CN102622912B - 一种行人险情预警方法 - Google Patents
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Abstract
一种行人险情预警方法，主要通过六步完成。微弱信号检测步骤利用信号检测器采、筛选抖动声音信号；音频带通滤波步骤利用带通滤波器选得抖动特征给定频带音频信号；A/D转换步骤利用A/D转换器将上步信号经模数转换得到抖动声音序列数据；同步匹配计算步骤利用数据处理器将摩托车样本数据与上步数据进行处理，得到识别结果数据暂存；方向速度判别步骤运用数据处理器根据暂存的结果数据判断声源情况；同步比较计算步骤在上步得到同步快速运动抖动数据时，用数据处理器将该数据与摩托车音色数据比较，得到同步差值数据，若该数据小于给定值，输出控制脉冲；驱动报警步骤在得到控制脉冲时，运用驱动放大器输出给定形式报警信号，驱动执行器实现报警。
Description
技术领域
本发明涉及一种行人险情预警方法，具体地说是一种提醒行人等注意摩托车冲近的警示方法。
背景技术
路上行人，作为弱势群体，经常遭遇飞驰而来的摩托车冲撞、袭扰，进而导致伤亡。正像许多城市的公益广告所述：“百分之七十的交通事故与摩托车有关”。尽管有些城市采取了诸如“禁摩”、“限摩”等各种管理措施，然而由于太大的保有量基数、巨大的骑驾群体惯性、主动执法的困难、电子警察不干预摩托车等等原因，摩托车的横冲直撞、逆向行驶、无视红灯等现象仍屡见不鲜，摩托车肇事伤人、飞车抢夺现象仍屡屡发生。这就迫使人们不得不被动地采取躲闪、回避等措施，以求出行安全。但在多数行路情况下，仅靠人自身的感觉功能来判断摩托车及其位置、速度、行驶方向等，往往措不及防、措手不及。特别是盲、聋等感觉缺陷群体，这种危机尤为突出。如果有一种随身携带的装置，忠实、可靠地侦测摩托车由远而近的噪音，感知并判断其位置、速度、行驶方向等，再即刻以所设计形式警告携带者，携带该装置的行人以致同行伴侣就可及时采取躲闪、回避等措施，以保证行路安全。鉴于此，我们开发一种行人险情预警方法，以填补摩托车威胁警示的空白。
发明内容
为提醒行人等注意摩托车冲近的威胁，及时采取躲闪、回避等措施，以保证行路安全，本发明提供一种行人险情预警方法，主要通过六步完成。微弱信号检测步骤利用信号检测器采、筛选抖动声音信号；音频带通滤波步骤利用带通滤波器选得抖动特征给定频带音频信号；A/D转换步骤利用A/D转换器将上步信号经模数转换得到抖动声音序列数据；同步匹配计算步骤利用数据处理器将摩托车样本数据与上步数据进行处理，得到识别结果数据暂存；方向速度判别步骤运用数据处理器根据暂存的结果数据判断声源情况；同步比较计算步骤在上步得到同步快速运动抖动数据时，用数据处理器将该数据与摩托车音色数据比较，得到同步差值数据，若该数据小于给定值，输出控制脉冲；驱动报警步骤在得到控制脉冲时，运用驱动放大器输出给定形式报警信号，驱动执行器实现报警。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供的行人险情预警方法主要通过微弱信号检测、音频带通滤波、A/D转换、方向速度判别、同步比较计算和驱动报警六个步骤完成。微弱信号检测步骤的信号检测器利用高灵敏度话筒大范围采集声音信号，通过前置放大电路放大和强度(幅度)筛选，得到在10～60Hz范围内抖动的声音信号；音频带通滤波步骤的带通滤波器利用有、无源带通滤波电路，得到带有抖动特征的100～1000Hz音频信号；A/D转换步骤的A/D转换器将带有抖动特征的声音信号进行模数转换处理，得到抖动声音信号序列数据；同步匹配计算步骤利用数据处理器将内置存储器内的摩托车10～60Hz范围内抖动声音样本模型数据，与采集、滤波得到的抖动声音信号序列数据进行同步化井行匹配、比较、计算、控制、选通，得到识别结果数据暂存；方向速度判别步骤运用数据处理器的多普勒模型，对暂存识别结果数据进行计算，判断声源运动状态、运动方向、运动速度，滤掉反向和慢速运动的声音抖动信号数据；如果方向速度判别步骤得到了同步快速运动的抖动信号数据，则同步比较计算步骤再将该同步快速运动的抖动信号数据，经数据处理器与存储器内的所存摩托车100～1000Hz噪音音色信号数据进行同步比较、计算，得到同步差值信号数据，如果该同步差值信号数据小于给定值，则输出给定控制脉冲，开启驱动报警步骤的驱动放大器，产生并放大给定形式的报警驱动信号；驱动报警步骤在得到开启指令(控制脉冲)时，将驱动放大器输出的给定形式音频、闪烁、抖振等输出信号，送给执行器，即蜂鸣器、LED、振动器等执行器件，使其向携带者发出声 音、闪光、振动等形式的报警信号。
本发明提供的行人险情预警方法主要通过通过信号检测器、带通滤波器、A/D转换器、数据处理器、驱动放大器和执行器构成的系统来实现。信号检测器与带通滤波器为模拟信号连接，带通滤波器与A/D转换器的模拟输入端为模拟信号连接；A/D转换器的数字输出端与数据处理器数据线为数字信号连接，数据处理器内置存储器并与之构成数字信号和控制信号的内部控制连接，数据处理器的控制线与驱动放大器的控制信号输入端为通过耦合电路的信号连接，驱动放大器的功率输出端与执行器的输入端为模拟信号连接。
数据处理器及其内置存储器的功能主要通过由89S53型单片机芯片及其外围电路所构成数据处理电路来实现。单片机芯片的引脚8、7、6、5、4、3、2、和1分别与A/D转换器芯片的引脚11、12、13、14、15、16、17和18连接，单片机芯片的引脚31与工作电源正极接线端E连接，单片机芯片的引脚39与输出耦合电阻的一端连接；输出耦合电阻的另一端作为控制脉冲输出端。单片机芯片的引脚19和18跨接到石英晶体的两端，并分别与第一去耦电容的一端和第二去耦电容的一端连接；第一去耦电容的另一端和第二去耦电容的另一端均接地。微触开关的两端跨接到复位缓冲电容的正极端和负极端，其中与复位缓冲电容正极端的连接点与工作电源正极接线端E连接，与复位缓冲电容负极端的连接点与复位缓冲电阻的一端连接，并连接到单片机芯片的引脚9；复位缓冲电阻的另一端接地。
本发明的有益效果是：该方法可以随身携带的装置来实现；可忠实、可靠地侦测摩托车由远而近的噪音，感知并判断其位置、速度、行驶方向等，及时以所设计形式警告装置携带者及同行伴侣采取躲闪、回避等措施，以保证行路安全。特别对于盲、聋等感觉缺陷和下肢障碍群体，这种方法可有力保障出行安全。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本行人险情预警方法的工作步骤流程图。
图2是本发明实施例的行人险情预警系统框图。
图3是本发明实施例的信号检测和带通滤波电路结构图。
图4是本发明实施例的A/D转换和数据处理电路结构图。
图5是本发明实施例的驱动放大和执行电路结构图。
图2中：SM为信号检测器，BF为带通滤波器，AD为A/D转换器，DP为数据处理器，M为存储器，DR为驱动放大器，AR为执行器。
图3、4中：Ri为偏流电阻，Mic为驻极体话筒，Ci为耦合电容，Rf为反馈电阻，Mos为场效应管，Rc为负载电阻，Rs1为第一低通电阻，Rs2为第二低通电阻，Rs3为第三低通电阻，Rs4为第四低通电阻，Cs1为第一高通电容，Cs2为第二高通电容，Cs3为第三高通电容，Cs4为第四高通电容，E为工作电源接线端，s为声音信号输出端。
图4、5中：U1为单片机芯片，U2为A/D转换器芯片；R1为输入耦合电阻，R2为第一分压电阻，R3为第二分压电阻，R4为缓冲电阻，R5为复位缓冲电阻，R6为输出耦合电阻；C1为缓冲电容，C2为第一去耦电容，C3为第二去耦电容，C4为复位缓冲电容；Y为石英晶体；S1为微触开关；cp为控制脉冲输出端。
图5中：SCR为可控硅，Buz为蜂鸣器，U3为报警音芯片，Vib为振动器，VD为LED器件，T为晶体管，K为拨动开关，Cel为电池。
具体实施方式
在图1所示的实施例工作步骤流程图和图2所示的系统框图中：微弱信号检测步骤的信号检测器SM利用高灵敏度话筒大范围采集声音信号，通过前置放大电路放大和强度(幅度)筛选，得到在10～60Hz范围内抖动的声音信号；音频带通滤波步骤的带通滤波器BF利用有、无源带通滤波电路，得到带有抖动特征的100～1000Hz音频信号；A/D转换步骤的A/D转换器AD将带有抖动特征的声音信号进行模数转换处理，得到抖动声音信号序列数据；同步匹 配计算步骤利用数据处理器DP将其内置存储器M内的摩托车10～60Hz范围内抖动声音样本模型数据，与采集、滤波得到的抖动声音信号序列数据进行同步化井行匹配、比较、计算、控制、选通，得到识别结果数据暂存；方向速度判别步骤运用数据处理器DP的多普勒模型，对暂存识别结果数据进行计算，判断声源运动状态、运动方向、运动速度，滤掉反向和慢速运动的声音抖动信号数据；如果方向速度判别步骤得到了同步快速运动的抖动信号数据，则同步比较计算步骤再将该同步快速运动的抖动信号数据，经数据处理器DP与存储器M内的所存摩托车100～1000Hz噪音音色信号数据进行同步比较、计算，得到同步差值信号数据，如果该同步差值信号数据小于给定值，则输出给定控制脉冲，开启驱动报警步骤的驱动放大器DR，产生并放大给定形式的报警驱动信号；驱动报警步骤在得到开启指令(控制脉冲)时，将驱动放大器DR输出的给定形式音频、闪烁、抖振等输出信号，送给执行器AR，即蜂鸣器、LED、振动器等执行器件，使其向携带者发出声音、闪光、振动等形式的报警信号。
在图2所示的实施例系统框图中：行人险情预警系统主要由信号检测器SM、带通滤波器BF、A/D转换器AD、数据处理器DP、驱动放大器DR和执行器AR构成。信号检测器SM与带通滤波器BF为模拟信号连接，带通滤波器BF与A/D转换器AD的模拟输入端为模拟信号连接；A/D转换器AD的数字输出端与数据处理器DP数据线为数字信号连接，数据处理器DP内置存储器M并与之构成数字信号和控制信号的内部控制连接，数据处理器DP的控制线与驱动放大器DR的控制信号输入端为通过耦合电路的信号连接，驱动放大器DR的功率输出端与执行器AR的输入端为模拟信号连接。
在图2所示的实施例系统框图和图3所示的信号检测和带通滤波电路结构原理图中：
偏流电阻Ri、耦合电容Ci、驻极体话筒Mic、反馈电阻Rf、场效应管Mos和负载电阻Rc构成信号检测器SM。偏流电阻Ri的一端与工作电源正极接线端E连接，另一端与驻极体话筒Mic的漏极接线端连接；耦合电容Ci的正极端与驻极体话筒Mic的漏极接线端连接，负极端与与场效应管Mos的栅极连接；驻极体话筒Mic的源极接线端和屏蔽网接线端均接地。反馈电阻Rf的一端与场效应管Mos的栅极连接，另一端与负载电阻Rc的一端及场效应管Mos的漏极同时连接；负载电阻Rc的另一端与工作电源正极接线端E连接；场效应管Mos的源极接地。
第一低通电阻Rs1、第二低通电阻Rs2、第三低通电阻Rs3、第四低通电阻Rs4、第一高通电容Cs1、第二高通电容Cs2、第三高通电容Cs3和第四高通电容Cs4构成音频带通滤波器BF。其中第一低通电阻Rs1、第二低通电阻Rs2、第一高通电容Cs1和第二高通电容Cs2构成高通单元，第三低通电阻Rs3、第四低通电阻Rs4、第三高通电容Cs3和第四高通电容Cs4构成低通单元。第一低通电阻Rs1的一端与场效应管Mos的漏极连接，第一低通电阻Rs1的另一端与第二低通电阻Rs2的一端连接；第一低通电阻Rs1与第二低通电阻Rs2的连接点与第一高通电容Csl的一端连接，第一高通电容Cs1的另一端接地；第二低通电阻Rs2的另一端与第二高通电容Cs2的一端连接，第二高通电容Cs2的另一端接地。第二低通电阻Rs2与第二高通电容Cs2的连接点与第三高通电容Cs3的一端连接，第三高通电容Cs3的另一端与第四高通电容Cs4的一端连接；第三高通电容Cs3与第四高通电容Cs4的连接点与第三低通电阻Rs3的一端连接，第三低通电阻Rs3的另一端接地；第四高通电容Cs4的另一端与第四低通电阻Rs4的一端连接，第四低通电阻Rs4的另一端接地。第四高通电容Cs4与第四低通电阻Rs4的连接点作为声音信号输出端s。
在图2所示的实施例系统框图和图4所示的A/D转换和数据处理电路结构图中：
89S53型单片机芯片U1及其外围电路构成数据处理电路，实现数据处理器DP和内置存储器M的功能。单片机芯片U1的引脚8、7、6、5、4、3、2、和1分别与A/D转换器芯片U2的引脚11、12、13、14、15、16、17和18连接，单片机芯片U1的引脚31与工作电源正极接线端E连接，单片机芯片U1的引脚39与输出耦合电阻R6的一端连接；输出耦合电阻R6的另一端作为控制脉冲输出端cp。单片机芯片U1的引脚19和18跨接到石英晶体Y 的两端，并分别与第一去耦电容C2的一端和第二去耦电容C3的一端连接；第一去耦电容C2的另一端和第二去耦电容C3的另一端均接地。微触开关S1的两端跨接到复位缓冲电容C4的正极端和负极端，其中与复位缓冲电容C4正极端的连接点与工作电源正极接线端E连接，与复位缓冲电容C4负极端的连接点与复位缓冲电阻R5的一端连接，并连接到单片机芯片U1的引脚9；复位缓冲电阻R5的另一端接地。
ADC0804型A/D转换器芯片U2及其外围电路构成A/D转换器。输入耦合电阻R1的一端与声音信号输出端s连接，输入耦合电阻R1的另一端与A/D转换器芯片U2的引脚6连接；第一分压电阻R2的一端与工作电源正极接线端E连接，第一分压电阻R2的一端与第二分压电阻R3的一端连接，第二分压电阻R3的另一端接地；第一分压电阻R2与第二分压电阻R3的连接点与A/D转换器芯片U2的引脚9连接；缓冲电阻R4的一端与缓冲电容C1的一端连接，缓冲电阻R4的另一端与A/D转换器芯片U2的引脚19连接；缓冲电容C1的另一端接地；缓冲电阻R4与缓冲电容C1的连接点与A/D转换器芯片U2的引脚4连接。A/D转换器芯片U2的引脚11、12、13、14、15、16、17和18分别与单片机芯片U1的引脚8、7、6、5、4、3、2、和1连接；A/D转换器芯片U2的引脚20与工作电源正极接线端E连接，A/D转换器芯片U2的引脚7、8和10均接地，A/D转换器芯片U2的其余引脚悬空。
在图2所示的实施例系统框图和图5所示的驱动放大和执行电路结构图中：可控硅SCR、HY-100型报警音芯片U3、晶体管T构成驱动放大器DR；HTD27A-1型蜂鸣器Buz、扁平型手机振动器Vib、LED器件VD、微型拨动开关K、锂离子手机电池Cel组成执行器AR。可控硅SCR的阳极与工作电源正极接线端E连接，其阴极与报警音芯片U3的引脚2连接，其门极与控制脉冲输出端cp连接；蜂鸣器Buz的两接线端跨接在报警音芯片U3的引脚3、4之间；U3为报警音芯片，振动器Vib的两端跨接在工作电源正极接线端E和报警音芯片U3的引脚5之间；LED器件VD的阳极与工作电源正极接线端E连接，其阴极与晶体管T的集电极连接；晶体管T的基极与报警音芯片U3的引脚3连接，其发射极接地；拨动开关K的一侧接线端及转换接线端同时与工作电源正极接线端E连接，其另一侧接线端与电池Cel的正极连接；Cel的负极及与报警音芯片U3的引脚6同时接地。
Claims (6)
1.一种行人险情预警方法，主要通过微弱信号检测、音频带通滤波、A/D转换、方向速度判别、同步比较计算和驱动报警六个步骤完成，其特征是：微弱信号检测步骤的信号检测器利用高灵敏度话筒大范围采集声音信号，通过前置放大电路放大和强度，得到在10～60Hz范围内抖动的声音信号；音频带通滤波步骤的带通滤波器利用有源和无源带通滤波电路，得到带有抖动特征的100～1000Hz音频信号；A/D转换步骤的A/D转换器将带有抖动特征的声音信号进行模数转换处理，得到抖动声音信号序列数据；同步匹配计算步骤利用数据处理器将内置存储器内的摩托车10～60Hz范围内抖动声音样本模型数据，与采集、和滤波得到的抖动声音信号序列数据进行同步化并行匹配、比较、计算、控制和选通，得到识别结果数据暂存；方向速度判别步骤运用数据处理器的多普勒模型，对暂存识别结果数据进行计算，判断声源运动状态、运动方向和运动速度，滤掉反向和慢速运动的声音抖动信号数据；如果方向速度判别步骤得到了同步快速运动的抖动信号数据，则同步比较计算步骤再将该同步快速运动的抖动信号数据，经数据处理器与存储器内的所存摩托车100～1000Hz噪音音色信号数据进行同步比较和计算，得到同步差值信号数据，如果该同步差值信号数据小于给定值，则输出给定控制脉冲，开启驱动报警步骤的驱动放大器，产生并放大给定形式的报警驱动信号；驱动报警步骤在得到开启指令时，将驱动放大器输出的给定形式音频、闪烁和抖振输出信号，送给蜂鸣器、LED和振动器，使其向携带者发出声音、闪光和振动形式的报警信号；
行人险情预警方法主要通过信号检测器、带通滤波器、A/D转换器、数据处理器、驱动放大器和执行器构成的系统来实现；信号检测器与带通滤波器为模拟信号连接，带通滤波器与A/D转换器的模拟输入端为模拟信号连接；A/D转换器的数字输出端与数据处理器数据线为数字信号连接，数据处理器内置存储器并与之构成数字信号和控制信号的内部控制连接，数据处理器的控制线与驱动放大器的控制信号输入端为通过耦合电路的信号连接，驱动放大器的功率输出端与执行器的输入端为模拟信号连接。
2.根据权利要求1所述的行人险情预警方法，其特征是：信号检测器SM由偏流电阻Ri、耦合电容Ci、驻极体话筒Mic、反馈电阻Rf、场效应管Mos和负载电阻Rc构成；
偏流电阻Ri的一端与工作电源正极接线端E连接，另一端与驻极体话筒Mic的漏极接线端连接；耦合电容Ci的正极端与驻极体话筒Mic的漏极接线端连接，负极端与与场效应管Mos的栅极连接；驻极体话筒Mic的源极接线端和屏蔽网接线端均接地；反馈电阻Rf的一端与场效应管Mos的栅极连接，另一端与负载电阻Rc的一端及场效应管Mos的漏极同时连接；负载电阻Rc的另一端与工作电源正极接线端E连接；场效应管Mos的源极接地。
3.根据权利要求1或2所述的行人险情预警方法，其特征是：音频带通滤波器BF由第一低通电阻Rs1、第二低通电阻Rs2、第三低通电阻Rs3、第四低通电阻Rs4、第一高通电容Cs1、第二高通电容Cs2、第三高通电容Cs3和第四高通电容Cs4构成；其中第一低通电阻Rs1、第二低通电阻Rs2、第一高通电容Cs1和第二高通电容Cs2构成高通单元，第三低通电阻Rs3、第四低通电阻Rs4、第三高通电容Cs3和第四高通电容Cs4构成低通单元；
第一低通电阻Rs1的一端与场效应管Mos的漏极连接，第一低通电阻Rs1的另一端与第二低通电阻Rs2的一端连接；第一低通电阻Rs1与第二低通电阻Rs2的连接点与第一高通电容Cs1的一端连接，第一高通电容Cs1的另一端接地；第二低通电阻Rs2的另一端与第二高通电容Cs2的一端连接，第二高通电容Cs2的另一端接地；第二低通电阻Rs2与第二高通电容Cs2的连接点与第三高通电容Cs3的一端连接，第三高通电容Cs3的另一端与第四高通电容Cs4的一端连接；第三高通电容Cs3与第四高通电容Cs4的连接点与第三低通电阻Rs3的一端连接，第三低通电阻Rs3的另一端接地；第四高通电容Cs4的另一端与第四低通电阻Rs4的一端连接，第四低通电阻Rs4的另一端接地；第四高通电容Cs4与第四低通电阻Rs4的连接点作为声音信号输出端s。
4.根据权利要求1或2所述的行人险情预警方法，其特征是：A/D转换器由ADC0804型A/D转换器芯片U2及其外围电路构成；
输入耦合电阻R1的一端与声音信号输出端s连接，输入耦合电阻R1的另一端与A/D转换器芯片U2的引脚6连接；第一分压电阻R2的一端与工作电源正极接线端E连接，第一分压电阻R2的另一端与第二分压电阻R3的一端连接，第二分压电阻R3的另一端接地；第一分压电阻R2与第二分压电阻R3的连接点与A/D转换器芯片U2的引脚9连接；缓冲电阻R4的一端与缓冲电容C1的一端连接，缓冲电阻R4的另一端与A/D转换器芯片U2的引脚19连接；缓冲电容C1的另一端接地；缓冲电阻R4与缓冲电容C1的连接点与A/D转换器芯片U2的引脚4连接；A/D转换器芯片U2的引脚11、12、13、14、15、16、17和18分别与单片机芯片U1的引脚8、7、6、5、4、3、2、和1连接；A/D转换器芯片U2的引脚20与工作电源正极接线端E连接，A/D转换器芯片U2的引脚7、8和10均接地，A/D转换器芯片U2的其余引脚悬空。
5.根据权利要求1所述的行人险情预警方法，其特征是：数据处理器DP和内置存储器M的功能由89S53型单片机芯片U1及其外围电路构成数据处理电路来实现；单片机芯片U1的引脚8、7、6、5、4、3、2、和1分别与A/D转换器芯片U2的引脚11、12、13、14、15、16、17和18连接，单片机芯片U1的引脚31与工作电源正极接线端E连接，单片机芯片U1的引脚39与输出耦合电阻R6的一端连接；输出耦合电阻R6的另一端作为控制脉冲输出端cp；单片机芯片U1的引脚19和18跨接到石英晶体Y的两端，并分别与第一去耦电容C2的一端和第二去耦电容C3的一端连接；第一去耦电容C2的另一端和第二去耦电容C3的另一端均接地；微触开关S1的两端跨接到复位缓冲电容C4的正极端和负极端，其中与复位缓冲电容C4正极端的连接点与工作电源正极接线端E连接，与复位缓冲电容C4负极端的连接点与复位缓冲电阻R5的一端连接，并连接到单片机芯片U1的引脚9；复位缓冲电阻R5的另一端接地。
6.根据权利要求1所述的行人险情预警方法，其特征是：驱动放大器DR由可控硅SCR、HY-100型报警音芯片U3和晶体管T构成；执行器AR由HTD27A-1型蜂鸣器Buz、扁平型手机振动器Vib、LED器件VD、微型拨动开关K、锂离子手机电池Ce1组成；
可控硅SCR的阳极与工作电源正极接线端E连接，其阴极与报警音芯片U3的引脚2连接，其门极与控制脉冲输出端cp连接；蜂鸣器Buz的两接线端跨接在报警音芯片U3的引脚3、4之间；U3为报警音芯片，振动器Vib的两端跨接在工作电源正极接线端E和报警音芯片U3的引脚5之间；LED器件VD的阳极与工作电源正极接线端E连接，其阴极与晶体管T的集电极连接；晶体管T的基极与报警音芯片U3的引脚3连接，其发射极接地；拨动开关K的一侧接线端及转换接线端同时与工作电源正极接线端E连接，其另一侧接线端与电池Ce1的正极连接；Ce1的负极及与报警音芯片U3的引脚6同时接地。
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