CN1887621A - 汽车报警方法和报警系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种声音识别汽车报警方法：在车体的多个部位分别安装传声器；设置一个与各个传声器相连接的声音信号处理单元；根据与车体各个部位受到的不同碰触相对应的各个传声器的声音信息组，建立车体碰触声音识别模型数据库；在声音信号处理单元里预存车体碰触声音识别模型数据库；设置一个受声音信号处理单元的输出信号控制的报警电路；采集各个传声器输入的声音信号；由声音信号处理单元将从各个传声器输入的声音信号与所预存的车体碰触声音识别模型数据库进行比对、分析和识别，如果从各个传声器输入的声音信号与所预存的各个声音识别模型都不相匹配，则返回并继续进行数据采集，否则，触发报警电路。本发明还提供一种采用此种报警方法的汽车报警系统。本发明能够同时满足高灵敏度和低误报率两方面要求，造价低廉，而且使用非常可靠。

Description

汽车报警方法和报警系统

技术领域

本发明属于汽车防盗方法和设备领域，更具体说是涉及基于声音识别的汽车报警方法和报警系统。

背景技术

汽车防盗是现代社会非常关注的问题，任何车的主人都不希望汽车不在自己身边的时候被刮蹭、划伤、毁坏甚是丢失。这样就有了现在的汽车防盗报警系统，现有的汽车防盗报警系统有振动感应式、超声波感应式和红外线感应式的，应用的技术相应是振动感应器，超声波感应器和红外线感应技术。这些技术的灵敏度是勿庸置疑的。但是我们又遇到了另一个问题，就是报警系统误报扰民的问题。很多车主都有这样的经验，报警系统的灵敏度调的高了，误报率也随之变高，随便有个卡车经过或者阴雨天电闪雷鸣报警系统就会叫个不停。有的人还为此招致被打扰者的报复反使爱车受损。但如果调低报警系统的灵敏度，低到当旁边通过卡车或者出现打雷天气时，报警系统不再发生误报的程度，会出现这样的不希望出现的后果：一般的小的擦划刮蹭都不会触发报警系统，那么失去了感应报警系统的优越性，也不能保证爱车的安全。所以对现有的报警系统而言，提高灵敏度和降低误报率之间形成互相制约的矛盾。

发明内容

本发明为克服现有技术的上述不足，提供一种同时满足高灵敏度和低误报率两方面要求的非常可靠的汽车报警方法，并且还提供一种实现此种方法的汽车报警系统。为此，本发明采用如下的技术方案。

一种汽车报警方法，包括下列步骤：

(1)在车体的至少一个部位分别安装传声器；

(2)设置一个与各个传声器相连接的声音信号处理单元；

(3)根据与车体各个部位受到的不同碰触相对应的各个传声器的声音信息(当需要对单一传声器识别时指该传声器的声音信息，当需要对多个传声器组合识别时指多个传声器的多声道信息组)，建立车体碰触声音识别模型数据库；

(4)在声音信号处理单元里预存上述的车体碰触声音识别模型数据库；

(5)设置一个受声音信号处理单元的输出信号控制的报警电路；

(6)采集各个传声器输入的声音信号；

(7)由声音信号处理单元将从各个传声器输入的声音信号与步骤(4)所预存的车体碰触声音识别模型数据库进行比对、分析和识别，如果从各个传声器输入的声音信号与所预存的各个识别模型都不相匹配，则判断车体未受到碰触，返回步骤(6)；

(8)否则，触发报警电路。

上述的汽车报警方法，最好还在声音信号处理单元里预存干扰声音识别模型数据库；并且在步骤(7)之后，最好还包括下列步骤：由声音信号处理单元将从各个传声器输入的声音信号与所预存的干扰声音识别模型数据库库相比对，如果存在相匹配的干扰声音识别模型，则判断车体未受到碰触，返回步骤(6)。

本说明里的“相匹配”，并非一定指的是从各个传声器输入的声音信号与数据库里存储的数据100％匹配，而是根据使用者对系统灵敏度的调节设置启动报警的匹配概率，从而建立判断“相匹配”和“不相匹配”的标准。

采用本发明的汽车报警方法，传声器最好为刚性接触传声器。从安装方式上言，刚性接触传声器可以通过带有螺纹1的探针2固定在汽车上。从类别上言，刚性接触传声器可以为压电陶瓷或驻极体麦克风传声器，也可以是其他类型的刚性接触传声器。

本发明还提供了一种采用上述汽车报警方法的汽车报警系统，该系统包括分别安装在至少一个部位的传声器，与各个传声器相连接的声音信号处理单元，受声音信号处理单元的输出信号控制的报警电路；其中的声音信号处理单元存储车体碰触声音识别模型数据库，并能够将采集到的各个传声器的声音信号与所存储的车体碰触识别模型数据库相比对、分析和识别，判断车体是否受到碰触。

上述的汽车报警系统，最好还存储有干扰声音识别模型数据库，声音信号处理单元还能够将从各个传声器输入的声音信号与所存储的干扰声音识别模型数据库相比较，判断此种声音信号是否是由于干扰所致。

本发明的汽车报警系统，最好选用刚性接触传声器。从安装方式上言，刚性接触传声器可以通过带有螺纹1的探针2固定在汽车上。从类别上言，刚性接触传声器可以为压电陶瓷或驻极体麦克风传声器，也可以是其他类型的刚性接触传声器。

本发明的汽车报警系统，声音信号处理单元最好采用数字信号处理器及其外围电路，也可以采用微处理器及其外围电路。声音信号处理单元所采用的数字信号处理器或微处理器可以是一个也可以是多个。

本发明还可以带有一个用于报警的微处理器，它能够接收来自声音信号处理单元的判断结果，并将判断结果转换成相应的报警控制信号，通过报警电路发出报警信号。用于报警的微处理器上最好还连接有遥控器接收端，微处理器根据遥控器接收端输入的指令，控制报警系统的启动、开锁或解锁。

本发明的汽车报警系统，除了如前所述可以采用双处理器或多处理器协同工作的方式外，还可以采用数字信号处理器或微处理器单机工作方式，该单机除了具有声音识别和报警功能外，还连接有遥控器接收端，能够接收遥控器接收端输入的指令，控制报警系统的启动、开锁或解锁。

本发明具有以下有益效果：

1.在车体的各个部位安装了刚性接触探头，当有外界能量引发声音信号时，由声音信号处理单元对来自各个探头的声音信号进行识别和判断，能够精确地识别和判断出声音信号是否是受到外界其他物体触碰所发出的声音，从而在保证报警灵敏性的同时，大大降低了误报率；

2.本发明可采用DSP和单片机双处理器结构，由单片机作为主机，控制报警系统的启动、开开锁和解锁，并根据DSP发送的识别信号控制报警，此种结构具有响应速度快，报警控制灵活可靠的特点；

3.本发明的汽车报警系统，传声器只需要安装在车体外壳内，不需要像超声波探头、红外线探头等安装于车体表面，不会影响车体外观而且受外界环境干扰小。

4.本发明采用的传声器可以由压电陶瓷片或驻极体传声器配合其他元件制成，成本相对与现有的超声波探头、红外线探头低廉。

附图说明

图1本发明的实施例1采用的声音识别汽车报警系统硬件结构图；

图2本发明的实施例2采用的声音识别汽车报警系统硬件结构图；

图3本发明的以压电陶瓷片作为声能转化的刚性接触传声器；

图4本发明的以驻极体麦克风作为声能转化的刚性接触传声器；

图5本发明的声音识别汽车报警系统的第一种控制软件流程图；

图6本发明的声音识别汽车报警系统的第二种控制软件流程图。

具体实施方式

我们都知道声音是一种振动沿着介质传播而且在不同的介质传输的速度是不同的，我们还知道当物体之间因碰撞、摩擦等方式接触的时候会发出声音，这种声音是有相互碰撞、摩擦的两个物体发出的，声音的频率和音色由发生振动的物体的材质、体积、形状等等固有因素决定。也就是说当被敲击物体的材质、体积、形状等形态因素一定的情况下被敲击所发出的声音是有一定特殊性质的有一定的规律可寻的。根据这个原理把被碰撞或者刮蹭等与外界接触的汽车或汽车的某个部件看做被碰触的物体，在车体的不同部位上安装靠近或刚性接触汽车各个部位的多个传声器，利用靠近或刚性接触汽车各个部件的传声器接收汽车受到外界能量输入时产生的声音信号，并将声音信号传送到声音识别系统中，由声音识别系统将声音信号与数据库中对应各个部件受到外界碰触时，各个传声器所可能发出的各种多声道声音识别模型进行比对，从而判断该声音是否是该部件受到外界其他物体触碰所发出的声音，从而决定是否给报警系统发出指令。

因为声音在介质中是向四面八方传播的，如果声源距离整个车体有一定的距离(如卡车从附近经过或打雷等情况，即不是由于与车体直接碰触所产生的声音)外界的声音传到车体内的各个传声器中，各个传声器所收到的声音信号即使有所差别但是也不会很明显，因为相对各个传声器与声源的距离而言，各个传声器与音源的距离是相差无几的。而如果车体或车体的某个部件与外界物体触碰所发出的声音传到车体内各个传声器中，各个传声器所收到的信号就会有明显的差异，尤其当被触碰部件与某个传声器刚性接触时，由于声音未经过其他介质(空气)间的传递更加明显强于其他传声器所收到的声音信号。通过对这种差异的认识配合之前声音识别系统的综合分析能够得出准确率更高的报警判断。

当车体安装多个传声器时，车体某部位收到外界触碰所发出的声音都会被各个传声器接收到，各个传声器得到的声音信号组成一个多声道的立体声信息组，就成为车体该部位受到该触碰时的多声道声音信息组(当只采用一个传声器时，可以认为是单声道声音信息)。根据此种信息组所构成的数据库，利用如隐马尔可夫模型之类的识别模型建立车体碰触声音识别模型库，信息组数据库和识别模型数据库的建立取决于车型以及安装在车体上的传声器分布位置，车型以及传声器在车体上的分布确定后，经过试验而得到数据库的信息组数据。

隐马尔可夫模型由两个相互关联的随机过程共同描述声音信号的统计特征，是目前声音识别的主流算法。此外，还存在基于神经网络等的声音识别算法，例如，由李鹏怀，徐佩霞发表在计算机工程，31(16)：162-164的论文“基于DSP的嵌入式语音识别系统的实现”，提供了一种声音识别(也称为语音识别)方法和系统。本发明的实施例采用的是隐马尔可夫模型。

例如对于某种型号的一辆普通轿车，分别在左前门(一声道)、前风挡玻璃(二声道)和后备箱盖(三声道)三处安装传声器时，当车体后备箱盖受到触碰(车体的后备箱盖由外形和材质决等的固有频率大约是4000赫兹)，后备箱处安装的传声器得到的声音音量为50分贝，前风挡玻璃处安装的传声器收到的声音信号为大约为10分贝4000赫兹左右，左前门安装的传声器收到的声音信号大约为7分贝4000赫兹左右，那么当该车后备箱部位受到该触碰的多声道声音信息组的参数就为：一声道7分贝4000赫兹，二声道10分贝4000赫兹，三声道50分贝4000赫兹。又如，当左前门受到碰触时(车体的左前门由外形和材质决等的固有频率大约是5400赫兹)，左前门处安装的传声器得到的声音音量为40分贝，前风挡玻璃处安装的传声器收到的声音信号为大约为12分贝5400赫兹左右，车体的后备箱盖处安装的传声器收到的声音信号为大约为8分贝5400赫兹左右，那么当该车的左前门处受到该触碰的多声道声音信息组的参数就为：一声道40分贝5400赫兹，二声道8分贝5400赫兹，三声道12分贝5400赫兹。通过隐马尔可夫模型由两个相互关联的随机过程共同描述声音信号的统计特征算法，根据此种多声道声音信息组，建立车体碰触声音识别模型数据库。

下面结合实施例和附图对本发明做进一步详述。

实施例1

目前的声音识别技术已经用于安全保护、防盗、火灾中的火点定位、粮食储藏中的虫情预报，以及战场上的战场发声目标识别中。当前，已经出现一些声音识别芯片，例如，AP7003-2芯片内有12个存储体，每个存储体可存储1种声音信息。在进行声音识别之前，先通过键盘选择存储体，将不同的声音信息录入并经内部处理后，以不同的数字特征信号保存于存储体中。录音结束后便可转换到识别模式。进行声音识别时，芯片内的程序将输入的声音特征与存储体中的进行比较，如果声音特征相匹配，芯片相应的输出口便输出高电平。

目前，常以单片机(MCU)或DSP作为硬件平台的实现消费类电子产品中的声音识别。这类声音识别主要为孤立声音片断识别，基于隐含马尔科夫统计模型(HMM)框架的识别的优点是用户无需经过训练可以直接使用，并且具良好的稳定性，使用该方法需要预先采集声料库，以便训练出相应的识别模型。本实施例采用基于HMM模型的声音识别方法，利用DSP实现声音识别。事实上，也可以直接采用现有的声音识别芯片实现本发明。

在本实施例中，选用压电陶瓷片作为声能转化的刚性接触传声器，将几个传声器的探针分别与汽车门锁部件、后备箱锁部件和发动机盖等部件刚性链接；使用屏蔽线与声音信号处理单元连接，以防信号传递过程中收到外界的干扰。

本实施例的声音识别汽车报警系统的硬件框图如图1所示，它由两个独立的单元组成：声音信号处理单元和报警控制单元。

本实施例中的声音信号处理单元由DSP、快闪存储器(FLASH)、编解码器(CODEC)组成如图。其中DSP是整个声音信号处理单元的核心，负责声音识别、声音编解码，以及FLASH的读写控制。DSP的优点是运算速度快、内存空间大、数据交换速度快，可用来实现复杂的算法，提高识别率，减小反应延时，得到较高的识别性能。DSP芯片选用Analog Devices公司的AD2186L，它具有如下特点：①运算速度达40MIPS，且均为高效的单调周期指令；②提供了40K字节的片内RAM，其中8K字(16Bit/字)为数据RAM，8K字(24Bit/字)为程序RAM，最大可达4兆字节的存储区，用于存储数据或程序；③3.3V工作电压，具有多种省电模式。AD2186L既能完成与声音信号算是相关的算法，又适合使用蓄电池作能源的汽车报警系统。FLASH为美国ATMEL公司的AT29LV040A(40M Bit)，它作为系统的存储器，主要用于存放以下内容：声音识别所需的参数，特定部件碰撞发声的码本数据，DSP系统的应用程序和学习数据。CODEC选用美国TI公司的TLV320AC37，用来进行A/D、D/A变换、编码和解码。进行数据采集之前，还需要对各个传声器生成的声音信号进行信号预处理，包括前置放大、增益控制、带限滤波。

本实施例中的报警控制单元主要由微处理器和报警电路构成，微处理器选用8051单片机、无线编码遥控器接收端选用汽车报警系统常用的64位无线编码遥控器的接收端、电源管理电路和报警电路组成。单片机负责整个报警系统的系统控制。单片机作为主控芯片，根据无线编码遥控器接收端输入的指令，分别完成声音识别报警系统的启动、开锁和解锁；控制DSP进行声音识别；将识别结果转换成相应的报警控制信号，通过报警电路发出报警信号。单片机与DSP之间通过标准的RS232串行协议通讯。

本实施例的控制软件流程图如图5所示。快闪存储器里存储有控制系统运行的程序，还存储有车体碰触声音识别模型数据库，也可称为多声道声音信息组识别模型。该模型数据库里存储的声音识别模型是在车型确定和传声器分布以及安装方式确定后，进行测试，根据所获得的各个传声器相应于各种不同碰触而接收到的声音信息而训练得出的。

当报警系统启动首先从快闪存储器(FLASH)加载程序，初始化DSP，进入声音识别状态，由编解码器(CODEC)通过A/D转换采集各个传声器声音信号，数字化的声音信号被送入DSP，由DSP对从各个传声器的数字化声音信号进行特征提取，并与快闪存储器里预存的车体碰触声音信息识别模型数据库进行比对、分析和识别，判断从各个传声器所输入的声音信号组是否与闪存里存储的识别模型相匹配，继而判断车体或某个部件是否受到碰触。如果车体碰触多声道声音信息组识别模型数据库里没有与之相匹配的声音信息，则认为车体没有受到碰触。否则，判断声音是与车体触碰产生的，则发出相应的报警控制信号，在报警电路发出报警信号的过程中，若收到解除指令则立刻终止报警信号；若识别结果为声音不是与车体触碰产生的，则不发出报警信号，继续识别下一条声音信息。若收到开锁指令，则单片机控制电源管理电路切换DSP和FLASH电源，单片机本身也进入休眠状态。直至收到锁车指令，唤醒单片机，再由单片机控制恢复DSP和FLASH供电，重新开始工作。

有关报警系统的声音识别方面，最好能采用如图6所示的融合了更多识别信息的控制软件流程图，除了将从各个部位的传声器采集的声音信号与车体碰触声音识别模型数据库相比对外，还将从各个传声器采集的声音信号进行特征提取后，与闪存里预存的雷电、卡车等干扰声音识别模型数据库相比对(该数据库里存储的干扰声音识别模型是在车型确定和传声器分布和安装方式确定后，根据环境模拟测试获得的干扰声音信息数据训练得出的)，如果存在相匹配的干扰声音识别模型，则认为车体未受到碰触，不触发报警电路。

本实施例里的“相匹配”，并非一定指的是从各个传声器输入的声音信号与数据库里存储的数据100％匹配，而是根据使用者对系统灵敏度的调节设置启动报警的匹配概率，从而建立判断“相匹配”和“不相匹配”的标准。

本实施例采用压电陶瓷片作为声能转化的刚性接触传声器。如图3所示，探针2通过螺纹1与车辆某部件固定以达到刚性接触的目的，探针2通过弹簧片3导向和固定，该汽车部件产生发声振动时，振动通过探针2传递给压电陶瓷片9，压电陶瓷片9将声能转化为电压信号，电压信号通过屏蔽信号线缆5传递到声音识别报警系统。压电陶瓷片被壳体8包裹保护着。

另外，本发明还提供了一种以驻极体麦克风作为声能转化的刚性接触传声器。如图4所示探针2通过螺纹1与车辆某部件固定以达到刚性接触的目的，探针2通过弹簧片3导向和固定，该汽车部件产生发声振动时，振动通过探针2传递给共鸣弹片6在共鸣壳体4中产生共鸣，共鸣声音通过驻极体麦克风7转化成电压信号，电压信号通过屏蔽信号线缆5传递到声音识别报警系统。

能实现本实施例的传声器，虽然最好采用如上所述的刚性接触传声器，但还可以采用其他的传声器，只要能够在靠近车体部件的位置上感知声音即可，例如，麦克风的安装形式采用的是非接触式安装，而非采用如上所述的刚性接触安装，也能够感应声音。

实施例二

在实施例一里，声音信号处理单元的核心是DSP，事实上，还可以由能够满足本发明功能要求的单片机作为声音信号处理单元的核心。存储介质可以是快闪存储器，也可以是其他类型的存储器。此外，除了如本实施例一采用DSP和单片机双处理器结构实现本发明外，还可以采用多处理器协同工作的方式，也可以采用单一微处理器的方式实现本发明，如图2所示。此时，单一微处理器作为报警系统的核心，进行声音信号的采集、识别和报警控制，完成实施例一中的声音信号处理单元和报警控制单元的功能。

在本实施例里，系统的控制软件流程与实施例一相似，在此只是简单介绍一些。当报警系统启动首先从快闪存储器(FLASH)加载程序，初始化微处理器，进入声音识别状态，等待声音信号处理单元的识别结果，若识别结果为声音是与车体触碰产生的，则触发报警电路，在报警电路发出报警信号的过程中，若收到解除指令则立刻终止报警；若识别结果为声音不是与车体触碰产生的，则不发出报警信号，继续识别下一条声音信息。若收到开锁指令，则微处理器进入休眠状态。直至收到锁车指令，唤醒微处理器，微处理器重新开始工作。

需要说明的是，本发明属于一种组合发明，是一种在技术应用上具有创新性的发明创造，其中所涉及刚性接触传声器、声音信号处理单元、报警控制单元等，都属于已有技术并且已有多种形式和应用。在此不对电路的细部特征再作叙述。这里以本发明的实施例为中心展开了详细的说明，所描述的优选方式或某些特性的具体体现，应当理解为本说明书仅仅是通过给出实施例的方式来描述本发明，实际上在组成、构造和使用的某些细节上会有所变化，包括部件的组合和组配，这些变形和应用都应该属于本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种汽车报警方法，包括下列步骤：

(1)在车体的至少一个部位分别安装传声器；

(2)设置一个与各个传声器相连接的声音信号处理单元；

(3)根据与车体各个部位受到的不同碰触相对应的各个传声器的声音信息，建立车体碰触声音识别模型数据库；

(4)在声音信号处理单元里预存车体碰触声音识别模型数据库；

(5)设置一个受声音信号处理单元的输出信号控制的报警电路；

(6)采集各个传声器输入的声音信号；

(7)由声音信号处理单元将从各个传声器输入的声音信号与步骤(4)所预存的车体碰触声音识别模型数据库进行比对、分析和识别，如果从各个传声器输入的声音信号与所预存的各个车体碰触声音识别模型都不相匹配，则判断车体未受到碰触，返回步骤(6)；

(8)否则，触发报警电路。

2.根据权利要求1所述的汽车报警方法，其特征在于，在声音信号处理单元里预存根据干扰声音信息所建立的干扰声音识别模型数据库；在执行步骤(7)之后，还包括下列步骤：由声音信号处理单元将从各个传声器输入的声音信号与所预存的干扰声音识别模型数据库相比对，如果存在相匹配的干扰声音识别模型，则判断车体未受到碰触，返回步骤(6)。

3.根据权利要求1或2任意一项所述的汽车报警方法，其特征在于，所述传声器为刚性接触传声器；所述刚性接触传声器包括带有螺纹(1)的探针(2)，所述刚性接触传声器通过带有螺纹(1)的探针(2)固定在汽车上；所述刚性接触传声器的声电转换部件为压电陶瓷或驻极体麦克风。

4.一种汽车报警系统，包括分别安装在至少一个部位的传声器，与各个传声器相连接的声音信号处理单元，受声音信号处理单元的输出信号控制的报警电路；其中的声音信号处理单元存储有车体碰触声音识别模型数据库，并能够将采集到的各个传声器的声音信号与所存储的车体碰触识别模型数据库相比对、分析和识别，判断车体是否受到碰触。

5.根据权利要求4所述的汽车报警系统，其特征在于，所述声音信号处理单元存储有干扰声音识别模型数据库，能够将从各个传声器输入的声音信号与所存储的干扰声音识别模型数据库相比较，判断此种声音信号是否是由于干扰所致。

6.根据权利要求4所述的汽车报警系统，其特征在于，所述传声器为刚性接触传声器；所述刚性接触传声器包括带有螺纹(1)的探针(2)，所述刚性接触传声器通过带有螺纹(1)的探针(2)固定在汽车上；所述刚性接触传声器的声电转换部件为压电陶瓷或驻极体麦克风。

7.根据权利要求4至6任意一项所述的汽车报警系统，其特征在于，所述声音信号处理单元由至少一个数字信号处理器及其外围电路或由至少一个微处理器及其外围电路构成。

8.根据权利要求7所述的汽车报警系统，其特征在于，所述汽车报警系统还包括用于报警的微处理器，所述用于报警的微处理器能够接收来自声音信号处理单元的判断结果，并将判断结果转换成相应的报警控制信号，通过报警电路发出报警信号。

9.根据权利要求8所述的汽车报警系统，其特征在于，所述用于报警的微处理器还连接有遥控器接收端，并能够根据遥控器接收端输入的指令，控制报警系统的启动、开锁或解锁。

10.根据权利要求4-6任意一项所述的汽车报警系统，其特征在于，所述汽车报警系统设置有一个数字信号处理器及其外围电路或设置有一个微处理器，用于声音识别和报警；所述数字信号处理器或微处理器还连接有遥控器接收端，能够根据遥控器接收端输入的指令，控制报警系统的启动、开锁或解锁。

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