
[0001]本實用新型涉及安防報警設備，特別是一種新型拾音報警器。
【背景技術】
[0002]這些年，隨著科學技術在各個行業比重的加強以及安防產業的不斷壯大，科技與安防的聯繫更加緊密，得益於眾多高新技術手段的應用，安防產業正以井噴的態勢滲透到人們生產和生活的各個角落，在安防監控領域中應用比較廣泛的產品有攝像頭、紅外報警器、拾音器等，攝像頭以圖像監控為主，配合一些圖像分析算法，可對一些場景發生的特殊情況進行報警，如移動偵測報警、越界報警等，但是受天氣、光線等環境影響比較大，紅外報警器包括雙鑑、紅外對射和紅外探頭等，是安防報警產品的主力軍，紅外報警器通過主動發射或被動接收紅外光來感知入侵，性能穩定可靠，適用在開闊空間，不能有遮擋物，拾音器是一種高靈敏度的話筒，在監控行業中的應用也比較廣泛，一般用來監聽周邊環境傳來的聲音，或從前端採集聲音至錄音系統以備聲音覆核用。
[0003]拾音報警器是利用聲音特徵分析進行報警的一種報警產品，目前此類報警方式的研究很多:有利用判斷聲音強度出發報警器的，有利用聲音特徵識別進行報警的，而此類報警器產品的名稱也是多種多樣，如聲控報警器、聲強報警器、異常聲音報警器等；拾音報警器的拾音功能是對攝像頭功能的補充，而它的報警功能相對於其它報警器也具有明顯的優勢，例如在一定空間內沒有死角，可以安裝在室內隱蔽的地方，不發射光波或無線電波，能耗低、輻射小等 ，由於利用聲強進行報警誤報率高，而利用聲音特徵識別難度大，實用性不強，此類產品一直不被市場認可、也未能大面積普及。
[0004]目前，市場上出現的拾音報警器結構有以下幾種:1、拾音加紅外探頭，紅外探頭觸發報警，通過拾音器監聽聲音，這種報警器沒有利用聲音進行判別是否觸發報警，其實應歸屬在紅外報警器類中；2、拾音加聲音強度對比電路，這種報警器把聲音信號轉變為交流的電壓信號，通過整流二極體轉變為半波電壓信號，然後通過比較器與預置電壓信號比較，聲強高低對應電壓高低，超過預置電壓則發出報警信號，這種產品採用純電路設計，功能簡單，不能真正反映聲音的特性，誤報率高，市場上還有一種玻璃破碎報警器與之原理類似，不同之處在於增加了幾組濾波電路，從而實現對玻璃破碎聲音的特殊頻段的聲強判別；3、拾音加聲音特徵分析單元，這種產品以嵌入式軟硬體為依託，首先對聲音信號進行採集，然後通過微處理器和算法對數字量化的聲音強度進行分析，從而判斷是否報警，這種產品時計算機技術和聲音信號處理技術的結合，在技術水平上較前兩種有很大提高，此外，在智能識別領域，計算機通過對聲音進行建模、特徵提取、分析和比對來判定是否觸發報警也成為當今研究的熱點，但是由於對聲音特徵的把握有很大難度，此類產品在市場上並未出現或處於試驗階段。
【發明內容】
[0005]針對上述情況，為克服現有技術之缺陷，本實用新型之目的就是提供一種新型拾音報警器，其不僅能夠根據異常聲音的強度進行判別報警，還能夠根據聲音的響動次數以及持續時間長短進行判斷報警，減少誤報警發生的概率。
[0006]其解決的技術方案是，包括殼體，殼體內裝有話筒MIC，話筒MIC的引腳正極依次經電容CS、電阻R13連接在運算放大器UlA的反相輸入端，話筒MIC的引腳負極接地，話筒MIC的引腳正極經相互並聯的電容C21、電阻R28和反接的穩壓二極體D6接地，電阻R13和運算放大器UlA之間的連線上經電容C22接地，話筒MIC的引腳正極依次經電阻R12、電阻R9連接在電源正極上，電阻R9和電阻R12之間連有電阻RlO的一端，電阻RlO的另一端經並聯連接的電阻Rl I和有極電容C7接地，電阻R9和電阻RlO之間經有機電容C6接地，有極電容C7連接RlO的一端連接在運算放大器UlA的負輸入端上，運算放大器UlA的反相輸入端經並聯連接的可變電阻R14和電容C23連接在運算放大器UlA的輸出端上，運算放大器UlA的輸出端經依次連接的電容C10、電阻R16、電阻R18連接在單刀雙擲開關S2的動端，單刀雙擲開關S2的其中一個不動端經電阻R20連接在運算放大器UlD的同相輸入端，另一個不動端連接在運算放大器UlD的同相輸入端，電阻R16連接電阻R18的一端分別連接電容C20和運算放大器UlC的反相輸入端，電容C20的另一端連接在運算放大器UlD的同相輸入端，運算放大器UlC的輸出端連接運算放大器UlD的正相輸入端，運算放大器UlD的輸出端經有極電容Cll輸出模擬音頻信號，運算放大器UlD的反相輸入端連接在其輸出端上，運算放大器UlD的同相輸入端經依次連接的電阻R21、電容C24接地，運算放大器UlA的輸出端經電容C9連接電阻R15的一端，電阻R15並聯連接在電容C19的一端、電阻R17的一端、運算放大器UlB的反相輸入端，電阻R17連接單刀雙擲開關的動端，單刀雙擲開關的其中一個不動端連接電阻R19，電容C19的另一端、電阻R19、單刀雙擲開關的另一個不動端和運算放大器UlB的輸出端並聯在一起連接在微處理器U2的41腳，運算放大器U1A、U1B、UlC的同相輸入端分別連接在電阻RlO和電阻Rll之間的連線上，微處理器U2的4腳經並聯連接的有極電容C5和按鍵K2連接電源正極，微處理器U2的4腳經電阻R4接地，微處理器U2的43腳經電阻R23、發光二極體D4連接電源正極，微處理器U2的42腳經電阻R22、發光二極體D3連接在電源正極，微處理器U2的38腳經並聯連接的電容C14、電容C15、電容C16、電容C17和電容C18接地，微處理器U2的38腳連接電源正極，微處理器U2的37腳經電阻R24、按鍵KEYl接地，微處理器U2的36腳經電阻R25、按鍵KEY2接地，微處理器U2的35腳經電阻R26、按鍵KEY3接地，微處理器U2的40腳經電阻R7連接在三極體Ql的基極，三極體Ql的集電極經電阻R8連接電源正極，三極體Ql的集電極分別經反接二極體、繼電器連接在三極體Ql的發射極上，三極體Ql的發射極接地，微處理器U2的34腳經電阻R27連接顯示屏接口 J3的15腳，顯示屏接口 J3的3腳經電位器SWl接地，顯示屏接口 J3的I腳和16腳接地，顯示屏接口 J3的2腳連接電源正極，微處理器U2的14腳和15腳經晶振Yl連接在一起，微處理器U2的14腳和15腳分別經電容C13和電容C12接地，微處理器U2的16腳連接串口通訊接口 J2的3腳。
[0007]本實用新型不僅能夠根據異常聲音的強度進行判別報警，還能夠根據聲音的響動次數以及持續時間長短進行判別報警，減少誤報警發生的概率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1(a)錄製的聲音信號歸一化之後的波形圖(b)對該段聲音信號分幀取相對平均模值後的波形圖及雙門限標定線(C)對該段聲音信號分幀取相對平均模值後經過平滑優化後的波形圖及雙門限標定線(d)偵測到的符合報警條件的聲音信號。
[0009]圖2(a)錄製的聲音信號歸一化之後加入5dB穩態噪音的波形圖(b)對該段聲音信號分幀取相對平均模值後的波形圖及雙門限標定線(C)對該段聲音信號分幀取相對平均模值後經過平滑優化後的波形圖及雙門限標定線(d)偵測到的符合報警條件的聲音信號。
[0010]圖3(a)錄製的聲音信號歸一化之後加入IOdB穩態噪音的波形圖(b)對該段聲音信號分幀取相對平均模值後的波形圖及雙門限標定線(C)對該段聲音信號分幀取相對平均模值後經過平滑優化後的波形圖及雙門限標定線(d)偵測到的符合報警條件的聲音信號。
[0011]圖4為本實用新型硬體結構示意圖。
[0012]圖5為電源供電電路圖。
[0013]圖6本實用新型音頻放大電路部分電路結構圖。
[0014]圖7本實用新型微處理器周圍電路結構圖。
[0015]圖8為本實用新型軟體流程圖。
[0016]圖9為本實用新型殼體主視圖。
[0017]圖10為本實用新型殼體後視圖。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細說明。
[0019]由圖1至圖10給出，本實用新型包括殼體，殼體內裝有話筒MIC，話筒MIC的引腳正極依次經電容CS、電阻R13連接在運算放大器UlA的反相輸入端，話筒MIC的引腳負極接地，話筒MIC的引腳正極經相互並聯的電容C21、電阻R28和反接的穩壓二極體D6接地，電阻R13和運算放大器UlA之間的連線上經電容C22接地，話筒MIC的引腳正極依次經電阻R12、電阻R9連接在電源正極上，電阻R9和電阻R12之間連有電阻RlO的一端，電阻RlO的另一端經並聯連接的電阻Rll和有極電容C7接地，電阻R9和電阻RlO之間經有機電容C6接地，有極電容C7連接RlO的一端連接在運算放大器UlA的負輸入端上，運算放大器UlA的反相輸入端經並聯連接的可變電阻R14和電容C23連接在運算放大器UlA的輸出端上，運算放大器UlA的輸出端經依次連接的電容C10、電阻R16、電阻R18連接在單刀雙擲開關S2的動端，單刀雙擲開關S2的其中一個不動端經電阻R20連接在運算放大器UlD的同相輸入端，另一個不動端連接在運算放大器UlD的同相輸入端，電阻R16連接電阻R18的一端分別連接電容C20和運算放大器UlC的反相輸入端，電容C20的另一端連接在運算放大器UlD的同相輸入端，運算放大器UlC的輸出端連接運算放大器UlD的正相輸入端，運算放大器UlD的輸出端經有極電容Cll輸出模擬音頻信號，運算放大器UlD的反相輸入端連接在其輸出端上，運算放大器UlD的同相輸入端經依次連接的電阻R21、電容C24接地，運算放大器UlA的輸出端經電容C9連接電阻R15的一端，電阻R15並聯連接在電容C19的一端、電阻R17的一端、運算放大器UlB的反相輸入端，電阻R17連接單刀雙擲開關的動端，單刀雙擲開關的其中一個不動端連接電阻R19，電容C19的另一端、電阻R19、單刀雙擲開關的另一個不動端和運算放大器UlB的輸出端並聯在一起連接在微處理器U2的41腳，運算放大器U1A、U1B、U1C的同相輸入端分別連接在電阻RlO和電阻Rll之間的連線上，微處理器U2的4腳經並聯連接的有極電容C5和按鍵K2連接電源正極，微處理器U2的4腳經電阻R4接地，微處理器U2的43腳經電阻R23、發光二極體D4連接電源正極，微處理器U2的42腳經電阻R22、發光二極體D3連接在電源正極，微處理器U2的38腳經並聯連接的電容C14、電容C15、電容C16、電容C17和電容C18接地，微處理器U2的38腳連接電源正極，微處理器U2的37腳經電阻R24、按鍵KEYl接地，微處理器U2的36腳經電阻R25、按鍵KEY2接地，微處理器U2的35腳經電阻R26、按鍵KEY3接地，微處理器U2的40腳經電阻R7連接在三極體Ql的基極，三極體Ql的集電極經電阻R8連接電源正極，三極體Ql的集電極分別經反接二極體、繼電器連接在三極體Ql的發射極上，三極體Ql的發射極接地，微處理器U2的34腳經電阻R27連接顯示屏接口 J3的15腳，顯示屏接口 J3的3腳經電位器SWl接地，顯示屏接口 J3的I腳和16腳接地，顯示屏接口 J3的2腳連接電源正極，微處理器U2的14腳和15腳經晶振Yl連接在一起，微處理器U2的14腳和15腳分別經電容C13和電容C12接地，微處理器U2的16腳連接串口通訊接口 J2的3腳。
[0020]本實用新型的電源供電電路包括電源接線端子J1，電源接線端子Jl的I腳經電源開關Kl連接有自動恢復保險絲FUSEl，自動恢復保險絲FUSEl正向連接防反接二極體Dl，防反接二極體連接有三端穩壓器LM7805的Vin端，三端穩壓器LM7805的Vout端經電阻R1、正接的發光二極體D2、電阻R5接地，三端穩壓器LM7805的GND端接地，自動恢復保險絲FUSEl的GND端經並聯連接的有極電容Cl、電容C2連接在防反接二極體和三端穩壓器LM7805之間的連線上，自動恢復保險絲FUSEl的GND端經並聯連接的電容C3、有極電容C4連接在三端穩壓器LM7805和電阻Rl之間的連線上。
[0021]如圖9和圖10所示，所述電源開關Kl可以用來控制電源的開關，作為開關鍵5，發光二極體D2用來作為電源指示燈1，按鍵K2為復位按鍵，按鍵KEYl為功能鍵2，按鍵KEY2為加鍵3、KEY3為減鍵4，發光二極體D3和D4分別為故障指示燈6和報警燈7，音頻放大電路中的SI和S2開關為增益大小切換開關，其兩個開關同步切換，對應殼體後側的增益粗調開關8，可變電阻R14對音頻信號放大增益進行微調，其對應外殼上的增益微調旋鈕9，微處理器周圍電路中的連接在顯示屏接口 J3上的電路中的電位器SWl用來調整顯示屏亮度，對應殼體後視圖的液晶亮度調節旋鈕10，圖中11為顯示屏，圖中12為話筒MIC。
[0022]所述電源為5V電源。
[0023]所述微處理器U2為STC12C5A32AD單片機。
[0024]所述運算放大器U1A、運算放大器U1B、運算放大器U1C、運算放大器UlD分別經5V電源供電。
[0025]本產品包括拾音子系統和異常聲音報警子系統兩個主要部分，可以作為監聽或音頻採集前端設備，也可對一定場合出現的異常聲音進行報警，工作過程如下:首先，聲音信號通過駐極體話筒MIC轉變為微弱的電壓信號，再經過直流偏置、前置放大轉變為需要的電壓信號；然後，該信號分為兩路:一路傳遞給音頻輸出接口，一路經模數轉換傳遞給微處理器進行聲音特徵分析，進而判斷是否觸發報警。
[0026]所謂異常聲音是指在特定環境下不應該出現的聲音，這裡主要是針對盜竊時產生的砸、敲、撬、鋸、爆破、走路、說話等聲音而言。拾音報警器可以通過聲音的聲強、響動次數、持續時間、波形、頻譜、聲紋等特徵對異常聲音進行識別，並產生報警信號。[0027]由於聲音信號複雜多樣，還有回音和雜音的幹擾，依靠波形、頻譜、聲紋進行異常聲音識別難度很大，目前對聲音識別的研究也只局限在理想環境下某些聲音種類，如語音、動物聲音、機械聲音等，而且每類聲音的識別方法也不盡相同；由於異常聲音包含的種類很多，如果對其進行識別，不僅要建立龐大的資料庫還要很多複雜的算法，目前還無法實現，而通過聲音的聲強、響動次數、持續時間判斷則相對比較簡單，這些特徵適用於絕大多數聲音，並且計算量小，適合應用在低成本小型拾音報警器中；本產品正是利用聲音的聲強、響動次數、持續時間基本特徵進行判別報警，在減少複雜度的同時，提升產品的實用性、可靠性、經濟性。
[0028]本產品對聲音的短時平均能量進行計算，通過計算判斷聲音的強度、持續時間、響動次數，對突然間產生的超出一定聲強門限的聲音，以及超出一定聲強門限並且響動多次或者聲音持續時間長短超過設定值的聲音進行報警，加入響動次數和聲音持續時間判斷能夠有效減少由外界偶然的強噪音幹擾而產生的誤報，例如像打雷、放炮或過車鳴笛的聲音強度很高，但是相對於偷盜時砸、敲、撬物品產生的聲音，這些強噪音持續時間要長很多，如果設定短音報警，則持續時間長的強噪音則被忽略，持續時間短的異常聲音才能觸發報警。
[0029]語音檢測算法的實現:語音動態檢測普遍應用於語音通訊領域和語音處理領域，包括過零點檢測法、短時能量檢測法、最小均方誤差等算法，由於本產品對聲音的檢測並不局限於語音，因此很多語音動態檢測算法並不適用。經過比較，短時能量檢測法比較適合本產品對聲音的檢測，短時能量檢測法在低強度穩態噪聲環境中，或異常聲音遠大於噪聲強度的情況下，能夠準確判斷出異常聲響出現的位置。
[0030]利用短時能 量檢測法需要對信號的幅值進行平方計算，為了簡化計算，直接對信號的幅值取模，然後計算短時平均模值，此方法與短時能量檢測法效果相同。所有計算在時域進行，用x[i]表示採集聲音信號的第i個採樣點的幅值；用W[j]表示一個矩形窗函數，其中j取值從I到L，L是窗口的長度，利用窗口對聲音信號進行分幀；然後通過公式(I)計算每幀的平均模值A [η]，η是幀序號:
【權利要求】
1.一種新型拾音報警器，包括殼體，其特徵在於，殼體內裝有話筒MIC，話筒MIC的引腳正極依次經電容CS、電阻R13連接在運算放大器UlA的反相輸入端，話筒MIC的引腳負極接地，話筒MIC的引腳正極經相互並聯的電容C21、電阻R28和反接的穩壓二極體D6接地，電阻R13和運算放大器UlA之間的連線上經電容C22接地，話筒MIC的引腳正極依次經電阻R12、電阻R9連接在電源正極上，電阻R9和電阻R12之間連有電阻RlO的一端，電阻RlO的另一端經並聯連接的電阻Rll和有極電容C7接地，電阻R9和電阻RlO之間經有機電容C6接地，有極電容C7連接RlO的一端連接在運算放大器UlA的負輸入端上，運算放大器UlA的反相輸入端經並聯連接的可變電阻R14和電容C23連接在運算放大器UlA的輸出端上，運算放大器UlA的輸出端經依次連接的電容C10、電阻R16、電阻R18連接在單刀雙擲開關S2的動端，單刀雙擲開關S2的其中一個不動端經電阻R20連接在運算放大器UlD的同相輸入端，另一個不動端連接在運算放大器UlD的同相輸入端，電阻R16連接電阻R18的一端分別連接電容C20和運算放大器UlC的反相輸入端，電容C20的另一端連接在運算放大器UlD的同相輸入端，運算放大器UlC的輸出端連接運算放大器UlD的正相輸入端，運算放大器UlD的輸出端經有極電容Cll輸出模擬音頻信號，運算放大器UlD的反相輸入端連接在其輸出端上，運算放大器UlD的同相輸入端經依次連接的電阻R21、電容C24接地，運算放大器UlA的輸出端經電容C9連接電阻R15的一端，電阻R15並聯連接在電容C19的一端、電阻R17的一端、運算放大器UlB的反相輸入端，電阻R17連接單刀雙擲開關的動端，單刀雙擲開關的其中一個不動端連接電阻R19，電容C19的另一端、電阻R19、單刀雙擲開關的另一個不動端和運算放大器UlB的輸出端並聯在一起連接在微處理器U2的41腳，運算放大器U1A、U1B、U1C的同相輸入端分別連接在電阻RlO和電阻Rll之間的連線上，微處理器U2的4腳經並聯連接的有極電容C5和按鍵K2連接電源正極，微處理器U2的4腳經電阻R4接地，微處理器U2的43腳經電阻R23、發光二極體D4連接電源正極，微處理器U2的42腳經電阻R22、發光二極體D3連接在電源正極，微處理器U2的38腳經並聯連接的電容C14、電容C15、電容C16、電容C17和電容C18接地，微處理器U2的38腳連接電源正極，微處理器U2的37腳經電阻R24、按鍵KEYl接地，微處理器U2的36腳經電阻R25、按鍵KEY2接地，微處理器U2的35腳經電阻R26、按鍵KEY3接地，微處理器U2的40腳經電阻R7連接在三極體Ql的基極，三極體Ql的集電極經電阻R8連接電源正極，三極體Ql的集電極分別經反接二極體、繼電器連接在三極體Ql的發射極上，三極體Ql的發射極接地，微處理器U2的34腳經電阻R27連接顯示屏接口 J3的15腳，顯示屏接口 J3的3腳經電位器SWl接地，顯示屏接口 J3的I腳和16腳接地，顯示屏接口 J3的2腳連接電源正極，微處理器U2的14腳和15腳經晶振Yl連接在一起，微處理器U2的14腳和15腳分別經電容C13和電容C12接地，微處理器U2的16腳連接串口通訊接口 J2的3腳。
2.根據權利要求1所述的新型拾音報警器，其特徵在於，所述運算放大器U1A、運算放大器U1B、運算放大器U1C、運算放大器UlD分別經5V電源供電。
【文檔編號】G08B13/16GK203786851SQ201420212160
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月28日 優先權日:2014年4月28日
【發明者】王星陽 申請人:王星陽