CN202422316U

CN202422316U - 森林防盗探测装置

Info

Publication number: CN202422316U
Application number: CN2012200254644U
Authority: CN
Inventors: 江朝元; 彭鹏; 曹晓莉; 何超
Original assignee: CHONGQING YINGKA ELECTRONICS CO LTD
Current assignee: CHONGQING YINGKA ELECTRONICS CO LTD
Priority date: 2012-01-19
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2022-01-19

Abstract

本实用新型公开了一种森林防盗探测装置，属于森林防盗领域。该装置包括四元阵传感器、四个信号处理单元和微处理器，本实用新型对四元阵传感器的结构进行改进设计，使得四元阵传感器中声音传感器与该十字支架上十字交叉点之间的距离L为：L=（X+Y）*（331+0.6*T2），其中X、Y均为大于零的任意数值，T2为任意数值，X为微处理器的指令处理时间，Y为电路延迟及数据采样时间，T2为该森林防盗探测装置的最高工作温度。通过本实用新型，不仅提高了音频信号所对应声源方向角的计算精度，而且减小了十字支架的体积，便于安装。

Description

森林防盗探测装置

技术领域

本实用新型涉及一种森林防盗探测装置，特别是一种提高森林盗窃行为的声源方向角精度并更适用于野外工作环境的森林防盗探测装置。

背景技术

森林防盗是指防范人为盗林、盗猎的行为，属于林业生态安全保护的重要领域。由于经济利益的驱使及法律意识淡薄，森林盗窃林政案件时有发生，是林业生态安全的重要隐患之一。目前，森林防盗主要依靠人工巡护，尚没有可利用的信息化解决方案实现对盗林行为的监测及预警。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种森林防盗探测装置，通过对四元阵传感器的改进设计，不仅提高了音频信号所对应声源方向角的计算精度，而且减小了十字支架的体积，便于安装。

本实用新型采用的技术方案是这样的：一种森林防盗探测装置，包括四元阵传感器、四个信号处理单元和微处理器，其中该四元阵传感器由四个声音传感器和十字支架组成，且该声音传感器分别设置在十字支架的四条边上；

所述四元阵传感器用于采集四路音频信号并分别发送给对应的信号处理单元；

所述信号处理单元用于对音频信号进行放大、滤波处理；

所述微处理器用于分别采集该经处理后的音频信号并计算该音频信号的声源方向角；

其特征在于：所述四元阵传感器中声音传感器与该十字支架上十字交叉点之间的距离L为：L=（X+Y）*（331+0.6*T2），其中X、Y均为大于零的任意数值， T2为任意数值，X表示微处理器的指令处理时间，Y表示电路延迟及数据采样时间，T2表示该森林防盗探测装置的最高工作温度。

所述四元阵传感器中声音传感器与该十字支架上十字交叉点之间距离L的取值范围为1.895～37.8 mm。

所述四元阵传感器中声音传感器与该十字支架上十字交叉点之间的距离为18.95 mm。

该森林防盗探测装置还包括音频检测器，所述音频检测器用于采集四个信号处理单元中至少一个的音频信号，并对该音频信号进行特定频段检测：当该音频信号的频率在该特定频段范围内，该音频检测器输出响应信号给微处理器以唤醒该微处理器。

该森林防盗探测装置还包括太阳能板、电源管理模块和储能装置，该太阳能板用于将太阳能转换成电能传输给电源管理模块；

所述电源管理模块用于在供电充足时由该太阳能板向该森林防盗探测装置提供电源，并将多余电能存储至该储能装置中，在供电不足时由储能装置向该森林防盗探测装置提供电源。

该森林防盗探测装置还包括无线通信模块，用于实现微处理器的处理结果的无线传输。

该森林防盗探测装置还包括状态指示灯，用于显示微处理器的工作状态。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、对四元阵传感器中声音传感器与十字支架之间的距离进行改进，不仅提高了音频信号所对应声源方向角的计算精度，而且减小了十字支架的体积，便于安装；

2、采用音频检测器对采集到的音频信号进行特定频段检测，只有在音频信号的频率在该特定频段内，即该音频信号显示可能存在森林盗窃行为时才唤醒微处理器开始工作，否则处于休眠状态，由此大大降低了能源的浪费；

3、采用太阳能板作为主要供电来源，适应于野外环境使用；

4、采用无线通信模块，可以将微处理器的处理和识别结果发送给远程监测平台，实现远程监测，降低了人力资源浪费；

5、采用状态指示灯来显示微处理器的工作状态，使得对该森林防盗探测装置的监测更加直观。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理图；

图2是本实用新型中四元阵传感器的模型示意图；

图3是本实用新型的主视图；

图4是本实用新型的侧视图；

图5是本实用新型中太阳能板的安装示意图。

图中标记：1为外壳，2为状态指示灯显示屏，3为天线护套，4为四元阵传感器，5为太阳能板，6为固定支架，7为防护罩，8为第一螺钉，9为第二螺钉，10为支撑架，11为自攻螺钉，12为导线，13为压紧丝圈，14为密封椎塞，15为支撑密封管。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，该森林防盗探测装置包括太阳能板、储能装置、电源管理模块、四元阵传感器、四路信号处理单元、音频检测器、微处理器、状态指示电路和无线通信模块，其中太阳能板的输出端连接电源管理模块且储能装置与电源管理模块双向连接，太阳能板将太阳能转换成电能传输给电源管理模块，电源管理模块用于在供电充足时由电源管理模块向该森林防盗探测装置的各组件提供电源，并将多余的电能存储至储能装置中，在供电不足时由储能装置向该森林防盗探测装置的各组件提供电源。在本实用新型的实施例中，该四元阵传感器为四通道高灵敏度声音传感器，由四个声音传感器组成，分别设置在十字支架的四条边上并且分别连接该四路信号处理单元，四路信号处理单元中的两路通过音频检测器连接微处理器，另外两路直接连接微处理器，微处理器的输出端连接状态指示电路，并且微处理器还分别与无线通信模块双向连接。

该四元阵传感器用于采集四路音频信号并分别发送给对应的信号处理单元；该信号处理单元对音频信号进行放大、滤波处理并将经处理后的两路音频信号发送给音频检测器；该音频检测器对该两路音频信号进行特定频段检测：当音频信号的频率在该特定频段范围内，则该音频检测器输出响应信号给微处理器以唤醒微处理器；微处理器在唤醒后采集四路音频信号，根据四元阵传感器时差算法模型计算声源方向角，并且确定森林盗窃行为，识别该森林盗窃行为的类型。该状态指示灯采用LED灯来显示微处理器的工作状态，诸如休眠、唤醒、探测、通信等工作状态。该微控制器控制无线通信模块，将微控制器中的声源方向角、森林盗窃行为的类型等发送给远程监控平台。

本实用新型采用太阳能板作为主要供电来源，适应于野外环境使用；采用音频检测器对采集到的音频信号进行特定频段检测，只有在音频信号的频率在该特定频段内，即该音频信号显示可能存在森林盗窃行为时才唤醒微处理器开始工作，否则处于休眠状态，由此大大降低了能源的浪费；并且采用无线通信模块，可以将微处理器的处理和识别结果发送给远程监测平台，实现远程监测，降低了人力资源浪费。

应注意的是：上述音频检测器可以采集两路音频信号进行特定频段检测，也可以采集一路、三路等；无线通信模块包括但不限於GSM模块、GPRS模块和SIM模块。

在微处理器对音频信号的处理过程中，声源方向角的计算精度与其中四个声音传感器的布局有着密切的关系，且四个声音传感器的布局与微处理器的处理指令时间和电路延迟、数据采样时间相关，传统的四元阵传感器中并未提及该观点，且未对声音传感器的布局进行限定。具体地，如图2所示，该声音传感器S1和S3设置在X轴上，声音传感器S2和S4设置在Y轴上，设定M为声源的几何位置，M’为该声源M在XY平面上的投影，t12、t13、t14分别为声源M到S2、S3、S4相对于S1的时间差；L为传感器距离几何中心O点的距离。根据时差法及三角几何算法可以获得声源M在XY平台上的投影声源M’与X轴的声源方向角β：β=arctan[(t14-t12)/t13]，由此可见，声源方向角的计算精度与声音传感器的布局有着密切的关系。

由于声音在空气中传播的速度V(m/s)是气温T（℃）的一次函数，即：v=331+0.6T，即不同气候条件下声音在空气中传播速度与气温呈线性相关，气温越高则速度越快。如果设定该森林防盗探测装置的工作温度范围为T1～T2℃，其中T1、T2均为任意数值且T2>T1，则声音的最高传输速度为Vmax=331+0.6*T2，设定微处理器的处理指令时间为X，电路延迟及数据采样时间为Y，则要求在该声音最高传输速度Vmax下，传感器模型的时间差大于X+Y，由此可以计算出声音传感器与原点（即十字支架上十字交叉点）之间的最小距离为Lmin=（X+Y）*Vmax=（X+Y）*（331+0.6*T2），其中X、Y为大于零的任意数值。

在本实用新型的第一实施例中，设定该森林防盗探测装置的工作温度范围要求工作在-40-80℃，则声音的最高传输速度为：Vmax=331+0.6*80=379(m/s)

理想状态下高速微处理器的处理指令时间为1us，电路延迟及数据采样时间为4us，则要求在该声音最高传输速度Vmax下，传感器模型的时间差大于5us，由此可计算出声音传感器与原点的最小距离Lmin为：Lmin=5*379*10^-6=1.895mm；此外当高速微处理器处理指令时间与电路延迟及数据采样时间之和大于或者等于100us时将严重影响音频信号的计算精度，因此本实施例中声音传感器与原点的最大距离Lmax为：Lmax<100*379*10^-6=37.9mm。由此，在本实施例中该声音传感器与十字交叉点之间距离的取值范围为：1.895～37.8 mm。

优选地，设定高速微处理器处理指令时间与电路延迟及数据采样时间之和为50us，则该四元阵传感器中四个声音传感器与十字交叉点之间的距离为：L=18.95mm。

通过上述对四元阵传感器的设计，不仅提高了音频信号所对应声源方向角的计算精度，而且减小了十字支架的体积，便于安装。

如图3～4所示，该森林防盗探测装置采用外壳1将上述电路封装在内部，外壳1的前侧安装有状态指示灯显示屏2并通过第一螺钉8固定有防护罩7，该防护罩7用于防止该状态指示灯显示屏2损坏；该外壳1的后侧通过第二螺钉9安装有固定支架6；该外壳1的上方安装有天线护套3，用于防止天线不损坏，以实现无线通信模块的通信功能，且该外壳1的下方安装有四元阵传感器4；该外壳1的左右两侧分别安装有太阳能板5。

与传统的太阳能板5安装方式不同，如图5所示，支撑架10用于支撑太阳能板，支撑密封管15通过自攻螺钉11固定在连接密封椎塞14上方，太阳能板的单芯导线13穿过支撑密封管15的下方并穿过密封椎塞14的中央孔，该单芯导线13与电源管理电路连接。

在本实用新型的实施例中，外壳1采用工程塑料铸塑成型或铝合金压铸成型；天线护套3为合成橡胶成型，通过超声波焊接或螺纹径向密封；太阳能板4的支架为工程塑料铸塑成型，通过超声波焊接或螺纹径向密封；太阳能板4为单晶或多晶板，采用玻璃或其它材料封装；状态指示灯显示屏2采用光学玻璃或有机玻璃防护；防护罩7采用工程塑料铸塑成型。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种森林防盗探测装置，包括四元阵传感器、四个信号处理单元和微处理器，其中该四元阵传感器由四个声音传感器和十字支架组成，且该声音传感器分别设置在十字支架的四条边上；

所述信号处理单元用于对音频信号进行放大、滤波处理；

2.根据权利要求1所述的森林防盗探测装置，其特征在于：所述四元阵传感器中声音传感器与该十字支架上十字交叉点之间距离L的取值范围为1.895～37.8 mm。

3.根据权利要求2所述的森林防盗探测装置，其特征在于：所述四元阵传感器中声音传感器与该十字支架上十字交叉点之间的距离为18.95 mm。

4.根据权利要求1所述的森林防盗探测装置，其特征在于：还包括音频检测器，所述音频检测器用于采集四个信号处理单元中至少一个的音频信号，并对该音频信号进行特定频段检测：当该音频信号的频率在该特定频段范围内，该音频检测器输出响应信号给微处理器以唤醒该微处理器。

5.根据权利要求1或4所述的森林防盗探测装置，其特征在于：还包括太阳能板、电源管理模块和储能装置，该太阳能板用于将太阳能转换成电能传输给电源管理模块；

6.根据权利要求5所述的森林防盗探测装置，其特征在于：还包括无线通信模块，用于实现微处理器的处理结果的无线传输。

7.根据权利要求6所述的森林防盗探测装置，其特征在于：还包括状态指示灯，用于显示微处理器的工作状态。