有害動(dòng)物智能聲防系統(tǒng)中音頻控制子系統(tǒng)的研制

作者：時(shí)間：2010-05-13 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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農(nóng)作物除受到氣象災(zāi)害和常規(guī)病蟲(chóng)害影響外，田鼠、麻雀、野兔、野雞、野豬等動(dòng)物的危害也十分巨大。直接利用有害 動(dòng)物天敵的叫聲或其受到捕捉時(shí)發(fā)出的慘叫聲對(duì)農(nóng)作物有害 動(dòng)物進(jìn)行驅(qū)趕（以下簡(jiǎn)稱(chēng)聲防），能避免投放化學(xué)藥物對(duì)水土環(huán)境造成污染和可能對(duì)人畜的誤傷，且相對(duì)于超聲波驅(qū)趕、噴水恐嚇等其他驅(qū)趕手段更易于實(shí)現(xiàn)，驅(qū)趕效果更好。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的商品化聲防裝置普遍存在控制模式簡(jiǎn)單、聲防音質(zhì)不好、存儲(chǔ)器容量小、聲防音頻文件不便于升級(jí)擴(kuò)展等缺點(diǎn)。應(yīng)用嵌入式技術(shù)改進(jìn)和提高聲防裝置多方面性能已成為聲防技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)之一。筆者所在課題組提出一種農(nóng)業(yè)有害動(dòng)物智能聲防系統(tǒng)，并為確保該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性和性能最優(yōu)，在其音頻控制子系統(tǒng)的構(gòu)建上采用兩種設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了帶大容量可熱插拔存儲(chǔ)器、高保真音頻輸出和多模式播放的音頻控制，并且對(duì)基于不同硬件平臺(tái)的嵌入式解決方案的性能、實(shí)現(xiàn)難度及成本等進(jìn)行了對(duì)比。
1 智能聲防系統(tǒng)原理
如圖1所示，智能聲防系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為3層，底層是帶有熱釋電傳感器的探測(cè)節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)探測(cè)有害動(dòng)物在農(nóng)田中出沒(méi)的位置；中間層為執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)、播放聲防音頻文件；上層是總控制器，負(fù)責(zé)監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。系統(tǒng)的各層之間以無(wú)線方式進(jìn)行通信?？偪刂破鞫〞r(shí)采集環(huán)境信息（如溫度、光照），結(jié)合農(nóng)田地理位置、作物種類(lèi)等信息，并通過(guò)查詢(xún)內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)，以當(dāng)時(shí)最有可能出沒(méi)的2種有害動(dòng)物作為聲防目標(biāo)，然后定時(shí)發(fā)送給執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)。執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)有觸發(fā)、隨機(jī)2種工作模式。觸發(fā)模式下，探測(cè)節(jié)點(diǎn)探測(cè)到有害動(dòng)物后，向相距最近的執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)發(fā)出命令。執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)根據(jù)最近更新的聲防目標(biāo)播放對(duì)應(yīng)的音頻文件。隨機(jī)模式下，執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)根據(jù)定時(shí)更新的聲防目標(biāo)自動(dòng)播放聲防音頻文件。每次播放前，都會(huì)在工作參數(shù)確定的時(shí)間范圍內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)間隔時(shí)間，并按其進(jìn)行延時(shí)，以使聲防系統(tǒng)中不同執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)在執(zhí)行聲防時(shí)具有隨機(jī)性，從而降低有害動(dòng)物對(duì)聲防系統(tǒng)的適應(yīng)性。

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/163084.htm

執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)由無(wú)線通信模塊、音頻控制子系統(tǒng)、揚(yáng)聲器以及供電模塊等組成。除音頻控制子系統(tǒng)外，其他功能模塊均采用成熟產(chǎn)品。
執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)的主要功能由音頻控制子系統(tǒng)完成，按實(shí)現(xiàn)功能考慮，其應(yīng)包括大容量高保真數(shù)字音頻信號(hào)存儲(chǔ)、解碼輸出及多種播放模式選控等。為達(dá)到高保真的音質(zhì)要求，聲防音頻信號(hào)的采樣率選為44 kHz，采樣位數(shù)確定為16 bit，其存儲(chǔ)格式采用能較好兼顧壓縮比和音質(zhì)的MP3格式；為方便聲防音頻文件的升級(jí)，存儲(chǔ)器選用了方便熱插拔的SD卡或U盤(pán)。
現(xiàn)有的音頻解碼方案有硬件解碼和軟件解碼2類(lèi)。常用的硬件解碼芯片有ST公司的ST016、SANYO公司的LC82310G等，使用時(shí)常配以單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制功能。為方便開(kāi)發(fā)，已有廠商研制出將硬件解碼器和單片機(jī)以及其他外圍器件集成在一起的SoC芯片，如ATMEL公司的AT89C51SND1。
軟件解碼方案主要基于DSP平臺(tái)和ARM平臺(tái)構(gòu)建，其中ARM平臺(tái)可搭配嵌入式操作系統(tǒng)，能較好地管理和支持底層硬件設(shè)備，且有大量開(kāi)源解碼軟件可供選擇，軟件移植比DSP平臺(tái)相對(duì)容易。
2 方案1的構(gòu)建及實(shí)現(xiàn)
2.1 方案1的硬件構(gòu)成及實(shí)現(xiàn)
音頻控制子系統(tǒng)的“單片機(jī)+硬件解碼”構(gòu)建與使用單獨(dú)的硬件解碼芯片配合其他控制芯片相比，SoC芯片在電路結(jié)構(gòu)和開(kāi)發(fā)成本上均有較大優(yōu)勢(shì)。AT89C51SND1是MP3解碼應(yīng)用中使用最多的SoC芯片之一。它實(shí)質(zhì)上是一款集成了DSP硬件解碼器的C51單片機(jī)，提供有USB DEVICE、SPI等設(shè)備接口，且有54個(gè)I/O口供用戶(hù)使用?；贏T89C51SND1構(gòu)成音頻控制子系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。