CN203786851U - 新型拾音报警器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型拾音报警器，其不仅能够根据异常声音的强度进行判别报警，还能够根据声音的响动次数以及持续时间长短进行判断报警，减少误报警发生的概率；方案是，包括壳体，壳体上的话筒信号经过U1A进行一级放大，R10和R11为直流偏置电路，音频信号经过U1A放大，输出为两路，一路经C9和R15传递到第二级放大器U1B，然后传递到模数转换器接口，经微处理器U2及其周围电路进行声音特征分析，进而判断是否触发报警，另一路经过C10和R16传递到U1C二级放大，经U1D组成的电压跟随电路输出模拟音频信号；本实用新型不仅能够根据异常声音的强度进行判别报警，还能够根据声音的响动次数以及持续时间长短进行判别报警，减少误报警发生的概率。

Description

新型拾音报警器

技术领域

本实用新型涉及安防报警设备，特别是一种新型拾音报警器。

背景技术

这些年，随着科学技术在各个行业比重的加强以及安防产业的不断壮大，科技与安防的联系更加紧密，得益于众多高新技术手段的应用，安防产业正以井喷的态势渗透到人们生产和生活的各个角落，在安防监控领域中应用比较广泛的产品有摄像头、红外报警器、拾音器等，摄像头以图像监控为主，配合一些图像分析算法，可对一些场景发生的特殊情况进行报警，如移动侦测报警、越界报警等，但是受天气、光线等环境影响比较大，红外报警器包括双鉴、红外对射和红外探头等，是安防报警产品的主力军，红外报警器通过主动发射或被动接收红外光来感知入侵，性能稳定可靠，适用在开阔空间，不能有遮挡物，拾音器是一种高灵敏度的话筒，在监控行业中的应用也比较广泛，一般用来监听周边环境传来的声音，或从前端采集声音至录音系统以备声音复核用。

拾音报警器是利用声音特征分析进行报警的一种报警产品，目前此类报警方式的研究很多：有利用判断声音强度出发报警器的，有利用声音特征识别进行报警的，而此类报警器产品的名称也是多种多样，如声控报警器、声强报警器、异常声音报警器等；拾音报警器的拾音功能是对摄像头功能的补充，而它的报警功能相对于其它报警器也具有明显的优势，例如在一定空间内没有死角，可以安装在室内隐蔽的地方，不发射光波或无线电波，能耗低、辐射小等，由于利用声强进行报警误报率高，而利用声音特征识别难度大，实用性不强，此类产品一直不被市场认可、也未能大面积普及。

目前，市场上出现的拾音报警器结构有以下几种：1、拾音加红外探头，红外探头触发报警，通过拾音器监听声音，这种报警器没有利用声音进行判别是否触发报警，其实应归属在红外报警器类中；2、拾音加声音强度对比电路，这种报警器把声音信号转变为交流的电压信号，通过整流二极管转变为半波电压信号，然后通过比较器与预置电压信号比较，声强高低对应电压高低，超过预置电压则发出报警信号，这种产品采用纯电路设计，功能简单，不能真正反映声音的特性，误报率高，市场上还有一种玻璃破碎报警器与之原理类似，不同之处在于增加了几组滤波电路，从而实现对玻璃破碎声音的特殊频段的声强判别；3、拾音加声音特征分析单元，这种产品以嵌入式软硬件为依托，首先对声音信号进行采集，然后通过微处理器和算法对数字量化的声音强度进行分析，从而判断是否报警，这种产品时计算机技术和声音信号处理技术的结合，在技术水平上较前两种有很大提高，此外，在智能识别领域，计算机通过对声音进行建模、特征提取、分析和比对来判定是否触发报警也成为当今研究的热点，但是由于对声音特征的把握有很大难度，此类产品在市场上并未出现或处于试验阶段。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种新型拾音报警器，其不仅能够根据异常声音的强度进行判别报警，还能够根据声音的响动次数以及持续时间长短进行判断报警，减少误报警发生的概率。

其解决的技术方案是，包括壳体，壳体内装有话筒MIC，话筒MIC的引脚正极依次经电容C8、电阻R13连接在运算放大器U1A的反相输入端，话筒MIC的引脚负极接地，话筒MIC的引脚正极经相互并联的电容C21、电阻R28和反接的稳压二极管D6接地，电阻R13和运算放大器U1A之间的连线上经电容C22接地，话筒MIC的引脚正极依次经电阻R12、电阻R9连接在电源正极上，电阻R9和电阻R12之间连有电阻R10的一端，电阻R10的另一端经并联连接的电阻R11和有极电容C7接地，电阻R9和电阻R10之间经有机电容C6接地，有极电容C7连接R10的一端连接在运算放大器U1A的负输入端上，运算放大器U1A的反相输入端经并联连接的可变电阻R14和电容C23连接在运算放大器U1A的输出端上，运算放大器U1A的输出端经依次连接的电容C10、电阻R16、电阻R18连接在单刀双掷开关S2的动端，单刀双掷开关S2的其中一个不动端经电阻R20连接在运算放大器U1D的同相输入端，另一个不动端连接在运算放大器U1D的同相输入端，电阻R16连接电阻R18的一端分别连接电容C20和运算放大器U1C的反相输入端，电容C20的另一端连接在运算放大器U1D的同相输入端，运算放大器U1C的输出端连接运算放大器U1D的正相输入端，运算放大器U1D的输出端经有极电容C11输出模拟音频信号，运算放大器U1D的反相输入端连接在其输出端上，运算放大器U1D的同相输入端经依次连接的电阻R21、电容C24接地，运算放大器U1A的输出端经电容C9连接电阻R15的一端，电阻R15并联连接在电容C19的一端、电阻R17的一端、运算放大器U1B的反相输入端，电阻R17连接单刀双掷开关的动端，单刀双掷开关的其中一个不动端连接电阻R19，电容C19的另一端、电阻R19、单刀双掷开关的另一个不动端和运算放大器U1B的输出端并联在一起连接在微处理器U2的41脚，运算放大器U1A、U1B、U1C的同相输入端分别连接在电阻R10和电阻R11之间的连线上，微处理器U2的4脚经并联连接的有极电容C5和按键K2连接电源正极，微处理器U2的4脚经电阻R4接地，微处理器U2的43脚经电阻R23、发光二极管D4连接电源正极，微处理器U2的42脚经电阻R22、发光二极管D3连接在电源正极，微处理器U2的38脚经并联连接的电容C14、电容C15、电容C16、电容C17和电容C18接地，微处理器U2的38脚连接电源正极，微处理器U2的37脚经电阻R24、按键KEY1接地，微处理器U2的36脚经电阻R25、按键KEY2接地，微处理器U2的35脚经电阻R26、按键KEY3接地，微处理器U2的40脚经电阻R7连接在三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极经电阻R8连接电源正极，三极管Q1的集电极分别经反接二极管、继电器连接在三极管Q1的发射极上，三极管Q1的发射极接地，微处理器U2的34脚经电阻R27连接显示屏接口J3的15脚，显示屏接口J3的3脚经电位器SW1接地，显示屏接口J3的1脚和16脚接地，显示屏接口J3的2脚连接电源正极，微处理器U2的14脚和15脚经晶振Y1连接在一起，微处理器U2的14脚和15脚分别经电容C13和电容C12接地，微处理器U2的16脚连接串口通讯接口J2的3脚。

本实用新型不仅能够根据异常声音的强度进行判别报警，还能够根据声音的响动次数以及持续时间长短进行判别报警，减少误报警发生的概率。

附图说明

图1(a)录制的声音信号归一化之后的波形图(b)对该段声音信号分帧取相对平均模值后的波形图及双门限标定线(c)对该段声音信号分帧取相对平均模值后经过平滑优化后的波形图及双门限标定线(d)侦测到的符合报警条件的声音信号。

图2(a)录制的声音信号归一化之后加入5dB稳态噪音的波形图(b)对该段声音信号分帧取相对平均模值后的波形图及双门限标定线(c)对该段声音信号分帧取相对平均模值后经过平滑优化后的波形图及双门限标定线(d)侦测到的符合报警条件的声音信号。

图3(a)录制的声音信号归一化之后加入10dB稳态噪音的波形图(b)对该段声音信号分帧取相对平均模值后的波形图及双门限标定线(c)对该段声音信号分帧取相对平均模值后经过平滑优化后的波形图及双门限标定线(d)侦测到的符合报警条件的声音信号。

图4为本实用新型硬件结构示意图。

图5为电源供电电路图。

图6本实用新型音频放大电路部分电路结构图。

图7本实用新型微处理器周围电路结构图。

图8为本实用新型软件流程图。

图9为本实用新型壳体主视图。

图10为本实用新型壳体后视图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。

由图1至图10给出，本实用新型包括壳体，壳体内装有话筒MIC，话筒MIC的引脚正极依次经电容C8、电阻R13连接在运算放大器U1A的反相输入端，话筒MIC的引脚负极接地，话筒MIC的引脚正极经相互并联的电容C21、电阻R28和反接的稳压二极管D6接地，电阻R13和运算放大器U1A之间的连线上经电容C22接地，话筒MIC的引脚正极依次经电阻R12、电阻R9连接在电源正极上，电阻R9和电阻R12之间连有电阻R10的一端，电阻R10的另一端经并联连接的电阻R11和有极电容C7接地，电阻R9和电阻R10之间经有机电容C6接地，有极电容C7连接R10的一端连接在运算放大器U1A的负输入端上，运算放大器U1A的反相输入端经并联连接的可变电阻R14和电容C23连接在运算放大器U1A的输出端上，运算放大器U1A的输出端经依次连接的电容C10、电阻R16、电阻R18连接在单刀双掷开关S2的动端，单刀双掷开关S2的其中一个不动端经电阻R20连接在运算放大器U1D的同相输入端，另一个不动端连接在运算放大器U1D的同相输入端，电阻R16连接电阻R18的一端分别连接电容C20和运算放大器U1C的反相输入端，电容C20的另一端连接在运算放大器U1D的同相输入端，运算放大器U1C的输出端连接运算放大器U1D的正相输入端，运算放大器U1D的输出端经有极电容C11输出模拟音频信号，运算放大器U1D的反相输入端连接在其输出端上，运算放大器U1D的同相输入端经依次连接的电阻R21、电容C24接地，运算放大器U1A的输出端经电容C9连接电阻R15的一端，电阻R15并联连接在电容C19的一端、电阻R17的一端、运算放大器U1B的反相输入端，电阻R17连接单刀双掷开关的动端，单刀双掷开关的其中一个不动端连接电阻R19，电容C19的另一端、电阻R19、单刀双掷开关的另一个不动端和运算放大器U1B的输出端并联在一起连接在微处理器U2的41脚，运算放大器U1A、U1B、U1C的同相输入端分别连接在电阻R10和电阻R11之间的连线上，微处理器U2的4脚经并联连接的有极电容C5和按键K2连接电源正极，微处理器U2的4脚经电阻R4接地，微处理器U2的43脚经电阻R23、发光二极管D4连接电源正极，微处理器U2的42脚经电阻R22、发光二极管D3连接在电源正极，微处理器U2的38脚经并联连接的电容C14、电容C15、电容C16、电容C17和电容C18接地，微处理器U2的38脚连接电源正极，微处理器U2的37脚经电阻R24、按键KEY1接地，微处理器U2的36脚经电阻R25、按键KEY2接地，微处理器U2的35脚经电阻R26、按键KEY3接地，微处理器U2的40脚经电阻R7连接在三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极经电阻R8连接电源正极，三极管Q1的集电极分别经反接二极管、继电器连接在三极管Q1的发射极上，三极管Q1的发射极接地，微处理器U2的34脚经电阻R27连接显示屏接口J3的15脚，显示屏接口J3的3脚经电位器SW1接地，显示屏接口J3的1脚和16脚接地，显示屏接口J3的2脚连接电源正极，微处理器U2的14脚和15脚经晶振Y1连接在一起，微处理器U2的14脚和15脚分别经电容C13和电容C12接地，微处理器U2的16脚连接串口通讯接口J2的3脚。

本实用新型的电源供电电路包括电源接线端子J1，电源接线端子J1的1脚经电源开关K1连接有自动恢复保险丝FUSE1，自动恢复保险丝FUSE1正向连接防反接二极管D1，防反接二极管连接有三端稳压器LM7805的Vin端，三端稳压器LM7805的Vout端经电阻R1、正接的发光二极管D2、电阻R5接地，三端稳压器LM7805的GND端接地，自动恢复保险丝FUSE1的GND端经并联连接的有极电容C1、电容C2连接在防反接二极管和三端稳压器LM7805之间的连线上，自动恢复保险丝FUSE1的GND端经并联连接的电容C3、有极电容C4连接在三端稳压器LM7805和电阻R1之间的连线上。

如图9和图10所示，所述电源开关K1可以用来控制电源的开关，作为开关键5，发光二极管D2用来作为电源指示灯1，按键K2为复位按键，按键KEY1为功能键2，按键KEY2为加键3、KEY3为减键4，发光二极管D3和D4分别为故障指示灯6和报警灯7，音频放大电路中的S1和S2开关为增益大小切换开关，其两个开关同步切换，对应壳体后侧的增益粗调开关8，可变电阻R14对音频信号放大增益进行微调，其对应外壳上的增益微调旋钮9，微处理器周围电路中的连接在显示屏接口J3上的电路中的电位器SW1用来调整显示屏亮度，对应壳体后视图的液晶亮度调节旋钮10，图中11为显示屏，图中12为话筒MIC。

所述电源为5V电源。

所述微处理器U2为STC12C5A32AD单片机。

所述运算放大器U1A、运算放大器U1B、运算放大器U1C、运算放大器U1D分别经5V电源供电。

本产品包括拾音子系统和异常声音报警子系统两个主要部分，可以作为监听或音频采集前端设备，也可对一定场合出现的异常声音进行报警，工作过程如下：首先，声音信号通过驻极体话筒MIC转变为微弱的电压信号，再经过直流偏置、前置放大转变为需要的电压信号；然后，该信号分为两路：一路传递给音频输出接口，一路经模数转换传递给微处理器进行声音特征分析，进而判断是否触发报警。

所谓异常声音是指在特定环境下不应该出现的声音，这里主要是针对盗窃时产生的砸、敲、撬、锯、爆破、走路、说话等声音而言。拾音报警器可以通过声音的声强、响动次数、持续时间、波形、频谱、声纹等特征对异常声音进行识别，并产生报警信号。

由于声音信号复杂多样，还有回音和杂音的干扰，依靠波形、频谱、声纹进行异常声音识别难度很大,目前对声音识别的研究也只局限在理想环境下某些声音种类，如语音、动物声音、机械声音等，而且每类声音的识别方法也不尽相同；由于异常声音包含的种类很多，如果对其进行识别，不仅要建立庞大的数据库还要很多复杂的算法，目前还无法实现，而通过声音的声强、响动次数、持续时间判断则相对比较简单，这些特征适用于绝大多数声音，并且计算量小，适合应用在低成本小型拾音报警器中；本产品正是利用声音的声强、响动次数、持续时间基本特征进行判别报警，在减少复杂度的同时，提升产品的实用性、可靠性、经济性。

本产品对声音的短时平均能量进行计算，通过计算判断声音的强度、持续时间、响动次数，对突然间产生的超出一定声强门限的声音，以及超出一定声强门限并且响动多次或者声音持续时间长短超过设定值的声音进行报警，加入响动次数和声音持续时间判断能够有效减少由外界偶然的强噪音干扰而产生的误报，例如像打雷、放炮或过车鸣笛的声音强度很高，但是相对于偷盗时砸、敲、撬物品产生的声音，这些强噪音持续时间要长很多，如果设定短音报警，则持续时间长的强噪音则被忽略，持续时间短的异常声音才能触发报警。

语音检测算法的实现：语音动态检测普遍应用于语音通讯领域和语音处理领域，包括过零点检测法、短时能量检测法、最小均方误差等算法，由于本产品对声音的检测并不局限于语音，因此很多语音动态检测算法并不适用。经过比较，短时能量检测法比较适合本产品对声音的检测，短时能量检测法在低强度稳态噪声环境中，或异常声音远大于噪声强度的情况下，能够准确判断出异常声响出现的位置。

利用短时能量检测法需要对信号的幅值进行平方计算，为了简化计算，直接对信号的幅值取模，然后计算短时平均模值，此方法与短时能量检测法效果相同。所有计算在时域进行，用x[i]表示采集声音信号的第i个采样点的幅值；用w[j]表示一个矩形窗函数，其中j取值从1到L，L是窗口的长度，利用窗口对声音信号进行分帧；然后通过公式(1)计算每帧的平均模值A[n]，n是帧序号：

$A\left[n\right]=\frac{1}{L}\·\underset{j=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\left|x\right[(n-1)\·L+j\left]\right|\·w\left[n\right],n=\mathrm{1,2}...N,---\left(1\right)$

在无异常声音的初始状态下，首先要对环境噪音的平均模值估算，一般取前10～30帧进行估算，计算出的噪声平均模值标为去除噪声之后的信号相对平均模值表示为计算方法如公式(2)所示：

$\hat{A}\left[n\right]=\left|A\right[n]-\stackrel{\‾}{A}|,n=\mathrm{1,2}...N,---\left(2\right)$

除噪之后，相对平均模值的参考点约为零，这样设定的门限值可以不用随噪声水平的高低而变动(相对门限取固定值)，相对平均模值如果超出设定门限，则判断为异常声音。

采用双门限对异常声音进行判断，第一门限用来判断一段声音从开始到结束的持续时间，第二门限用来判断这段声音的强度，如果有一段声音超出第一门限，那么首先对这段声音的起始位置和结束位置进行判断，判断方法：前面几帧信号没有超出门限，后面几帧信号超出门限，判断为起始位置；前面几帧信号超出门限，后面几帧信号低于门限，判断为结束位置。此判断受环境噪声影响较大，环境噪声过大，可能出现误差；第二门限比第一门限值高，如果一段声音有几帧超出第二门限，则认为此段声音超出第二门限；第二门限判断也受环境噪声影响，但是如果异常声音强度比环境噪声高很多，则影响较小。

下面是根据上述声音检测方法做的仿真实验及实验结果，实验分为三种情况，第一种在录音信号中不加干扰噪声进行异常声音判别、第二和第三种分别在录音信号中加入5dB和10dB的稳态干扰噪音：

首先，把本产品的拾音输出部分连接在电脑的line in口，然后使用CoolEdit Pro2.0录制和编辑声音，录制声音的采样频率为8kHz,编码为16bit；噪声仪记录的背景噪音约为50dB；录制的内容为“一、二、三”三个字的语音及敲桌子的几次响声；用Matlab数学分析软件对采集的声音进行算法处理；窗口的大小为80个点，一帧声音信号长度为10ms，一般一个字的发音长度约为200～400ms，而敲击声的长度约为50～100ms；采用双门限对信号的平均模值进行标定，仿真结果如图1所示。

在图1中，图(a)显示的是录制的九段声音信号经过幅度归一化处理之后的波形，平坦直线上突出的部分为采集到的声音信号，图(b)显示了相对平均模值的曲线图，如实的反映了声音信号的包络，用双门限进行标定(第二门限值高于第一门限值，第二门限在第一门限上方)，超出第一门限的用红色的“∧”表示，超出第二门限的用黑色的“+”表示，由于该包络不是很平滑，曲线上的尖刺容易引起误判，因此还要对该曲线进行平滑滤波处理，图(c)显示了平滑滤波后的曲线图，图(d)中曲线包络外围方波信号是检测到的语音信号，也即是符合双门限标定的声音信号，图(a)中，0.5秒左右第一个红圈内的声音信号虽然超出第一门限，由于没有超出第二门限而被忽略掉，在图(d)中也没有检测到该段信号。

本产品适合在低强度的稳态噪声或者微弱的非稳态噪声环境下使用，在现实生活中，背景噪声是客观存在，一般都在30～60dB(A)，即使很安静的场所，背景噪声也有40dB(A)左右，在城市里安静的屋内，白天的背景噪声大约在45dB(A)，晚上的背景噪声在40dB(A)左右，而一些叠加在背景噪音之上的，可以追溯根源的噪音则被称为干扰噪音，例如车辆行驶声音、机器轰鸣声、街道喧闹声，干扰噪声分为两种，即稳态噪声和非稳态噪声，稳态噪声短时能量比较均匀，不会出现忽高忽低的声音，例如风扇转动声音、下雨的声音等；而非稳态噪声短时能量不均匀，表现为噪音忽高忽低，例如街道嘈杂声、工地施工声音等，对于非稳态噪声来说，由于能量分布不均匀，平均模值会出现高低起伏的变化，特别是强度过高时，有些模值可能高于双门限而引起误判，目前对非稳态噪声的处理还没有很好的方法，因此，本实验只针对稳态噪声进行分析。

实验中加入的稳态噪声信号，是软件随机产生的白噪声信号，噪声的强度是相对于录音信号的强度计算出的，图2中，图(a)是在录制的声音信号中加入了5dB的稳态噪声信号，噪声的加入对声音信号的影响很大，一些微弱的声音信号被淹没在噪声里，例如在图1-(a)中，0.5秒左右第一段声音信号，在图2-(a)中被覆盖,从图(b)可以看出，噪声对信号的相对平均模值有一定影响，较图1-(b)有所下降，特别是第一段声音信号已基本消失，因此，噪声会引起声音信号短时能量的相对衰减，在图1-(d)中，检测到的3.4秒附近的声音信号，而在图2-(d)中，该声音信号由于噪声的干扰，相对平均模值下降并且低于第二门限，所以被排除掉。

图3中，图(a)是在录制的声音信号中加入了10dB的稳态噪声信号，10dB的噪声几乎淹没所有声音信号，利用相对平均模值只能检测到几个短时能量较大的信号，如图3-(d)所示，此外，检测到的声音信号持续时间也有很大变化，因此本方法只适用于稳态噪声较低(小于5dB)的环境，如果需要判定的异常声音信号短时能量远大于噪声信号，则对噪声强度、噪声种类没有特别限定，如监控使用爆破进行破坏、偷盗等行为，爆破产生的声音远高于噪声。

本产品采用优质的电子元件，结合成熟稳定的电路结构，保证了声音的清晰度，真实还原现场声音，嵌入式微处理器功能强大，较普通的纯电路报警器可进行更为复杂的分析处理和输入输出控制，增强系统的可靠性、安全性、先进性，除基本的输入输出接线外，本产品可以通过键盘和背面的旋钮进行设置调节，不需要拆开壳体，方便使用，通过显示屏和指示灯，操作人员可以更直观地了解参数设定信息和系统工作状态，设定的参数可以永久保存在存储器中，掉电也不会消失，本产品具有电压防接反和过流保护功能，以及独立的稳压模块。

硬件结构图如图4所示，首先声音信号经过话筒转变为正负交变的交流电压信号，峰峰值为0～20mV，由于放大芯片和模数转换器(ADC)采用的是5V单电压供电，需要加入2.5V的直流偏置电压，把交流信号全部提升到0～5V电压范围内，电压提升后的信号，经过两级放大，放大200倍左右，峰峰值大约为4V，此时，声音信号一路直接送输出接口，输出模拟音频信号；另一路声音信号完全经模数转换成为数字信号，微处理器选择的是STC12C5A32AD，此款芯片集成8路10位ADC功能，分辨率为U/1024，U为处理器供电电压，如果选择12MHz的外部晶振，采集速度最大100KHz，微处理器内部集成高速随机存储器(RAM)、Flash非易失存储器、运算单元和丰富的控制接口，能够满足基本的运算、存储和控制功能，可以通过键盘设定参数，参数永久保存在Flash存储器中，掉电也不会丢失，设定参数时，LCD显示屏点亮，方便操作，设定完成后，显示屏关闭，减少功耗，指示灯用来指示系统工作状态和报警状态。继电器上电后为常闭模式，报警状态为常开。

人耳所能听到的声音频率从20Hz到20KHz，5KHz以上属于极高频声音，非常刺耳，犯罪现场除了玻璃破碎声音，一般挖、砸、撬、爆破等声音频率都在5KHz以下，因此采样频率设定为12KHz可以保证声音信号不失真。10ms的声音信号大约为120个点，这些点的数值放在RAM中，每存够120个点的数值，会进行一次平均模值计算。

如图5所示，使用+12VDC供电是为了兼容市场上大多数的拾音器电源或监控报警器电源，系统可以在7～20V电压范围内正常工作，经过LM7805稳压到+5V±0.4V，FUSE和D1分别为自恢复保险丝和防反接二极管，D2为发光二极管，指示电源工作。

如图6所示，话筒信号经过U1A进行一级放大，R10和R11为直流偏置电路，音频信号经过U1A放大，输出为两路，一路经C9和R15传递到第二级放大器U1B，然后传递到模数转换器接口；另一路经过C10和R16传递到U1C二级放大，经U1D组成的电压跟随电路输出模拟音频信号，该电路可以起到隔离接口反馈的干扰信号的作用，R14为可变电阻，可对音频信号放大增益进行微调，S1和S2为增益大小切换开关，可大幅度调节放大增益，其电容C21和电阻R28起滤波作用，滤除话筒上的高频干扰信号，稳压二极管D6维持话筒电压稳定，使其保持在最佳工作状态，电阻R13和电容C22以及电阻R21和电容C24起滤波作用，滤除高频干扰信号，电容C23、C19、C20可以防止高频信号负反馈引起的自激和啸叫。

微处理器U2周围电路包括控制电路、LCD显示电路、按键、低电压复位电路和串口通讯电路等，D3和D4分别为故障指示灯和报警灯，J3为LCD显示屏接口，J2为串口通讯接口，KEY1～3为按键，微处理器U2的40脚通过Q1三极管控制继电器RELAY1吸合，继电器C和NC两端接报警主机报警输入，通过这两端常开或常闭产生报警信号。

软件流程图如图8所示：

开机之后会有十几秒延时，首先要计算交流音频信号的零电压参考坐标轴和噪声的平均模值，由于加入了2.5V的直流偏置，参考坐标轴转移到2.5V的位置，考虑到电压波动，以及稳压芯片本身的误差，需要通过软件对参考坐标轴位置进行重新估算。估算方法是取开机之后一秒左右的无声信号，计算该段信号的平均模值，然后取平均模值的二分之一作为参考坐标轴的位置，这是因为这段无声信号(包含芯片电路本体噪声和背景噪声)在短时间内可近似看作稳态噪声，参考坐标轴正负两侧的信号平均模值几乎是相等的。参考坐标轴电压值确定以后，信号电压值减去该值就是信号的实际幅度，通过公式1可以计算这段信号的平均模值，也即是噪声平均值。

把参考点坐标值和噪声平均值存入RAM存储器中，如果掉电，数值重新计算，数值存储完毕后，判断是否产生键盘中断，如果无中断，开始进入正常工作状态。每采集一帧数据，计算一次平均模值，根据公式2，计算相对平均模值，如果平均模值超出第一和第二门限，则进行标记，如果一段声音连续数帧都有标记则记为异常声音。本产品有四种报警模式：第一种是只要是异常声音就触发报警；第二种是在一分钟之内有3次异常声音则触发报警；第三种是异常声音持续时间短于几十毫秒则进行报警；第四种是异常声音持续时间超出几百毫秒则进行报警。

第一门限值是恒定的，用来判断信号宽度的，高于环境噪声大约10dB；第二门限可以调节，共分为5个等级，每个等级相差8dB，最低等级高于第一门限大约5dB。如果有键盘操作，则点亮显示屏，设定完毕之后键值存储在FLASH存储器，掉电不丢失。随后屏幕关闭，等待十几秒钟，给设定人员撤离时间，然后进入正常工作状态。由于环境噪音会有一定变化，电压值也会有一定浮动，特别是白天和晚上，每隔10分钟左右会重新计算一次参考零电压和噪声平均模值，充分保证系统的适应性，减少由于外界因素影响而产生的误报警。报警时间可以进行设定，1～12秒可选。

本实用新型不仅能够根据异常声音的强度进行判别报警，还能够根据声音的响动次数以及持续时间长短进行判别报警，减少误报警发生的概率。

Claims (2)

1.一种新型拾音报警器，包括壳体，其特征在于，壳体内装有话筒MIC，话筒MIC的引脚正极依次经电容C8、电阻R13连接在运算放大器U1A的反相输入端，话筒MIC的引脚负极接地，话筒MIC的引脚正极经相互并联的电容C21、电阻R28和反接的稳压二极管D6接地，电阻R13和运算放大器U1A之间的连线上经电容C22接地，话筒MIC的引脚正极依次经电阻R12、电阻R9连接在电源正极上，电阻R9和电阻R12之间连有电阻R10的一端，电阻R10的另一端经并联连接的电阻R11和有极电容C7接地，电阻R9和电阻R10之间经有机电容C6接地，有极电容C7连接R10的一端连接在运算放大器U1A的负输入端上，运算放大器U1A的反相输入端经并联连接的可变电阻R14和电容C23连接在运算放大器U1A的输出端上，运算放大器U1A的输出端经依次连接的电容C10、电阻R16、电阻R18连接在单刀双掷开关S2的动端，单刀双掷开关S2的其中一个不动端经电阻R20连接在运算放大器U1D的同相输入端，另一个不动端连接在运算放大器U1D的同相输入端，电阻R16连接电阻R18的一端分别连接电容C20和运算放大器U1C的反相输入端，电容C20的另一端连接在运算放大器U1D的同相输入端，运算放大器U1C的输出端连接运算放大器U1D的正相输入端，运算放大器U1D的输出端经有极电容C11输出模拟音频信号，运算放大器U1D的反相输入端连接在其输出端上，运算放大器U1D的同相输入端经依次连接的电阻R21、电容C24接地，运算放大器U1A的输出端经电容C9连接电阻R15的一端，电阻R15并联连接在电容C19的一端、电阻R17的一端、运算放大器U1B的反相输入端，电阻R17连接单刀双掷开关的动端，单刀双掷开关的其中一个不动端连接电阻R19，电容C19的另一端、电阻R19、单刀双掷开关的另一个不动端和运算放大器U1B的输出端并联在一起连接在微处理器U2的41脚，运算放大器U1A、U1B、U1C的同相输入端分别连接在电阻R10和电阻R11之间的连线上，微处理器U2的4脚经并联连接的有极电容C5和按键K2连接电源正极，微处理器U2的4脚经电阻R4接地，微处理器U2的43脚经电阻R23、发光二极管D4连接电源正极，微处理器U2的42脚经电阻R22、发光二极管D3连接在电源正极，微处理器U2的38脚经并联连接的电容C14、电容C15、电容C16、电容C17和电容C18接地，微处理器U2的38脚连接电源正极，微处理器U2的37脚经电阻R24、按键KEY1接地，微处理器U2的36脚经电阻R25、按键KEY2接地，微处理器U2的35脚经电阻R26、按键KEY3接地，微处理器U2的40脚经电阻R7连接在三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极经电阻R8连接电源正极，三极管Q1的集电极分别经反接二极管、继电器连接在三极管Q1的发射极上，三极管Q1的发射极接地，微处理器U2的34脚经电阻R27连接显示屏接口J3的15脚，显示屏接口J3的3脚经电位器SW1接地，显示屏接口J3的1脚和16脚接地，显示屏接口J3的2脚连接电源正极，微处理器U2的14脚和15脚经晶振Y1连接在一起，微处理器U2的14脚和15脚分别经电容C13和电容C12接地，微处理器U2的16脚连接串口通讯接口J2的3脚。

2.根据权利要求1所述的新型拾音报警器，其特征在于，所述运算放大器U1A、运算放大器U1B、运算放大器U1C、运算放大器U1D分别经5V电源供电。