Стекло поломка детектора (ГПБ) в основном используется для обнаружения двери и окна домов или коммерческих зданий из стекла поломки. ГПБ также быть классифицированы как контрольное устройство для окружающей среды дома или бизнеса для повышения безопасности, предотвращения незаконного въезда. ГПБ может работать независимо, но и работать вместе с другими устройствами защиты от угона, образующих полную систему безопасности. Основной принцип работы ГПБ является захват звука, анализ и отчет о стекло разобьется. Исходя из этого режима, производительность GBD во многом зависит от источника звука, качество звука, который представил множество проблем для дизайнеров. Кроме того, ГПБ необходимо удалить все не реальный звук разбитого стекла, осколки стекла, которые могут вызвать ложные тревоги ложных событий звуковой сигнализации. В данной статье описывается недорогих микропроцессоров (MCU), эффективные, надежные и надежный ГПБ дизайна. MCU является младших процессоров, широко используются для простых или сложных цифровых реальном времени с устройств часы, интеллектуальных измерений приложений. MCU смог широко используется, в основном из-за их относительно большинства других типов цифровой процессор с точки зрения низкая стоимость, низкое энергопотребление, легкий в использовании и других выдающихся характеристик. В простых приложений, потребности малых, низкая стоимость и низкое энергопотребление так легко достичь. Однако, с MCU непрерывно в сложных приложений, с тем чтобы сохранить низкую стоимость и низкое энергопотребление будет сталкиваются с большими проблемами. Таким образом, задача инженера заключается в представлении наименьшими затратами для достижения оптимальной производительности. Для достижения этой цели, мы должны решать такие вопросы, как ниже на чипе памяти, периферийных устройств ограничено, низкая скорость, Low Pin Count MCU архитектуры и других ограничений. В то же время, инженеры должны оптимизировать использование всех имеющихся ресурсов MCU, чтобы сделать его как осколки стекла детектора (ГПБ) применение этого довольно сложного играть полноценную роль.
Проектные требования
ГПБ устойчивый алгоритм должен быть в состоянии легко реальный звук разбитого стекла и других звуковых отличаются. ГПБ алгоритм будет фиксировать все звука и состав своего времени и частотного анализа, а затем принять решение. Звук разбития стекла из-за стекла тип, толщина, акустическую среду, расстояние и воздействия аппарат, используемый стекло меняться. Хотя все сущности очень похож на алгоритм ГПБ, но в конкретных случаях будет немного отличаться. Однако, это трудно для алгоритма, который применяется во всех случаях. Тонкая настройка алгоритма в доме или офисе, как правило, заключительный этап установки. Разбития стекла сигнал может быть эффективным в области времени или анализ частотной области. 1 и 2 показаны типичные области времени и частоты сигнала области разбития стекла. Разбитое стекло, только звук звуковом диапазоне спектра между 20 Гц до 20 кГц. Время области сигналов, связанных с фактической звуков слышал, а сигнал частотной области дается полный спектр сигнала. Графика для дизайна этих двух высокоэффективных стекла алгоритм обнаружения поломки предоставляет важную информацию. На рисунке показан волны домена времени интенсивно, и памяти в короткий промежуток времени большого числа мероприятий, а не только то, что сигнал содержит большое количество высоких частот также означает, что сигнал через нуль и пик еще несколько. Хотя эта информация полезна, но она выглядит точно так же, как белые шумовые характеристики. Дизайнеры лицо Следующей задачей является различие между ними.
Рисунок 1: сигнал разбития стекла во временной области
Рисунок 2: частота разбития стекла области сигнала в частотной области, мы также сталкиваются с аналогичными проблемами. Разбития стекла является относительно среднего компоненты сигнала, если весь спектр распределения энергии, который похож на типичного белого шума. Однако, мы также обнаружили, что в 200 ~ 300 Гц области низких частот не небольшой пик, что делает различие между суждения дают нам полезную информацию. Этот пик процесс попадания стекло битое стекло существенное влияние звука порожденной исходной частотных составляющих. Последующие меры показали высокочастотных ударный звук разбитого стекла, низкочастотные сигналы. Это "воздействие" или "тяжелый удар" может также рассматриваться как столкновение стекла аппарата звук. Сигналов в сигнал домена времени трудно сказать, разница, но мы знаем, звук из стекла нарушена в процессе впереди других звуков, которые происходят. Соответственно, мы можем определить, в список некоторых из боя стекла сигнала соответствующих факторов: в том числе большое количество высокочастотной составляющей, которая содержит большое количество кросс-нуль и пик.
Столкновение стекло, содержащее хит 200 ~ 300 Гц порожденных низкочастотных компонентов в начальной фазе звук стекла сломаны.
Рисунок 3: разбития стекла датчик системы блок-схема осуществления конкретных мер, перечисленных выше, ключевым блоком. ГПБ должен всегда оставаться открытым, и должны быть в состоянии справиться с любой звук в реальном времени деятельности. Однако, ГПБ некоторые из блоков может быть отключена в нерабочее состояние, или введите энергосберегающий режим. Мы расскажем в последующих быть частью этого. Усилитель несет ответственность за захват звука и усиления усилителя и сглаживания фильтра (ААР) отвечает за усиление сигнала и высокой частоты фильтрации. ААР стремится оградить 超过 звуковой после 20 кГц аудио, цифровых и аналоговых сигналов, чтобы избежать нарушения Найквиста критериев для процесса (Найквиста критерий). Пунктирные линии в пределах блока может быть понято как часть процессора. Процессор может быть ASIC, MCU или цифровой сигнальный процессор (DSP). Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) аналоговые сигналы в цифровые сигналы передаются в цифровом виде. Частота дискретизации (), в соответствии с компонентами частоты сигнала на выбор. В результате 20 кГц в ААР, так что частота дискретизации должна быть больше или равна 40 кГц, с тем чтобы сохранить оригинальный контент, чтобы обеспечить целостность сигнала. Анализ сигналов блок содержит обнаружения / битого стекла, звук нужно различать механизм обработки сигналов. Завершено, решение блока активирует светодиодный индикатор или зуммер, сообщает разрушения стекла. В следующих разделах мы в полной мере обсудить конкретные характеристики каждого блока.
Hardware Design
В этом разделе мы будем обсуждать решения для высокой стабильности характеристик ГПБ аппаратного дизайна. Перед углубленного обсуждения с соответствующими требованиями, важно отметить, что большинство из ГПБ являются батарейным питанием, поэтому для того, чтобы обеспечить достаточно долго, время автономной работы, проекты должны быть нацелены на малой мощности. Все доски должны быть сосредоточены на выбор аппаратных компонентов для достижения низкой мощности цели разработки этого расширения. Показано на рисунке 3, все аналоговые цепи сигнала, начиная от динамики до конца АЦП. Выбор динамиков, производительность будет связан с успехом всех ГПБ алгоритма. Микрофон также должны быть в состоянии захватить и сохранить решающее воздействие и другие высококачественные компоненты звуковой частоты, частота этих компонентов будет часто использоваться в алгоритме ГПБ. Микрофон включен большую часть времени требуется, чтобы захватить звуки деятельности, необходимо обеспечить низкое энергопотребление, уменьшить общую систему текущего потребления. Усиления, как правило, выше, чем единичное усиление режима обращения или неинвертирующий ОП режим настройки усилителя (ОА). О. предназначена для захвата звука динамики (размер, как правило, десятки милливольт), чтобы обеспечить достаточную прибыль. Как О.А. и динамики, но и остаются открытыми, и должны быть открыты с меньшим током. ААР также О.А., в аналоговом для фильтрации, как правило, простые первого порядка или второго усиления единства порядка фильтра нижних частот (ФНЧ). Вся конструкция из наиболее важных решений, как выбрать сигнальный процессор. Как упоминалось ранее, ASIC, MCU и DSP могут быть использованы для этих целей. Однако, каждый вариант имеет свои сильные и слабые стороны, мы должны применяться в соответствии с наиболее выгодными факторами в этом выборе. Большинство детекторов разбития стекла и датчики дыма похоже, установлены в среду дома или офиса, чтобы обеспечить безопасное место. Однако, судя по следующим двум причинам, все они использовали батареи: может быть установлен в любом месте, без того, чтобы рассмотреть проблемы розетку, и
В случае отключения электроэнергии все еще можете обеспечить полную функциональность.
Выберите процессор должен иметь низкое энергопотребление, программируемый, проста в использовании, низкая стоимость и другие превосходные свойства, но и в управлении, обеспечивая высочайшую обработке в реальном времени возможностей. Все опции в MCU является лучшим выбором для удовлетворения всех указанных выше требований. Кроме того, некоторые MCU также включает аналоговые периферийные устройства, которые еще больше снизит общую стоимость системы.
Проектирование программного обеспечения спецификации
Аналоговый сигнал с частотой сократить микрофон фильтр 20 кГц ААР. Для того, чтобы оцифровать сигнал, частота дискретизации должна быть больше 40 кГц, т.е. АЦП должен быть в состоянии поддержать его. В режиме реального времени рабочее состояние, обработки должны быть завершены в непрерывное пространство образца. Например, если максимальная частота процессора составляет 12 МГц, то процессор между непрерывной выборки только 300 циклов, которые с точки зрения обработки сигнала крайне неудобна. В целях увеличения циклов процессора, мы можем выбрать для поддержки более мощный процессор часы, однако стоимость этого является увеличение потребления энергии, сократив тем самым срок службы батареи. Поэтому мы должны баланса сложности алгоритма и аккумулятора. Этот раздел будет использоваться для обнаружения разбития стекла из фактической алгоритма. Рисунках 1 и 2 показывает, что звук содержит много битого стекла, высокочастотные компоненты, кросс-нуль и пик, и сигналы низкой частоты воздействия. Удар или попадание в начальной фазе звук разбития стекла. Следует отметить, что удар / воздействия сигнала могут возникнуть в результате разнообразных звуков, например, закрытие дверей и шкафов, падения предметов на земле, быстро хлопая, блокировки дверей и так далее. Однако, эти голоса не существует в обычных сигнал поломки стекла содержит высокочастотные компоненты. Аналогичным образом, кофемолки, музыка, телевидение мотогонок, разбитые стекла, так что пол звук, несмотря на высокие частотные компоненты, но не удар / воздействие компонента. ГПБ алгоритм будет изучить следующие два компонента своевременно не зависит от того, что обе стороны спектра.
Алгоритма
На рисунке 4 показана схема передовых алгоритмов программного обеспечения. Программное обеспечение состоит из трех блоков, соответственно, к тому времени, последовательность событий происходит выявление, обнаружение столкновения и разрушения стекла. Микрофоны и каждые 2,5 мс время открытия OA1 для проверки звука деятельности. Если нет значительную активность, они выключить, то MCU входит низкой государственной власти. Если есть значительное событие, программное обеспечение обнаружения столкновений запуска, где ADC открытым, и последующей обработки сигнала, проверить влияние веса. Воздействие события происходят только в алгоритме перед началом фактического обнаружения разрушения стекла, в противном случае алгоритм будет возвращать состояние обнаружение событий. Разбития стекла обнаружен в случае успеха, она будет активировать бортовой LED / звуковой сигнал события. ГПБ затем вернуться к статус-розыскной деятельности.
Рисунок 4: Обнаружение высокого уровня деятельности процесса разработки программного обеспечения только путем сравнения значения АЦП и нули по обе стороны от заданного порога отличить от шума реальный сигнал повреждения. Как упоминалось ранее, влияние близко к 300 Гц низкочастотных составляющих. Так как ударная компонента только в начальной фазе сломанной хит стекла, то только фильтровать входящие сначала отправляться на небольшое количество образцов сигнала. Фильтрации по сдвига числа частот 350 Гц фильтра нижних частот (ФНЧ), чтобы закончить. Первые образцы фильтруют накопленные, усредненные, а затем с порога по умолчанию энергии для сравнения. Если энергия превышает заданный порог, то начать вес и влияние разбития стекла алгоритм обнаружения. Для того, чтобы не повлиять на эффективность его работы под предпосылкой сокращения цифрового размер ФНЧ, частота дискретизации для исходного образца является очень низким, только хранить при температуре 4 кГц. Однако, часть алгоритм использует частотой 2 кГц сократить ААР (но не вырезано частотой 20 кГц обычных ААР). Разбития стекла алгоритм выявления является более сложным, чем обнаружение столкновений состоит из двух частей: анализа сигнала 1 (SA1) и анализа сигналов 2 (SA2). SA1 это первый этап лечения, когда обнаружил, будут оказывать влияние на каждого образца для анализа. Используется в SA1 фазы 20 кГц в ААР, частота дискретизации АЦП вдруг увеличилась до 40 кГц. SA1 этап будет выполнять усреднение сигнала, кросс-нуль обнаружения и пик обнаружения, занимает 60 миллисекунд для завершения анализа образцы около 2400. SA1 завершения начать SA2 анализа сигнала для завершения всего процесса. На рисунке 5 показан график сигнала во время SA1, а на рисунке 6 показан сам процесс программного обеспечения.
Рисунок 5: Сигнал Анализ сигнала, что рисунок 1
Рисунок 6: анализ сигналов процесса разработки программного обеспечения 1, чтобы отправить входящий сигнал образцов р (п) в первом, с помощью простого фильтра скользящего среднего значения для снижения уровня шума получены S (N). р (п) сигнал интеграции образцов только для того, чтобы вычислить SA2 фазы сигнала энергия будет использоваться integ_total. S (N), в том числе пика и кросс от нуля число. Вы можете использовать высокие частота среза фильтра (HPF) направить входящий сигнал извлечения высокочастотных компонентов, каждый р (п) таких образцов пройти через фильтр. В то же время, только фильтруют выхода положительных образцов для того, чтобы накапливать результаты integ_HPF_total, результаты будут использованы SA2 фазы. Каждый образец должен пройти полный SA1 фазы, а также обеспечить в реальном масштабе времени, в следующем р образца (N +1) завершено до прибытия, что все имеющиеся циклы процессора только частота процессора / 40 кГц. Фильтр, как правило, длительный процесс. Для повышения эффективности, которые мы использовали в обнаружение столкновений и SA1 фазы LPF HPF использованы для использования как в решетке волны цифрового фильтра (LWDF) [1], и использование Хорнер (Horner) алгоритм [2]. SA1 фазы обрабатываемых данных (занимает 60 миллисекунд), алгоритм входит второй этап обработки SA2. SA2 без реальном времени, 7 показана фаза операции процесса. Кроме того, SA2 завершено, будет ли событие разбития стекла на самом деле произошло.
Рисунок 7: Сигнал 2 программное обеспечение процесс вычисляет полной энергии сигнала и фильтр высоких частот отношение энергии сигнала будет по сравнению с пороговым значением. Результаты показали, что отношение звук много битого стекла являются посредником между 1,75 до 14. Кроме того, также проверить, является ли число составляет от пика между 160 и 320, независимо от числа нечто среднее между Zero 95 ~ 300. Только достижение этих трех условий для того, чтобы определить частоту случаев разбития стекла. Пока этих трех условий не соответствует требованиям детектор обрыва стекло сброса и возврата к статусу экономической активности обнаружения. Эти пороговые значения должны комната с диапазона качества звука, ГПБ месте и шума окружающей среды для тонкой настройки.
