CN109949531A - 一种基于深度学习和低频通信阵列的无线面隔离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于深度学习和低频通信阵列的无线面隔离装置，该装置包括信号收发模块、微处理器、无线传输模块、电源模块、报警模块。其中信号收发模块，由单片机A、信号发生器、信号接收器、滤波器、定向天线，D/A转换器构成。微处理器，与信号接收器相连，负责特征提取及识别。无线传输模块，用以传输微处理器与报警模块的信号。电源模块，为整个装置供电。报警模块，由单片机B、窗口电压比较器、延时控制电路、多谐振荡器电路、电源，报警元件组成。本发明利用低频信号构建无线面隔离装置虽小众但经济、减少人力，较为高效和灵敏且不局限于场地、时间，对外界条件要求也不高，并针对后期信号发生改变进行特征提取及识别做进一步分析处理。

Description

一种基于深度学习和低频通信阵列的无线面隔离装置

技术领域

本发明涉及电气信息工程领域，尤其涉及一种基于深度学习和低频通信阵列的无线面隔离装置。

背景技术

目前，北美安防系统发展最成功的经营模式就是联网报警服务模式。但此种联网报警装置并不适用于一些暂时性需要看护的场地，例如我们正在研究的施工场地。针对此种暂时性安全防盗，我国目前市面上多以建立安全防范系统的图像监控系统由保安人员进行看护、设置安全防盗钢铁网、人力昼夜巡视以及红外线探测之类的措施为主。另有一些监控系统的诞生，例如被动红外入侵探测器、多普勒微波入侵探测器、超声波入侵探测器等。其中，被动红外入侵探测器易受周围物体辐射出的红外线影响。只要物体温度高于绝对零度（即-273℃），便无时无刻向外辐射出红外线。超声波入侵探测仪由于声波传输较为发散，多用于一些特殊场合，例如封闭性较好的银行金库、存放文物的玻璃展柜等方可发挥较好的作用。现阶段市面上适用于需暂时性看护的场地的防误闯系统大多利用高频微波信号传输，但是经常性会出现误报现象。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于深度学习和低频通信阵列的无线面隔离装置，主要内容如下：

本装置包括信号收发模块、微处理器、无线传输模块、电源模块、报警模块。

信号收发模块，由单片机A、信号发生器、信号接收器、滤波器、定向天线，D/A转换器构成。

微处理器，与信号接收器相连，负责特征提取及识别。

无线传输模块，用以传输微处理器与报警模块的信号。

电源模块，为整个装置供电。

报警模块，由单片机B、窗口电压比较器、延时控制电路、多谐振荡器电路、电源，报警元件组成。

优选的是，所述单片机A将频率控制字发送给信号接收器，在信号发生器的输出端口得到所需的正弦信号，将输出信号通过滤波器进行滤波处理。滤波器的中心频率通过单片机A按照信号发生器的输出频率进行设置，D/A转换器控制输出低频信号的幅度，由定向天线加大信号传输距离。

优选的是，所述信号发生器设置为多组且同时设置与之对应的多组信号接收器形成低频信号通信阵列。

优选的是，所述信号接收器将接收到的信号发送给微处理器进行信号特征提取与识别，其中微处理器利用多维时频混合特征提取信号变化特征并采用卷积神经网络进行训练和识别，当低频信号在传输过程中通过障碍物遮挡时信号传输功率发生改变，通过微处理器将其转化为波形方差作为参考信息，若超过预设阈值，记录相关数据并通过无线传输模块将波形方差传输给报警模块进行报警。

优选的是，所述窗口电压比较器包括RP₁、R₄、R₅、R₆、R₇、RP₂、D₁、D₂、IC₃、IC₄；延时控制电路由IC₅、R₈、R₉、R₁₀、C₄、C₅、C₆、BG，SCR组成；多谐振荡器电路由芯片IC₄、R₁₁、R₁₂，C₈和C₉构成；报警元件由R₁₃、D₃、D₄、N/O，LED灯和无绳电话机组成。

优选的是，所述单片机B一端接IC₃的正相输入端，另一端接IC₄的反相输入端；所述IC₃的反相输入端接R₆和RP₂，所述IC₄的正相输入端接RP₂，R₅和R₉；所述RP₂一端接R₇，另一端接R₅；所述RP₁一端接R₆，另一端接R₄；所述IC₃的输出端接D₁的正极，所述IC₄的输出端接D₂的正极；所述D₁与D₂均与SCR的K极连接。

优选的是，所述IC₅的反相输入端通过R₈与电源连接，IC₅的反相输入端通过R₉接地， IC₅的同相输入端通过R₁₀与电源连接，IC₅的同相输入端通过C₄接地， IC₅的输出端与BG的基极连接，BG的集电极与电源连接，IC₅的输出端通过C₅接地。

优选的是，所述SCR的K极还与C₆相连，SCR的G极通过R₁₁与IC₆的7脚连接；SCR的B极与IC₆的8脚和4脚连接，IC₆的6脚与2脚相连，IC₆的6脚与7脚通过R₁₂相连，IC₆的2脚与C8相连，IC₆的1脚与C9相连，IC₆的5脚接地，IC₆的4脚通过R₁₃和LED灯与IC₆的3脚连接，IC₆的3脚通过D3、N/O接地，D₄与N/O并联，N/O与无绳电话机串联。

优选的是，所述IC₃、IC₄、IC₅为带有真差动输入的四运算放大器。

更优选的是，所述SCR为可控硅整流器，型号为SN101。

有益效果：本发明利用低频信号构建无线面隔离装置虽小众但经济、减少人力，较为高效和灵敏且不局限于场地、时间，对外界条件要求也不高。另外，鉴于低频载波可传输的信息量太少，本发明根据低频载波可传输的信息以及突出信号的波形在物体入侵时发生的改变，利用卷积神经网络对接收的信号波形进行数据特征提取和处理。另外针对于一些特殊天气情况进行具体的归类分析，分类研究特殊天气下的接收信号的处理方法，防止错误报警。

本发明针对低频信号的发生以及信号采集进行基于单片机构成的低频信号发生器的设计、定向天线的安装与信号接收以及后期信号发生改变的特征提取及识别。在构建相对齐全的仪器实时监测数据库基础上，构造了一种通过低频信号生成及接收器件分开放置、信号进行点对点传输构造相对安全的无线安全隔离区域。本发明将可产生多种不同频率的芯片、信号微处理器以及定向天线加以利用整合，分析安全防护面的工作状态，并以信号接收端收集信号波形特征与监测物体侵入作进一步分析处理。

附图说明

图1为本发明具体设计方案图；

图2为低频信号通信阵列示意图；

图3为信号收发模块示意图；

图4为报警模块电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本装置包括信号收发模块、微处理器、无线传输模块、电源模块、报警模块。

其中信号收发模块，由单片机A、信号发生器、信号接收器、滤波器、定向天线，D/A转换器构成。微处理器，与信号接收器相连，负责特征提取及识别。无线传输模块，用以传输微处理器与报警模块的信号。电源模块，为整个装置供电。报警模块，由单片机B、窗口电压比较器、延时控制电路、多谐振荡器电路、电源，报警元件组成。

首先单片机A将频率控制字发送给信号接收器，在信号发生器的输出端口得到所需的正弦信号，将输出信号通过滤波器进行滤波处理。滤波器的中心频率通过单片机A按照信号发生器的输出频率进行设置，D/A转换器控制输出低频信号的幅度，由定向天线加大信号传输距离并与对应的多组信号接收器形成低频信号通信阵列，构成无线面隔离区域。

信号接收器将接收到的信号发送给微处理器进行信号特征提取与识别，其中微处理器利用多维时频混合特征提取信号变化特征并采用卷积神经网络进行训练和识别，当低频信号在传输过程中通过障碍物遮挡时信号传输功率发生改变，通过微处理器将其转化为波形方差作为参考信息，若超过预设阈值，记录相关数据并通过无线传输模块将波形方差传输给报警模块进行报警。

其中窗口电压比较器包括RP₁、R₄、R₅、R₆、R₇、RP₂、D₁、D₂、IC₃、IC₄；其上下限基准电压由电源电压经分压取得，RP₁、RP₂用来调节窗口电压比较器的基准电压，D₁、D₂的作用是防止IC₃、IC₄其中之一输出高电平时电流倒灌入另一运算放大器而使SCR的控制受到影响。延时控制电路由IC₅、R₈、R₉、R₁₀、C₄、C₅、C₆、BG，SCR组成；多谐振荡器电路由芯片IC₄、R₁₁、R₁₂，C₈和C₉构成；报警元件由R₁₃、D₃、D₄、N/O，LED灯和无绳电话机组成。

单片机B一端接IC₃的正相输入端，另一端接IC₄的反相输入端；IC₃的反相输入端接R₆和RP₂，IC₄的正相输入端接RP₂，R₅和R₉；RP₂一端接R₇，另一端接R₅；RP₁一端接R₆，另一端接R₄；IC₃的输出端接D₁的正极，IC₄的输出端接D₂的正极；D₁与D₂均与SCR的K极连接；

IC₅的反相输入端通过R₈与电源连接，IC₅的反相输入端通过R₉接地， IC₅的同相输入端通过R₁₀与电源连接，IC₅的同相输入端通过C₄接地， IC₅的输出端与BG的基极连接，BG的集电极与电源连接，IC₅的输出端通过C₅接地。

SCR的K极还与C₆相连，SCR的G极通过R₁₁与IC₆的7脚连接；SCR的B极与IC₆的8脚和4脚连接，IC₆的6脚与2脚相连，IC₆的6脚与7脚通过R₁₂相连，IC₆的2脚与C8相连，IC₆的1脚与C9相连，IC₆的5脚接地，IC₆的4脚通过R₁₃和LED灯与IC₆的3脚连接，IC₆的3脚通过D3、N/O接地，D₄与N/O并联，N/O与无绳电话机串联。IC₃、IC₄、IC₅为带有真差动输入的四运算放大器。SCR为可控硅整流器，型号为SN101。

因此当刚接通15V电源时，IC₅的正负极电压分别为V-=R₉/(R₉+R₈) ，V₊=0V随着时间的推移，V₊的值逐渐升高，当t约为100秒时，V₊达到10V，所以当接通电源时间约小于100秒内，IC₅输出低电平BG不导通，SCR的A极为低电平，当接通电源时间约大于100秒时，IC₅输出高电平，使BG导通，SCR的A极为高电平。

这样在接通电源约小于100秒的时间内，无论监视区内是否有活动的人体或物体，由于没有给多谐振荡器供电而处于不工作的状态，不产生报警信号。接通电源约100秒后，IC₅输出高电平，BG导通，SCR的A极为高电平，如果没有人体或物体经过两个信号源之间移动，IC₃、IC₄都输出低电平，SCR不导通，多谐振荡器处于不工作的状态，不产生报警信号；当有人或物体经过无线面隔离区域之间移动时，反射回来的信号与原信号产生频移，微处理器把微弱的频移信号进行放大、限幅等措施，通过单片机B取得和物体移动相关的直流电平。此电平与窗口电压比较器的基准电压相比较输出高电平，SCR导通，多谐振荡器的IC₆投入工作，IC₆的4脚所接的N/O接至无绳电话机报警。

Claims (10)

1.一种基于深度学习和低频通信阵列的无线面隔离装置，包括信号收发模块、微处理器、无线传输模块、电源模块、报警模块，其特征在于：

信号收发模块，由单片机A、信号发生器、信号接收器、滤波器、定向天线，D/A转换器构成；

微处理器，与信号接收器相连，负责特征提取及识别；

无线传输模块，用以传输微处理器与报警模块的信号；

电源模块，为整个装置供电；

报警模块，由单片机B、窗口电压比较器、延时控制电路、多谐振荡器电路、电源，报警元件组成。

2.如权利要求1所述的一种基于深度学习和低频通信阵列的无线面隔离装置，其特征在于：所述单片机A将频率控制字发送给信号接收器，在信号发生器的输出端口得到所需的正弦信号，将输出信号通过滤波器进行滤波处理；滤波器的中心频率通过单片机A按照信号发生器的输出频率进行设置，D/A转换器控制输出低频信号的幅度，由定向天线加大信号传输距离。

3.如权利要求2所述的一种基于深度学习和低频通信阵列的无线面隔离装置，其特征在于：所述信号发生器设置为多组且同时设置与之对应的多组信号接收器形成低频信号通信阵列。

4.如权利要求3所述的一种基于深度学习和低频通信阵列的无线面隔离装置，其特征在于：所述信号接收器将接收到的信号发送给微处理器进行信号特征提取与识别，其中微处理器利用多维时频混合特征提取信号变化特征并采用卷积神经网络进行训练和识别，当低频信号在传输过程中通过障碍物遮挡时信号传输功率发生改变，通过微处理器将其转化为波形方差作为参考信息，若超过预设阈值，记录相关数据并通过无线传输模块将波形方差传输给报警模块进行报警。

5.如权利要求1所述的一种基于深度学习和低频通信阵列的无线面隔离装置，其特征在于：所述窗口电压比较器包括RP₁、R₄、R₅、R₆、R₇、RP₂、D₁、D₂、IC₃、IC₄；延时控制电路由IC₅、R₈、R₉、R₁₀、C₄、C₅、C₆、BG，SCR组成；多谐振荡器电路由芯片IC₄、R₁₁、R₁₂，C₈和C₉构成；报警元件由R₁₃、D₃、D₄、N/O，LED灯和无绳电话机组成。

6.如权利要求5所述的一种基于深度学习和低频通信阵列的无线面隔离装置，其特征在于：所述单片机B一端接IC₃的正相输入端，另一端接IC₄的反相输入端；所述IC₃的反相输入端接R₆和RP₂，所述IC₄的正相输入端接RP₂，R₅和R₉；所述RP₂一端接R₇，另一端接R₅；所述RP₁一端接R₆，另一端接R₄；所述IC₃的输出端接D₁的正极，所述IC₄的输出端接D₂的正极；所述D₁与D₂均与SCR的K极连接。

7.如权利要求6所述的一种基于深度学习和低频通信阵列的无线面隔离装置，其特征在于：所述IC₅的反相输入端通过R8与电源连接，IC₅的反相输入端通过R₉接地， IC₅的同相输入端通过R₁₀与电源连接，IC₅的同相输入端通过C₄接地， IC₅的输出端与BG的基极连接，BG的集电极与电源连接，IC₅的输出端通过C₅接地。

8.如权利要求7所述的一种基于深度学习和低频通信阵列的无线面隔离装置，其特征在于：所述SCR的K极还与C₆相连，SCR的G极通过R₁₁与IC₆的7脚连接；SCR的B极与IC₆的8脚和4脚连接，IC₆的6脚与2脚相连，IC₆的6脚与7脚通过R₁₂相连，IC₆的2脚与C₈相连，IC₆的1脚与C₉相连，IC₆的5脚接地，IC₆的4脚通过R₁₃和LED灯与IC₆的3脚连接，IC6的3脚通过D₃、N/O接地，D4与N/O并联，N/O与无绳电话机串联。

9.如权利要求5所述的一种基于深度学习和低频通信阵列的无线面隔离装置，其特征在于：所述IC3、IC4、IC5为带有真差动输入的四运算放大器。

10.如权利要求5所述的一种基于深度学习和低频通信阵列的无线面隔离装置，其特征在于：所述SCR为可控硅整流器，型号为SN101。