CN101571724A - 智能声控液位测控方法 - Google Patents
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Abstract
智能声控液位测控装置的测控方法，先通过实时采集液体注入盛水容器产生的声音，转化为电信号并将其数字化，利用微处理采集该声音信号的特征频率，从而判断容器内液位，控制阀门的关闭：微处理器DSP(1)的控制方法具体如下：1)通过数字滤波器滤除声音信号中的噪声；2)对信号进行时频分析，得到声音的频率特征；3)通过声音频率特征与容器内液位的对应关系计算出容器内的液位；4)将计算出的液位与预设的液位阈值进行比较；5)如果液位达到或超过阈值则发信号至继电器将阀门关闭；6)如果液位未达到阈值则继续1)－6)的流程。
Description
一、技术领域
本发明是一种基于反馈控制原理的智能声控液位开关及其测量控制方法，属于自动控制的技术领域。
二、背景技术
传统的注液阀门是机械式的，需要由使用者手动控制阀门的开闭。当使用者将贮液容器放在合适位置后，打开阀门，需注意液位的上升；当液体注满贮液容器后，使用者需及时关闭阀门，否则液体会溢出容器，造成浪费，甚至造成伤害事故。如果使用者用后没将阀门关紧，液体仍会滴漏，同样会造成浪费。
三、技术方案
本发明目的是通过检测液体灌入贮液容器产生声音的频率来控制阀门的关闭，使得液体注满容器之后阀门能自动关闭。
本发明的技术方案是：智能声控液位测控装置，包括DSP、麦克风、信号放大器、AD转换器、继电器、阀门；其中，麦克风的输出接信号放大器，信号放大器的输出端接AD转换器，A转换器D的输出端接DSP的输入端，DSP的输出端接继电器，继电器控制阀门关闭。
本发明的控制方法为：先通过实时采集液体注入盛水容器产生的声音，转化为电信号并将其数字化，利用微处理采集该声音信号的特征频率，从而判断容器内液位，控制阀门的关闭：微处理器DSP的控制方法具体如下：
1)通过数字滤波器滤除声音信号中的噪声；
2)对信号进行时频分析，得到声音的频率特征；
3)通过声音频率特征与容器内液位的对应关系计算出容器内的液位；
4)将计算出的液位与预设的液位阈值进行比较；
5)如果液位达到或超过阈值则发信号至继电器将阀门关闭；
6)如果液位未达到阈值则继续1)-6)的流程。
本发明的有益效果是：通过声音检测的方法检测贮液容器内液位信息，实现对液位的闭环控制。
四、附图说明
图1不同水位时声音的频谱图
图2是本发明的控制流程图
五、具体实施方式
在日常生活中，当我们往盛水容器内灌水时，盛水容器内水面上方的空气柱发生振动，从而发出声音。随着水面的上升，水面上方的空气柱逐渐变短，空气振动的频率逐渐变大，发出声音的音调也越来越高。我们就可以根据音调来判断盛水容器是否被灌满了。实际上，任何贮液容器在液体注入时均有此液位与发声频率之间的特定关系。
通过实验的法，可以验证水位与发声频率之间的关系。
用麦克风和计算机声卡实时采集往容器(本发明中可采用暖瓶)内灌水时发出的声音信号，用Matlab对计算机采集的数据滤除噪声并做FFT计算，可以得到不同水位时声音的频谱图，如图1所示(大约第28秒时容器灌满)。
在于麦克风2实时采集液体注入贮液容器产生的声音并转化为模拟信号，信号放大器3对信号进行放大，经AD4采样把数字信号输入DSP1进行处理，DSP1通过继电器5控制阀门6的开关。
智能声控液位测控装置的测控方法是系统实时采集液体注入盛水容器产生的声音，转化为电信号并将其数字化，利用特定算法计算出该声音信号的特征频率，从而判断容器内液位，控制阀门的关闭。
其中横坐标是声音的频率，单位是赫兹；纵坐标是往容器内灌水的时间，单位是秒(s)，可以反映出水位的高度变化。
由图1可见，在往容器内灌水的整个过程中，声音在低频段(0～5000Hz)有多个明显的特征频率，例如图中标注的特征频率①、②、③、④。在灌水的整个过程中，特征频率都会发生明显的向高频方向的移动(即为“紫移”)，特别是当水即将灌满时特征频率①会发生明显的加速紫移。因此，我们可以通过检测特征频率的变化来判断水位的高低，并以此来控制阀门的关闭。
由于电子技术和检测技术的发展，使得在较低成本下实现对阀门的自动控制成为可能。
Claims (3)
1.一种智能声控液位测控装置，其特征在于该智能测控装置包括DSP(1)、麦克风(2)、信号放大器(3)、AD转换器(4)、继电器(5)、阀门(6)；其中，麦克风(2)的输出接信号放大器(3)，信号放大器(3)的输出端接AD转换器(4)，AD转换器(4)的输出端接DSP(1)的输入端，DSP(1)的输出端接继电器(5)，继电器控制阀门(6)关闭。
2.由权利要求1所述的智能声控液位测控装置，其特征在于麦克风(2)实时采集液体注入贮液容器产生的声音并转化为模拟信号，信号放大器(3)对信号进行放大，经AD(4)采样把数字信号输入DSP(1)进行处理，DSP(1)通过继电器(5)控制阀门(6)的开关。
3.智能声控液位测控装置的测控方法，其特征是先通过实时采集液体注入盛水容器产生的声音，转化为电信号并将其数字化，利用微处理采集该声音信号的特征频率，从而判断容器内液位，控制阀门的关闭：
微处理器DSP(1)的控制方法具体如下：
1)通过数字滤波器滤除声音信号中的噪声；
2)对信号进行时频分析，得到声音的频率特征；
3)通过声音频率特征与容器内液位的对应关系计算出容器内的液位；
4)将计算出的液位与预设的液位阈值进行比较；
5)如果液位达到或超过阈值则发信号至继电器将阀门关闭；
6)如果液位未达到阈值则继续1)-6)的流程。
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