CN204202743U - 一种基于arm和3g的鸟类鸣声监测装置 - Google Patents

Abstract

一种基于ARM和3G的鸟类鸣声监测装置，包括与现场数据采集器相连的远程服务器；现场数据采集器包括鸣声采集器、数据处理器、3G无线通信器及太阳能电源；嵌入式处理器控制板、温湿度传感器和风扇构成内部环境控制系统，通过温湿度传感器检测电路将温湿度传感器传来的数据转换成数字信号，将测量值传入嵌入式处理器控制板，判断系统电路装置内部温湿度状况，开启风扇将内部空气排出，3G无线通讯扩展板将采集的音频数据发送到服务器端；具有低功耗、体积小、适应湿地复杂环境和多变气候，能够长期稳定工作，且能够摆脱监测范围的限制和传输速率的局限，降低监测成本，提高监测效率的特点。

Description

一种基于ARM和3G的鸟类鸣声监测装置

技术领域

本实用新型属于生态监测设备技术领域，特别涉及一种基于ARM和3G的鸟类鸣声监测装置。

背景技术

湿地是自然界中丰富的生物多样性生态系统，具有洪水调蓄、气候调节、水源涵养、水质净化等重要的生态功能。洽川湿地是黄河流域最大的湖泊型湿地，是我国内陆候鸟迁徙的重要越冬地，湿地上栖息的各种鸟类对湿地生态系统的平衡起着重要作用。

鸟类的鸣叫声具有物种的特异性，在进行鸟类分类、物种界限的确定、亲缘关系的分析等方面具有重要作用。录音是寻找和发现鸟类最有说服力的证据，野外监测时，录音与照相相比它具有照相无法相比的优势。但是，鸟类的生活习性极其多样化，人工监测其种类几乎难以做到。 虽然近年来，随着嵌入式系统、网络和信息处理技术的发展，为湿地鸟类实时监测提供相关的技术支持，但是，现有的鸟鸣声音采集装备造价昂贵；湿地网络环境差，大多难以做到及时的信息采集回传；受湿地环境影响，装置布控环境复杂，设备受气候影响大，难以做到长期稳定工作。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种基于ARM和3G的鸟类鸣声监测装置，具有低功耗、体积小、适应湿地复杂环境和多变气候，能够长期稳定工作，且能够摆脱监测范围的限制和传输速率的局限，降低监测成本，提高监测效率的特点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于ARM和3G的鸟类鸣声监测装置，包括与现场数据采集器相连的远程服务器；现场数据采集器包括鸣声采集器、数据处理器、3G无线通信器及太阳能电源。

所述的远程服务器上连接的数据采集器的数量至少有一组。

所述现场数据采集器包括有底座、可伸缩支撑杆、风扇、系统电路装置、连接杆、太阳能板构成；所述的底座和可伸缩支撑杆垂直固定连接；所述的可伸缩支撑杆和系统电路装置固定连接，系统电路装置水平夹角为15°；风扇与系统电路装置底部开孔通过橡胶垫片配合固定；系统电路装置和太阳能板通过连接杆固定连接，太阳能板水平夹角为45°。

所述的系统电路装置包括有嵌入式处理器控制板、3G无线通讯扩展板、传感器组件、太阳能电源控制板、蓄电池；所述的嵌入式处理器控制板分别与风扇、3G无线通讯扩展板、传感器组件相连；3G无线通讯扩展板与蓄电池相连。

所述的传感器组件包括电容话筒、温度传感器、湿度传感器、温湿度检测电路组成。

本实用新型与现有装置相比，优点在于：

1）本实用新型鸣声采集采用枪式电容话筒频率特性好，无方向性，灵敏度高，噪声小，瞬态响应性能好等特点。本系统实现野外环境下鸟类鸣声的准确清晰采集。

2）本实用新型采用ARM微处理器的嵌入式控制板，具有体积小、高性价比、低功耗和高性能等特点。嵌入式平台可实现本地的音频数据处理，减小的数据传输量。

3）本实用新型采用3G无线通讯扩展板与远程服务器进行数据传输，3G网络对于数据高速传输和数据可靠传输提供保障。本系统实现野外环境下鸟类鸣声的实时监测。

4）本实用新型采用太阳能电源控制系统，解决了野外远距离供电问题，同时加强了系统的布控性，保证了系统的长期稳定工作，适用性强。

5）本实用新型采用温湿度传感器配合风扇的内部环境控制系统，解决了野外恶劣气候下系统对高温和湿度大的环境耐受性，保证了系统的长期稳定工作，适用性强。

综上所述，本实用新型设计合理、低成本、低功耗、体积小、适应湿地复杂环境和多变气候、长期稳定工作，将嵌入式技术和3G无线通信技术相结合，实现鸟类鸣声数据采集，以及数据的远程实时传输，摆脱监测范围的限制和传输速率的局限，降低监测成本，提高监测效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的现场数据采集装置的结构示意图。

图3为本发明的系统电路装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

参见图1，一种基于ARM和3G的鸟类鸣声监测装置，包括与现场数据采集器2相连的远程服务器1；现场数据采集器2包括鸣声采集器3、数据处理器4、3G无线通信器5及太阳能电源6。

所述的远程服务器1上连接的数据采集器2的数量至少有一组。可根据需要无限增加。

参见图2所述现场数据采集器2包括有底座7、可伸缩支撑杆8、风扇9、系统电路装置10、连接杆11、太阳能板12构成；所述的底座7和可伸缩支撑杆8垂直固定连接；所述的可伸缩支撑杆8和系统电路装置10固定连接，系统电路装置10水平夹角为15°；风扇9与系统电路装置10底部开孔通过橡胶垫片配合固定；系统电路装置10和太阳能板12通过连接杆11固定连接，太阳能板12水平夹角为45°。

参见图3，所述的系统电路装置10包括有嵌入式处理器控制板13、3G无线通讯扩展板15、传感器组件17、太阳能电源控制板16、蓄电池14；所述的嵌入式处理器控制板13分别与风扇9、3G无线通讯扩展板15、传感器组件17相连；3G无线通讯扩展板15与蓄电池14相连。

所述的传感器组件17包括电容话筒、温度传感器、湿度传感器、温湿度检测电路组成。

所述底座7用于将现场数据采集装置固定于采集现场；

所述的可伸缩支撑杆8对于现场环境可伸缩调节适宜高度，可伸缩支撑杆8和底座7垂直固定连接；所述的系统电路装置10水平夹角为15°，保证降雨状况出现时，雨水不在装置表面积留，系统电路装置10和可伸缩支撑杆8固定连接；

所述的太阳能板12水平夹角为45°，目的是保证对日光高效吸收。

所述的嵌入式处理器控制板、温湿度传感器和风扇构成内部环境控制系统，通过温湿度传感器检测电路将温湿度传感器传来的数据转换成数字信号，将测量值传入嵌入式处理器控制板，判断系统电路装置内部温湿度状况，当温度超过65℃时开启风扇将内部空气排出，当湿度超过50%时开启风扇将内部空气排出。

所述的3G无线通讯扩展板通过3G无线网络将采集的音频数据实时发送到服务器端；

所述的太阳能电池板、蓄电池和电源控制板组成太阳能电源控制系统，太阳能电源控制板通过芯片实现对太阳能板稳定控制和采用高效蓄电池充电模式，延长蓄电池寿命，对嵌入式处理器控制板、3G无线通讯扩展板稳定供电。

所述的嵌入式处理器控制板13控制传感器组件17，接收、处理、存储、电容话筒传来的数据；嵌入式处理器控制板13、温度传感器、湿度传感器和风扇9构成内部环境控制系统，通过温湿度检测电路将温湿度传感器传来的数据转换成数字信号传入嵌入式处理器控制板13，判断系统电路装置内部温湿度状况并选择开启风扇；所述的3G无线通讯扩展板15通过3G无线网络将采集的音频数据实时发送到远程服务器端；所述的传感器组件17，电容话筒具备音频采集功能，用于实时采集鸟鸣音频信号，温度传感器和湿度传感器具备温湿度采集功能，通过温湿度检测电路将温度传感器和湿度传感器传来的信号转化成系统可识别的数字信号；太阳能电源控制系统由太阳能板12、蓄电池14和太阳能电源控制板16组成，太阳能电源控制板16通过芯片对太阳能板12和蓄电池14控制，对嵌入式处理器控制板13、3G无线通讯扩展板15供电。

鸣声数据的采集是利用Linux OSS标准中的音频设备DSP实现OSS用户空间编程对OSS驱动声卡的编程，使用Linux文件接口函数，使用ioctl系统调用对其尺寸进行设置，打开设备文件/dev/dsp，设置声道（channel）数量为1，使用SNDCTL_DSP_SETFMT IO控制命令设置采样格式，使用SNDCTL_DSP_SPEED IO控制命令设置采样频率，根据系统需求选用44100Hz，保证数据量足够大，满足鸣声采集的完整性。对设备文件进行相应设置完成后设计程序进行音频采集并进行本地存储于数据处理模块的嵌入式平台中。

系统程序采用基于TCP/IP 协议的套接字C/S结构。为保证数据传输质量选用TCP传输协议，以保证音频数据传输不会发生丢包现象。

3G无线通讯扩展板选用AD3812，通过USB接口与嵌入式平台相连，编译内核时需添加3G无线通讯扩展板的驱动程序和ppp协议支持。远程服务器程序运行在远程服务器，实时监听嵌入式平台的连接请求，当嵌入式平台发出连接请求，远程服务器确认端口号和IP 地址后与嵌入式平台建立套接字连接。连接成功后嵌入式平台采集鸣声音频数据后，便由3G通信模块通过3G无线网络实时传输到远程服务器端指定的文件目录下。

由于录音和数据传输同步进行，在Linux操作系统中会出现多个进程，造成占用过多资源，进程之间共享数据需操作系统干预，大大降低了数据处理效率。为此，本实用新型采用信号量线程同步策略予以解决。客户端程序设计为一个进程，该进程由拥有相同代码地址空间和数据空间的多个线程组成，多个线程完成采集、传输任务，他们可共享资源。在线程间采用信号量同步可以对每一个父线程和子线程通过信号量的传递清晰地划分开，系统多个线程试图改变一个信号量的值，通过信号量的数值改变，传递给相应的线程以进行调度，可有效提高系统数据处理效率和系统逻辑稳定性，防止数据间发生拥堵。

远程服务器实时接收鸣声数据，建立鸟类鸣声数据库，实现实时监测和历史数据查看，实现野外鸟类鸣声的实时监测。

Claims (2)

1.一种基于ARM和3G的鸟类鸣声监测装置，其特征在于，包括与现场数据采集器（2）相连的远程服务器（1）；现场数据采集器（2）包括鸣声采集器（3）、数据处理器（4）、3G无线通信器（5）及太阳能电源（6）；

所述现场数据采集器（2）包括有底座（7）、可伸缩支撑杆（8）、风扇（9）、系统电路装置（10）、连接杆（11）、太阳能板（12）；所述的底座（7）和可伸缩支撑杆（8）垂直固定连接；所述的可伸缩支撑杆（8）和系统电路装置（10）固定连接，系统电路装置（10）水平夹角为15°；风扇（9）与系统电路装置（10）底部开孔通过橡胶垫片配合固定；系统电路装置（10）和太阳能板（12）通过连接杆（11）固定连接，太阳能板（12）水平夹角为45°；

所述的系统电路装置（10）包括有嵌入式处理器控制板（13）、3G无线通讯扩展板（15）、传感器组件、太阳能电源控制板（16）、蓄电池（14）；所述的嵌入式处理器控制板（13）分别与风扇（9）、3G无线通讯扩展板（15）、传感器组件（17）相连；3G无线通讯扩展板（15）与蓄电池（14）相连；

所述的传感器组件（17）由电容话筒、温度传感器、湿度传感器、温湿度检测电路组成。

2.根据权利要求1所述的一种基于ARM和3G的鸟类鸣声监测装置，其特征在于，所述的远程服务器（1）上连接的数据采集器2的数量至少有一组。