CN103759807B - 一种基于物联网架构的机场航空噪声监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网架构的机场航空噪声监测装置，包括：电源模块，所述电源模块包括太阳能充电单元、以及与所述太阳能充电单元电连接的锂电池；信号调理模块，用于采集噪声信号，并对所述噪声信号进行前置滤波、放大、抗混叠滤波、以及模数转换处理；数字处理模块，用于接收所述信号调理模块产生的数字信号，通过上述数字信号计算得出噪声声压级；无线传输模块，用于实现所述数字处理模块与系统控制模块之间的无线数据通信；系统控制模块，用于实现电源模块的管理，以及数字处理模块的工作状态管理。本发明具有数据传输方便、节能环保、可靠性高的优点。

Description

一种基于物联网架构的机场航空噪声监测装置

技术领域

本发明属于机场噪声监控领域，尤其涉及一种基于物联网架构的机场航空噪声监测装置。

背景技术

为了适应经济全球化的要求，人们设想如果从信息流通的角度将RFID技术、WSN技术、GPS技术、数字地球技术与互联网结合起来，就能将互联网的覆盖范围从“人”扩大到“物”。从而通过RFID技术、WSN技术和GPS技术采集获取有关物流的信息，进而借助互联网对世界范围内的物流信息进行快速、准确的识别与全程跟踪，这种技术就是物联网技术。物联网技术已经在许多领域得到广泛的应用。物联网之所以会有如此广泛的市场，主要是由于它可以对“物”进行有效地监测和控制，从而使人们的生活真正的达到智能化，进而提高人们的生活质量。

近年来，随着民航业的飞速发展，全国各地正在不断改建、扩建、新增大批机场，机场吞吐能力及占地规模都相应地扩大。与此同时，机场周边地区的城镇化进程也随之加快，机场用地与城镇用地越来越靠近，由机场噪声影响所引起的矛盾、纠纷也越来越多。机场噪声污染问题已经成为一个世界性的难题，严重影响着机场的可持续发展和机场与周边的和谐发展。而机场噪声监测是确定机场噪声对居民的影响范围、控制机场噪声以及合理规划机场周围土地使用的重要依据。因此，机场噪声监测装置的重要性越来越明显。

目前，传统的机场噪声监测装置采取的基本技术方案是：在机场周围设立若干个噪声采集装置，然后利用数据线将采集到的噪声信息传输至远端的控制监测中心；通过实践环节发现：传统机场噪声监测装置存在如下的缺陷：一、通信过程中需要架设通信线路，因此安装、实施过程比较复杂；二、传统的机场噪声监测装置采用蓄电池进行供电或者是采用导线进行供电，前者需要更换电池，后者需要铺设导线，因此使用极其不便。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种利用三层结构的CUDA架构，实现并行计算；提高算法效率的基于物联网架构的机场航空噪声监测装置。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种基于物联网架构的机场航空噪声监测装置，包括：

电源模块，所述电源模块包括太阳能充电单元、以及与所述太阳能充电单元电连接的锂电池；

信号调理模块，用于采集噪声信号，并对所述噪声信号进行前置滤波、放大、抗混叠滤波、以及模数转换处理；

数字处理模块，用于接收所述信号调理模块产生的数字信号，通过上述数字信号计算得出噪声声压级；

无线传输模块，用于实现所述数字处理模块与系统控制模块之间的无线数据通信；

系统控制模块，用于实现电源模块的管理，以及数字处理模块的工作状态管理。

作为优选技术方案，本发明还采用了如下技术特征：

所述信号调理模块由传声器、前级驱动滤波电路、程控增益仪表放大电路、以及抗混叠滤波与模数转换芯片依次连接组成。

所述无线传输模块包括多个Zigbee通信模块；多个Zigbee通信模块之间通过自组网的方式将噪声信息发送至汇聚节点，最后由所述汇聚节点发送给中心控制平台。

所述航空噪声监测装置测量噪声信号的具体过程为：根据声音信号的频段，设计若干个1/3倍频程数字滤波器，通过对原始噪声声压级的分析，得到1/3倍频程的频谱，进而借助其计算总的瞬时声压级；并通过对时间T之内的声压级进行时间计权，得到时间计权声压级，从而实现环境噪声的测量；同时根据航空噪声的频谱特性，在1/3倍频程频谱基础上进行滤波，从而实现航空噪声的初步测量。

所述Zigbee通信模块、信号调理模块、数字处理模块、锂电池被密封于一个密封壳体内。

本发明具有的优点和积极效果是：一、由于本发明采用Zigbee通信模块，同时依靠多个Zigbee通信模块之间通过自组网的方式将噪声信息发送至汇聚节点，因此与传统技术相比更加方便，实现了数据的无线、快速传输；二、由于采用了太阳能充电单元进行供电，因此解决了铺设导线负载的缺陷，同时具有节能，环保的优点；三、由于采用密封壳体将Zigbee通信模块、信号调理模块、数字处理模块、锂电池进行密封，因此可以很好地保护上述元器件不被破坏。

附图说明

图1是本发明的功能模块示意图；

图2是本发明的信号调理模块示意图；

图3是本发明的数字处理模块示意图；

图4是本发明的AD7606并口工作时序图；

图5是本发明的抗混叠滤波器频响曲线图；

图6是本发明的数字处理模块与无线传输模块之间的通信示意图；

图7是本发明的电源模块示意图；

图8是本发明的数字处理模块工作流程图；

图9是本发明的系统控制模块工作流程图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1和图7，一种基于物联网架构的机场航空噪声监测装置，包括：

电源模块，所述电源模块包括太阳能充电单元、以及与所述太阳能充电单元电连接的锂电池；

信号调理模块，用于采集噪声信号，并对所述噪声信号进行前置滤波、放大、抗混叠滤波、以及模数转换处理；

数字处理模块，用于接收所述信号调理模块产生的数字信号，通过上述数字信号计算得出噪声声压级；

无线传输模块，用于实现所述数字处理模块与系统控制模块之间的无线数据通信；

系统控制模块，用于实现电源模块的管理，以及数字处理模块的工作状态管理。

其中：信号调理模块是原始噪声信号的采样模块，该模块首先对低信噪比的噪声信号进行转换滤波放大处理，然后通过模数转换器将其转换成数字信号发送到数字处理模块；数字处理模块主要完成对采样得到的噪声信号的数字处理工作，通过一系列计算得出噪声声压级；所述具体计算过程为：根据声音信号的频段，设计若干个1/3倍频程数字滤波器，通过对原始噪声声压级的分析，得到1/3倍频程的频谱，进而借助其计算总的瞬时声压级。并通过对时间T之内的声压级进行时间计权，得到时间计权声压级，从而实现环境噪声的测量。同时根据航空噪声的频谱特性，在1/3倍频程频谱基础上进行滤波，从而可以实现航空噪声的初步测量；无线传输模块主要完成无线数据的收发工作，一方面，该模块接收数字处理模块处理后的数据，并将接收到的数据发送至接收终端；另一方面，该模块接收其他节点传输的数据，并将其转发到接收终端；系统控制模块主要完成系统的电源管理和状态控制工作，电源模块为系统提供能源，保证系统能够正常稳定不间断地工作。

请参阅图2，信号调理模块主要由驻极体传声器、前级驱动滤波电路、程控增益仪表放大电路、以及抗混叠滤波电路和模数转换芯片AD7606组成。

驻极体传声器是一种声电器件，可以将声音信号转换成电信号；前级驱动滤波电路为传声器提供驱动电压，同时对输出的信号进行滤波处理；程控增益仪表放大电路通过对信号进行差分放大，从而达到抑制共模信号、放大差模信号的目的，同时可根据噪声声压级的大小自动调节放大增益；抗混叠滤波电路用来滤除信号中的高频干扰噪声，防止混叠效应的发生；模数转换芯片AD7606完成信号的模数转换，将模拟信号转换成数字信号。

请参阅图3和图4，图3是本发明的数字处理模块示意图，图4是本发明的AD7606并口工作时序图；如图3所示：数字信号处理芯片（DSP）通过通用型之输入输出（GPIO）控制AD7606，通过并行接口进行数据传输。如图4所示：模数转换芯片AD7606内部集成的抗混叠滤波器，选择在-5V～+5V的工作范围，滤波器截止频率为15KHz。

请参阅图5，图5是本发明的抗混叠滤波器频响曲线图；数字信号处理芯片（DSP）通过通用型之输入输出（GPIO）控制程控增益仪表放大器的A0、A1的逻辑电平，并达到改变放大器的增益的目的。

请参阅图6，图6是本发明的数字处理模块与无线传输模块之间的通信示意图；数字信号处理芯片（DSP）将采集的噪声数据通过UART口发送至Zigbee通信模块，再通过Zigbee通信模块发送至汇聚节点，再由汇聚节点发送至中心控制平台。

请参阅图8和图9，图8是本发明的数字处理模块工作流程图；图9是本发明的系统控制模块工作流程图；作为优选技术方案，在计算时间计权声压级时，具体实施方案如下：根据声音信号的频段，设计若干个1/3倍频程数字滤波器，通过对原始噪声声压级的分析，得到1/3倍频程的频谱，进而借助其计算总的瞬时声压级。并通过对时间T之内的声压级进行时间计权，得到时间计权声压级，从而实现环境噪声的测量。同时根据航空噪声的频谱特性，在1/3倍频程频谱基础上进行滤波，从而可以实现航空噪声的初步测量。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (1)

1.一种基于物联网架构的机场航空噪声监测装置，其特征在于：包括：

电源模块，所述电源模块包括太阳能充电单元、以及与所述太阳能充电单元电连接的锂电池；

信号调理模块，用于采集噪声信号，并对所述噪声信号进行前置滤波、放大、抗混叠滤波、以及模数转换处理；所述信号调理模块由传声器、前级驱动滤波电路、程控增益仪表放大电路、以及抗混叠滤波电路与模数转换芯片依次连接组成；所述模数转换芯片的型号为AD7606；

数字处理模块，用于接收所述信号调理模块产生的数字信号，通过上述数字信号计算得出噪声声压级；

无线传输模块，用于实现所述数字处理模块与系统控制模块之间的无线数据通信；所述无线传输模块包括多个Zigbee通信模块；多个Zigbee通信模块之间通过自组网的方式将噪声信息发送至汇聚节点，最后由所述汇聚节点发送给中心控制平台；

系统控制模块，用于实现电源模块的管理，以及数字处理模块的工作状态管理，其中：所述航空噪声监测装置测量噪声信号的具体过程为：根据声音信号的频段，设计若干个1/3倍频程数字滤波器，通过对原始噪声声压级的分析，得到1/3倍频程的频谱，进而借助其计算总的瞬时声压级；并通过对时间T之内的声压级进行时间计权，得到时间计权声压级，从而实现环境噪声的测量；同时根据航空噪声的频谱特性，在1/3倍频程频谱基础上进行滤波，从而实现航空噪声的初步测量；

所述Zigbee通信模块、信号调理模块、数字处理模块、锂电池被密封于一个密封壳体内；

前级驱动滤波电路为传声器提供驱动电压，同时对输出的信号进行滤波处理；程控增益仪表放大电路通过对信号进行差分放大，从而抑制共模信号、放大差模信号；同时根据噪声声压级的大小调节放大增益；抗混叠滤波电路用来滤除信号中的高频干扰噪声，防止混叠效应的发生；

数字处理模块通过输入输出GPIO端口控制程控增益仪表放大器的A0、A1的逻辑电平；数字处理模块将采集的噪声数据通过UART口发送至Zigbee通信模块。