论文研究-智能声波检测研究 .pdf

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智能声波检测研究,王晓宁,,本文介绍了一种声波智能探测的方法:声音采集部分将声音信号转变为电压信号,此电压信号经A/D转换成数字量送入单片机处理,首先进
山国科技论义在线 http://www.paper.edu.cn 频域滤波 傅里叶变换是信号处理的一个重要组成部分,实现信号时域频域相互转换的常用 有效算法,快速傅里叶变换(FFI)是用数字计算机它的高速性,为实时的数字信号处理提供 了可能4。 对于频带≤2的实信号(t),按奈奎斯特采样频率取样N点,得其离散序列f(0), f(1),…fN-1)。对其进行离散傅里叶变换(DFT ()=∑() (K=0,1 则该变换后的序列F(K)能准桷描述实信号珩)的等频率问距点上的频谱分量,其对应关 系是: 模()代表(信号的一频率点的频谐分量。 k取前[0,—]即可覆盖(1)信号的2的频带范围,对于后半部分(+1,N)点的 ()值只是前半部分的对称重复 为了提高式(1)的计算速度,通常采取厍利和图某的快速傅里叶变换(FFT)算法。对于时 间抽选算法 ∑(2)2+∑(2+1) 其中 K=0,1 2+ (K=0, 2 由于(),()均以为周期,且2 所以()又可以表示为: 继续分解(3)式可得 山国科技论义在线 http://www.paper.edu.cn ()=()+()·cos( () ●sin 2 ()=()+()·sin(—)+()·cos(—) (4) 其中,(),():(),():(),()分别为(),() ()的实部与虚部。 在式(4)中,乘法只有·sin与·cos两种类型,对于·sin类型,将其写 为: sin·127) ●sIn≈ 127 把A的值作为地址线的高8位,(sin·127)的作作为地址线的低8位,在其对 sin●127 应地址单元內预置八位数据值 因此,遇到·sin的乘法, 127 即可通过地址值A和(in·127),用一条简单间接寻址指令获取乘积值,这样便取代 了乘法。 对于·cos类型也完全相同。 软件实现 用软件实现就是直接利用DFT的变换公式的 ()=∑( =∑()·=∑() 2丌 ●coS +()sm(2x 在程序中可以设置一个二重循环,分别求出()的实部和虚部。 屴一种软件实现的方法是Dr的快遠算法FFT,这种方法叮以显著的提高运算效率, 只是程序上有些菻烦。容易知道,式(5)中的乘法因了的出现是呈定规律的,第 层中乘以0,第二层前一点乘以°,后一点乘以“,利用这规律,可以编写出FFT 4 的程序。 本方案利用FFT算法编写程序。 软件及程序设计 本系统的实现主要是靠 ATmcga16单片机来实现的,所以程序的设计上要是单片机的程 序设计。在程序中主要完成对 ATmega16中各个寄存器和ADC的初始化,中断的处理,DFT 变换的快速实现FFT算法的实现等几个部分。 图2是本程序的流程图。由程序流程图可以看出: 4 山国科技论义在线 http://www.paper.edu.cn 程序片始要对 ATmegale6的寄存器初始化,主要包括PB,PA,PD∏的设置,对ADC 的设置以及ADC中断方式的选择6 为了提高采样率,ADC采用连续转换模式,当ADC采样完一定数据后,关闭ADC采样 中断,进行数据处理,处理完之后再次开启ADC转换中断重新开始新一轮的采样、处理过 程 时域的限幅滤波在ADC采样的同时进行,如果采集到的数据在预设范围之内,就置位 标志,表小本次采样成功,保留此值。否则,就复位标志,舍弃本次采样值,进入下次采样 在ADC采样中断服务程序中,每当采集完数据后就直接进入FFT变换子程序中进行处 理,所以,对丁数据的处理过程主要在AD中断服务程序中来完成。 开始 初始化 中断采集数据 限幅滤波、否 在范国? ADC采 样宄成? 是 FFT变换 新的采样 图2软件流程图 Fig2 The flow chart of soft 在 proteus69软件环境下,分别用2.5kH和6kHz的单频率正弦波代替声波,32点FFT 变换, ATmegal6单片机工作在8M晶振频率下,基本上可以分辨出两种频率的信号,达到 了方案要实现的目的 结论 本方案从理论上探索了一种智能声波探测的方法,并且对方案的可行性进行了研究。以 语音信号为例,在软件环境中进行了仿真,证明了本方案是可行的。 山国科技论义在线 http://www.paper.edu.cn 参考文献 何希才,薛水毅,传感器及其应用实例(M),机嘁工业出版社,北京,2004, [2] Tmega16单片机 datasheet [3]崔加前,李长安宋秀磊,单片机中数字滤波算法的实现(J),电脑学习,2006年第1期,43-44 [4]丁玉美,高西全,数字信号处理,西安电子科技大学出版(M),西安,200,12 [5管致中等,信号与线性系统(M),高等教育出版社,北京,2004,4 [6金春林,邱慧芳,张皆喜等,ANR单片机C语言编稈与应用实例(M),清华大学出版社,北京,2003 Wang Xiaoning School of Information and Electrical Engineering, China University of mining technology Jiangsu Xuzhou (221008) This article is about an intelligent acoustic detection method. The part of acquisition transforms sound signal into voltage signal. Through the analog-to-digital conversion, the voltage signals are transferred nto digital signals and sent to microprocessor. First, time domain filtering, according to amplitude judgment, too large or too small amplitude of the interference signals are filtered out. Then the remained signals are trans formed by DFT, and we can extract the necessary signals through the spectral analysis. We can also make some improvement in frequency domain filtering Lo extract the characteristics signals of certain frequency. acoustic detection; digital filtering; Fourier trans[orm; AVR

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