CN111031490A - 一种检测居民楼振动噪音源的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检测居民楼振动噪音源的方法，涉及传感器无线采集技术领域。本发明包括以下步骤：S001,将无线振动检测模块分别固定安装在房屋的地面、房顶以及待检测的墙壁上，并开启无线振动检测模块；其中，无线振动检测模块包括WiFi模块、加速度传感器和可充电电池，WiFi模块分别与加速度传感器和可充电电池电性连接。本发明通过WiFi模块、加速度传感器和可充电电池构建无线振动检测模块以检测房屋内不同方向撞击所产生振动，进而根据多个无线振动检测模块检测的数据绘制曲线来判断噪声源的方向，可有效的提高噪音源方向确定的准确效率，保证人们的正常生活不被打扰。

Description

一种检测居民楼振动噪音源的方法
技术领域
本发明属于传感器无线采集技术领域，特别是涉及一种检测居民楼振动噪音源的方法。
背景技术
随着城市的发展，房价不断走高，房地产开发商建造的居民楼层也越来越高；单个居民楼内住进了大量住户，由于上下左右邻居的生活习惯和作息时间不同，在夜晚难免会发出很多噪音，如果居民楼房质量较差，隔音效果不好，则对他人正常生活影响较大。而对于有规律、持续时间较长的噪音，比如电视声和音乐声等，居民可以通过听声音自行判断噪音来源，有迹可循；但是对于震动大、无规律、时间短的噪音，比如突然的撞击地面、墙壁或房顶的声响，则无法断定噪音方向；如果周围邻居不愿意提供声源线索，甚至故意隐瞒、欺骗，受害者则无法通过协商解决噪音问题，因此必须借助专业手段来锁定噪音来源。
判断噪声来源的常规方法是通过声音判断方向，声音本身具有方向性，同时根据不同位置检测到的声音音量大小，可以判断声音的大致方向；目前比较有效的方法是在房屋需要检测的多个区域安装拾音器，并且要求多个拾音器同时工作，记录现场声音，将声音数据实时同步给一个电脑音频分析软件，进行声音对比。通过跟踪对比声音音量曲线，可以初步判断出声源方向；若将此方案应用在一个房间内，则存在如下问题：1)声响在一个房间内的传导衰减不会特别大，普通拾音器的拾音半径范围可达50米，若分别在墙壁、房顶、底板安装拾音器检测声音，由于各拾音器距离太近，录音的声音音量区别很小，不能直接判断出声音方向；2)噪音很可能会被其他杂音干扰，比如电视声、水龙头放水声，说话声等等，各种声音的叠加，增加了判定难度；3)拾音器需要连接电源线和音频线，增加了多点检测的施工难度和成本；
因此有待研究一种检测房屋振动噪音源的方法来提高振动噪音源方向确定的准确效率，以保证人们生活的正常生活不被打扰。
发明内容
本发明的目的在于提供一种检测居民楼振动噪音源的方法，通过WiFi模块、加速度传感器和可充电电池构建无线振动检测模块以检测房屋内不同方向撞击所产生的振动，进而根据多个无线振动检测模块检测的数据绘制曲线来判断噪声源的方向，解决了现有房屋受撞击而产生噪音无法确定方向，进而影响人们正常生活的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种检测居民楼振动噪音源的方法，包括以下步骤：
S001,将无线振动检测模块分别固定安装在房屋的地面、房顶以及待检测的墙壁上，并开启无线振动检测模块；
其中，所述无线振动检测模块包括WiFi模块、加速度传感器和可充电电池，所述WiFi模块分别与加速度传感器和可充电电池电性连接；
WiFi模块使用I2C或SPI总线连接加速度传感器；WiFi模块用于采集、保存加速度传感器的数据，且加速度传感器的数据通过WiFi信号向外传输，而可充电电池给WiFi模块和加速度传感器供电。
S002，在房间内设置无线路由器网络，电脑与各个无线振动检测模块进行网络连接，并向加速度传感器发送数据信息，使加速度传感器接入局域网；
S003，在电脑端设置无线振动检测模块的个数和位置标识，并根据无线振动检测模块的个数在电脑上的二维坐标轴上生成对应曲线条数；
S004，通过电脑启动振动噪音源检测程序，电脑先通过WiFi模块与各个加速度传感器同步时间，电脑在局域网中发送UDP广播，广播帧中携带系统时间戳，传感器模块接收到广播帧后对电脑回送UDP单播作为应答；电脑接收到每一个传感器模块的应答帧，记录该模块IP地址，之后结束时间同步操作；
S005，电脑向每一个无线振动检测模块发起TCP连接，且与无线振动检测模块成功连接之后，电脑向无线振动检测模块发送指令设置本次测试的配置参数，并开始采样；
S006，WiFi模块实时采样加速度传感器三轴方向上的分量值，并计算加速度向量大小，每次采样的数据占2字节，数据顺序存放在缓存中，采样达512次，则加上时间戳组成一帧命令，发送给电脑；同时WiFi模块在内存中备份该组监测数据，并以FIFO的方式管理每组数据；
S007，电脑接收到每一个无线振动检测模块的采样数据帧，根据每组数据中的时间戳和512个加速度向量大小，在二维坐标轴上绘制出对应曲线；如果出现TCP连接意外断开的情况，电脑也可以重新发起连接，并主动向加速度传感器查询TCP连接断开期间的采样数据；
S008，检测一段时间后，通过对比各个无线振动检测模块回传的曲线图形，可以直观的反应出房屋各个面的振动情况，从而辅助确定噪声的来源。
进一步地，所述步骤S001中的WiFi模块通过I2C总线或者SPI总线与加速度传感器电性连接。
进一步地，所述S002中的数据信息包括路由器SSID和路由器密码。
进一步地，所述步骤S005中的配置参数包括测试的时长、加速度传感器的转换量程、采样频率。
进一步地，所述步骤S003或S007中的二维坐标轴的横轴代表时间，纵轴代表幅值。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过加速度传感器来检测房屋的振动，并结合WiFi模块的无线传输技术来将数据发送至电脑上，在电脑上的二维坐标系上进行曲线绘制，由此确定振动噪声源的方向；此过程施工简单，可提高噪音源方向的确定效率，保证人们的正常生活不被打扰。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的无线振动检测模块的模块示意图；
图2为本发明的检测居民楼振动噪音源的系统布置图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
根据对撞击噪音的长期跟踪分析得出，当向房间某一方向的墙壁或地板施加一个撞击之后，如果撞击力度够大，除了有较大声响之外，也会产生很大的震动，同时其他方向的墙壁、房顶、或者地面也会有明显震感；撞击振动的振幅会随着传导介质的阻力有明显衰减，可以通过对比传导介质的振幅去判断撞击点；由于撞击噪声无规律、突发性、时间短的特点，人凭感觉很难判定噪音来源的方向；对比检测声音音量，检测振动来判断噪音源的方向可以在较小的区域内分辨出振动源，同时可以有效屏蔽其他声源的干扰；
而本发明所提供的技术方案主要是针对检测震动大、无规律、时间短的振动噪音，本技术方案可协助确定此种噪音的来源方向；方便人们及时与邻居或物业进行沟通，保证人们的正常生活不被打扰。
实施例一
如图1-2所示，本发明为一种检测居民楼振动噪音源的方法，包括以下步骤：
S001,将无线振动检测模块分别固定安装在房屋的地面、房顶以及待检测的墙壁上，且可充电电池对WiFi模块和加速度传感器进行供电，而WiFi模块以自身MAC为SSID释放热点；
其中，无线振动检测模块包括WiFi模块、加速度传感器和可充电电池，WiFi模块分别与加速度传感器和可充电电池电性连接；
S002，在房间内设置一个无线路由器网络，电脑通过无线路由器网络与WiFi模块进行通信连接，继而实现对与各个无线振动检测模块的控制，并向加速度传感器发送数据信息，使加速度传感器接入局域网，要求电脑和所有无线振动检测模块都工作在同一个无线局域网中；
S003，在电脑端设置无线振动检测模块的个数和位置标识，并根据无线振动检测模块的个数在电脑上的二维坐标轴上生成对应曲线条数；可设计应用于此场景的软件，并使二维坐标轴在此电脑的软件上呈现；并点击软件上的图标，如“开始/检测”等图标，使系统执行振动检测流程；
S004，通过电脑启动振动噪音源检测程序，电脑先通过WiFi模块与各个加速度传感器同步时间，电脑在局域网中发送UDP广播，广播帧中携带系统时间戳，传感器模块接收到广播帧后对电脑回送UDP单播作为应答；电脑接收到每一个传感器模块的应答帧，记录该模块IP地址，之后结束时间同步操作；
S005，电脑向每一个无线振动检测模块发起TCP连接，且与无线振动检测模块成功连接之后，电脑向无线振动检测模块发送指令设置本次测试的配置参数，并开始采样；
S006，WiFi模块实时采样加速度传感器三轴方向上的分量值，并计算加速度向量大小，每次采样的数据占2字节，数据顺序存放在缓存中，采样达512次，则加上时间戳组成一帧命令，发送给电脑；同时WiFi模块在内存中备份该组监测数据，并以FIFO的方式管理每组数据，便于电脑主动查询；
S007，电脑接收到每一个无线振动检测模块的采样数据帧，根据每组数据中的时间戳和512个加速度向量大小，在二维坐标轴上绘制出对应曲线；如果出现TCP连接意外断开的情况，电脑也可以重新发起连接，并主动向加速度传感器查询TCP连接断开期间的采样数据；
S008，检测一段时间后，通过对比各个无线振动检测模块回传的曲线图形，可以直观的反应出房屋各个面的振动情况，从而辅助确定噪声的来源。
其中，步骤S001中的WiFi模块通过I2C总线或者SPI总线与加速度传感器电性连接。
其中，S002中的数据信息包括路由器SSID和路由器密码。
其中，步骤S005中的配置参数包括测试的时长、加速度传感器的转换量程、采样频率。
其中，步骤S003或S007中的二维坐标轴的横轴代表时间，纵轴代表幅值。
本技术方案主要是通过振动检测、无线采集以及数据收集与分析三个大方向来实现震动噪音源方向的确定；
振动检测：对于墙壁、地面的震动，可以通过加速度传感器测量并量化；加速度传感器广泛应用于手机、体感游戏、无人机等需要感应运动状态变化的场景，并且价格便宜，实现难度小。加速度传感器可以实时检测三维坐标轴(x轴、y轴、z轴)各个方向上的加速度值，通过计算(x^2+y^2+z^2)的二次方根，即可得出加速度向量的大小。加速度传感器可以实现低至1毫秒的测量周期，测量精度为(1/65536)g，可以满足大多数振动源的检测。注：重力加速度g等于9.8m/s^2。
无线采集：考虑到房间各墙壁、地面、房顶之间距离较远，布线安装加速度传感器工程量较大，且价格昂贵，所以本发明采用WiFi无线方案连接各加速度传感器。具体实现方案是采用WiFi模块连接加速度传感器，使用I2C总线或者SPI总线实现通信并给加速度传感器供电，WiFi模块则采用可充电锂电池供电；如此则实现了一个可独立运行的无线振动检测模块。
数据收集与分析：本系统需要一台可连接无线WiFi网络的电脑，以及专门开发的数据采集软件，而此采集软件可根据本发明的应用场景进行研发设计，主要用于：a)将各个加速度传感器和各个WiFi模块配置连入无线路由器局域网；b)设置各个加速度传感器和各个WiFi模块的工装状态，同步各个加速度传感器和各个WiFi模块模块时间；c)接收各个加速度传感器传输的振动数据，并在二维坐标系(横轴时间，竖轴幅值)以曲线的形式显示，操作人员可以直观的对比出各个加速度传感器数据检测的幅值大小，由此判断振动噪音源的方向。
实施例二
在本发明所述的居民楼振动噪音检测系统中，电脑软件还可增加环境声录音功能，实时录制现场声音，并在软件上按照二维坐标系的形式，横轴显示时间，纵轴显示音量大小，绘制出音量曲线图。通过对比两个二维坐标系的曲线变化情况，可以更加精确直观的跟踪噪音。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种检测居民楼振动噪音源的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S001,将无线振动检测模块分别固定安装在房屋的地面、房顶以及待检测的墙壁上，并开启无线振动检测模块；
其中，所述无线振动检测模块包括WiFi模块、加速度传感器和可充电电池，所述WiFi模块分别与加速度传感器和可充电电池电性连接；
S002，在房间内设置无线路由器网络，电脑与各个无线振动检测模块进行网络连接，并向加速度传感器发送数据信息，使加速度传感器接入局域网；
S003，在电脑端设置无线振动检测模块的个数和位置标识，并根据无线振动检测模块的个数在电脑上的二维坐标轴上生成对应曲线条数；
S004，通过电脑启动振动噪音源检测程序，电脑先通过WiFi模块与各个加速度传感器同步时间，电脑在局域网中发送UDP广播，广播帧中携带系统时间戳，传感器模块接收到广播帧后对电脑回送UDP单播作为应答；电脑接收到每一个传感器模块的应答帧，记录该模块IP地址，之后结束时间同步操作；
S005，电脑向每一个无线振动检测模块发起TCP连接，且与无线振动检测模块成功连接之后，电脑向无线振动检测模块发送指令设置本次测试的配置参数，并开始采样；
S006，WiFi模块实时采样加速度传感器三轴方向上的分量值，并计算加速度向量大小，每次采样的数据占2字节，数据顺序存放在缓存中，采样达512次，则加上时间戳组成一帧命令，发送给电脑；同时WiFi模块在内存中备份该组监测数据，并以FIFO的方式管理每组数据；
S007，电脑接收到每一个无线振动检测模块的采样数据帧，根据每组数据中的时间戳和512个加速度向量大小，在二维坐标轴上绘制出对应曲线；如果出现TCP连接意外断开的情况，电脑也可以重新发起连接，并主动向加速度传感器查询TCP连接断开期间的采样数据；
S008，检测一段时间后，通过对比各个无线振动检测模块回传的曲线图形，可以直观的反应出房屋各个面的振动情况，从而辅助确定噪声的来源。
2.根据权利要求1所述的一种检测居民楼振动噪音源的方法，其特征在于，所述步骤S001中的WiFi模块通过I2C总线或者SPI总线与加速度传感器电性连接。
3.根据权利要求1所述的一种检测居民楼振动噪音源的方法，其特征在于，所述S002中的数据信息包括路由器SSID和路由器密码。
4.根据权利要求1所述的一种检测居民楼振动噪音源的方法，其特征在于，所述步骤S005中的配置参数包括测试的时长、加速度传感器的转换量程、采样频率。
5.根据权利要求1所述的一种检测居民楼振动噪音源的方法，其特征在于，所述步骤S003或S007中的二维坐标轴的横轴代表时间，纵轴代表幅值。
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