CN205619955U - 一种用于侦测蚊子的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于侦测蚊子的装置，包括信号捕捉组件、AGC及带宽运放模块、模拟滤波电路、数字滤波电路、幅度测量单元、A/D单元和处理器单元，信号捕捉组件将捕捉到的信号输送至AGC及带宽运放模块，一路输出至模拟滤波电路进行滤波与甄选，而后输出至数字滤波电路，经A/D单元输出至处理器单元，一路至幅度测量单元，经A/D单元输出至处理器单元；多次侦测并计算对应的蚊子的实时信息，而后存储或输出。本实用新型以聚声、降噪、选择，最终准确实时的侦测蚊子的飞行速度、飞行振翅声的频率、三维空间坐标、加速度等实时数据，并存储和提供输出，为设备自动化捕捉蚊子提供了技术保障。

Description

一种用于侦测蚊子的装置

技术领域

本实用新型涉及一种侦测设备，尤其涉及一种用于侦测蚊子的装置。

背景技术

蚊子虽然小，却是人类的大敌，由蚊子叮咬传播的疾病都具有一定的危险性，吸血的雌蚊是登革热、疟疾、黄热病、丝虫病、日本脑炎等其他病原体的中间寄主。除南极洲外各大陆皆有蚊子的分布。

由于蚊子带来的诸多问题，人们想了很多办法来灭蚊，尤其是对于室内，人们使用蚊香、灭虫剂、灭蚊宝等有毒药剂，也有使用蚊帐、灭蚊灯等无毒设备，但不论是有毒还是无毒，这些方法都有其弊端，比如蚊帐由于透气性不佳，需要安装等问题，现有城市中家庭已经很少有使用，而灭蚊灯只能在夜间使用，并且其光亮和打击蚊子的声音影响使用者睡眠，而有毒药剂对人体和环境都有伤害，并且会增加蚊子的抗药性，甚至杀灭蚊子的天敌，这些都是不可取的。随着设备自动化程度的提高，利用设备夜间主动扑杀或驱离蚊子成为了可能，但是这需要一种能准确及时的侦测到蚊子的位置的装置，由于蚊子飞行时声音很小，加之会有噪音干扰，因此现有技术中未见能准确及时定位蚊子位置的装置的报道。

实用新型内容

为克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种能准确及时的定位蚊子位置的用于侦测蚊子的装置。

为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种用于侦测蚊子的装置，包括信号捕捉组件、AGC及带宽运放模块、模拟滤波电路、数字滤波电路、幅度测量单元、A/D单元和处理器单元，所述信号捕捉组件至少设置一组，信号捕捉组件将捕捉到的信号输送至AGC及带宽运放模块，以最高AGC增益和最高的带宽捕捉信号并放大，而后输出至模拟滤波电路，以最大带宽进行滤波与甄选，将有用的蚊音信号输出至数字滤波电路，而后经A/D单元转换为数据信号，输出至处理器单元，分析处理得到其中的代表蚊声信号的幅频特性和相频特性，进而获得信号频率及带宽数据、三维空间坐标的信息；同时，AGC及带宽运放模块还输出一路至幅度测量单元，并经A/D单元转换为数据信号，输出至处理器单元，由处理器单元与当前AGC电压比较后输出AGC控制信号至AGC及带宽运放模块，控制AGC增益调整，而模拟滤波电路的带宽也会随之调整，以得到一个合适的运放增益及带宽，模拟滤波电路以合适的带宽选择蚊子振翅声频信号，从而放大蚊音的信号，同时以当前的蚊音频率为中心线以极窄的上下带宽选择放大当前的振翅声频信号；多次侦测并计算对应的蚊子的飞行速度、飞行振翅声的频率、三维空间坐标、加速度及时间信息，而后由处理器单元存储或输出。

进一步的，所述信号捕捉组件包括喇叭形集声体，安装在喇叭形集声体小口端的探针，连接探针另一端的声音传感器。

进一步的，所述AGC及带宽运放模块为AGC及带宽自适应运放模块，所述模拟滤波电路为带宽自适应模拟滤波电路。

进一步的，所述分析处理得到其中的代表蚊声信号的幅频特性和相频特性是指：以原始数据为源头数据，或经过FFT变换时域信号展宽后的数据，使后续处理数据更优化，用数字技术分析与处理得到其中的代表蚊声信号的幅频特性和相频特性，进一步获得信号频率及带宽数据、三维空间坐标信息。

更进一步的，所述信号捕捉组件设置两组或两组以上时，各组之间以圆周间隔分布或呈球体状立体分布，在圆周间隔分布时，多组信号捕捉组件与AGC及带宽运放模块之间通过多路选择器连接，由处理器单元发出循环扫描指令依次通过多路选择器扫描每一面的声音传感器并选通，然后进行信号采集及数据处理，直至采集到声频信号强度最大、信噪比最大时停止扫描，停留在此时的声音传感器通道上，继续采集声频、放大并进行模拟滤波和数字滤波、转换为数据，分析处理得到的数据或结果并输出；在呈球体状立体分布时，由处理器单元发出循环扫描指令依次通过多路选择器扫描每一面的至少三个声音传感器并选通。

本实用新型的有益技术效果是：通过信号捕捉组件的设置，以及AGC及带宽自适应运放模块一路与带宽自适应模拟滤波电路、数字滤波电路，一路与幅度测量单元，而后A/D单元至处理器单元的处理，以最佳的方式聚声、降噪、选择，最终准确、实时的侦测蚊子的飞行速度、飞行振翅声的频率、三维空间坐标、加速度等实时数据，并存储和提供输出，为设备自动化捕捉蚊子提供了技术保障。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的阐述。

图1 为本实用新型的原理结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的一种用于侦测蚊子的装置，包括信号捕捉组件、AGC及带宽运放模块、模拟滤波电路、数字滤波电路、幅度测量单元、A/D单元和处理器单元，所述信号捕捉组件至少设置一组，信号捕捉组件将捕捉到的信号输送至AGC及带宽运放模块，以最高AGC增益和最高的带宽捕捉信号并放大，而后输出至模拟滤波电路，以最大带宽进行滤波与甄选，将有用的蚊音信号输出至数字滤波电路，而后经A/D单元转换为数据信号，输出至处理器单元，分析处理得到其中的代表蚊声信号的幅频特性和相频特性，进而获得信号频率及带宽数据、三维空间坐标的信息；同时，AGC及带宽运放模块还输出一路至幅度测量单元，并经A/D单元转换为数据信号，输出至处理器单元，由处理器单元与当前AGC电压比较后输出AGC控制信号至AGC及带宽运放模块，控制AGC增益调整，而模拟滤波电路的带宽也会随之调整，以得到一个合适的运放增益及带宽，模拟滤波电路以合适的带宽选择蚊子振翅声频信号，从而放大蚊音的信号，同时以当前的蚊音频率为中心线以极窄的上下带宽选择放大当前的振翅声频信号；多次侦测并计算对应的蚊子的飞行速度、飞行振翅声的频率、三维空间坐标、加速度及时间信息，而后由处理器单元存储或输出。

所述信号捕捉组件包括喇叭形集声体，安装在喇叭形集声体小口端的探针，连接探针另一端的声音传感器。

所述AGC及带宽运放模块为AGC及带宽自适应运放模块，所述模拟滤波电路为带宽自适应模拟滤波电路。

所述分析处理得到其中的代表蚊声信号的幅频特性和相频特性是指：以原始数据为源头数据，或经过FFT变换时域信号展宽后的数据，使后续处理数据更优化，用数字技术分析与处理得到其中的代表蚊声信号的幅频特性和相频特性，进一步获得信号频率及带宽数据、三维空间坐标信息。

所述信号捕捉组件设置两组或两组以上时，各组之间以圆周间隔分布或呈球体状立体分布，在圆周间隔分布时，多组信号捕捉组件与AGC及带宽运放模块之间通过多路选择器连接，由处理器单元发出循环扫描指令依次通过多路选择器扫描每一面的声音传感器并选通，然后进行信号采集及数据处理，直至采集到声频信号强度最大、信噪比最大时停止扫描，停留在此时的声音传感器通道上，继续采集声频、放大并进行模拟滤波和数字滤波、转换为数据，分析处理得到的数据或结果并输出；在呈球体状立体分布时，由处理器单元发出循环扫描指令依次通过多路选择器扫描每一面的至少三个声音传感器并选通。

实施例2

蚊子在0-15米远处传来翅膀振翅声约200Hz-800Hz，且由于2米以外的蚊声分贝很微弱，再之微弱的蚊音又有时淹没在较强的背景噪声中，因此距离蚊音一定距离去检测较小的信噪比的蚊声需要专用设备采集。本申请主要采用AGC及带宽自适应运放放大电路、带宽自适应模拟滤波器及高性能数字滤波器MAX9860，及以CPU+MPU（如ARM）的处理器单元，并对信号进行进一步FFT变换，获得展宽的幅频参数/相频参数，最终数据分析处理得到如蚊子的飞行速度、飞行振翅声的频率、三维空间坐标、振翅声的实时相位等数据，采用了模拟滤波器和数字滤波器的滤波组合，并且数字滤波器又是专用集成数字滤波器（也可以通过微处理器中心单元用算法实现），从而让系统具有特佳的放大灵敏度及选择性，达到放大与具有很强选择性地检测计算蚊子振翅声的蚊音频率、蚊音实时相位等的要求，最终实现测控测量与计算对应的蚊子的飞行速度、飞行振翅声的频率、三维空间坐标、加速度及时间等实时数据，并存储，可以通过串行口/USB口输出数据或通信，根据以上数据去控制启动声光报警器单元，以指示蚊子的袭来。

传来的弱振翅声，经锥形声音收集器，输入给运放放大后，先输出给模拟滤波器，再输出至数字滤波器MAX9860，进一步的数字滤波后输出给后级A/D、微处理器单元，由于声音收集器正对蚊音面面积较大，收集并转换为表面积的振动波，传至探针与椎体小端端点结合处的振幅会增强，即物理上先实现放大，探针又连接并传声至麦克风（MIC1）的振动面,MIC1输出音频电信号，再至运放单元，先以最高AGC增益、最高的带宽捕捉信号并放大，再输出给带宽自适应模拟滤波器，以最大带宽进行滤波与甄选有用的蚊音信号输出，再至数字滤波器MAX9860、A/D单元，转换为数据信号，输出至微处理器单元，作进一步的FFT，最终测控测量与计算对应的蚊子的飞行速度、飞行振翅声的频率、三维空间坐标、加速度等实时数据。

而AGC及带宽自适应运放模块发出的另一路信号经幅度测量单元，再A/D后，输出给处理器单元与其内的当前AGC电压比较，处理器单元根据比较的结构发出指令至AGC及带宽自适应运放模块，更新AGC电压，控制AGC增益调整，更新带宽调整电压将带宽调整，让其有合适的运放增益及带宽，滤波器以合适的带宽选择蚊子振翅声频信号，从而达到一个既最大限度放大蚊音的信号同时由以当前的蚊音频率为中心线最大限度地以极窄的上下带宽选择来放大当前有用的振翅声频信号之目的。在三个收集器的情况下，其他两个锥形声音收集器单元的声音采集及处理需调整至最佳状态，重复以上过程，由微处理器进行实时地采集蚊音信号并运算分析处理直至获得最佳的AGC及带宽调整数据并调整。

采用模拟滤波器与数字滤波器滤的组合具有以下特点：

模拟滤波器具有反应速度快、实时性强、几乎没有时延、对于待滤波的模拟信号具有损失小等的优势，而数字滤波器利用了当前点前后的数据，滤波器模板是对称的，因而不会有相移，模拟滤波器由于对于当前点，只有过去的信号可以利用，将来的信号未知，即模拟滤波器不是对称的滤波器，因而必定存在相移。数字滤波器很容易用逻辑器件、可编程器件实现，而模拟滤波器不能只用逻辑器件实现，一般需要电阻、电容和电感的组合电路实现。因而采用模拟滤波器与数字滤波器滤的组合，各取所长。

经模拟滤波器输出滤波的模拟信号给数字滤波器单元，经过此单元优异的自动窗函数的选择性、高性能的边带选择性、有用信号的选择高灵敏度性等的高性能数字滤波后，选择出高纯净度的、信噪比很高的有用振翅声频的数据信号，并经D/A 转换为模拟信号，再输入给高速A/D 转换为数据，输出给微处理器单元并经时间放大法快速傅里叶FFT变换后，在较长的时间尺度以频域或相域的刻度变量分析信号的幅度及计算频值、带宽、包络等数据，具有类似于电影的“慢动作”的效果，以较宽的时域的分辨率非常好的，特定的稳定的刻度参数观察与检测技术，并分析处理其频率、相位、幅度、幅频参数、相频参数，以及根据以上参数/多次测量的多组累积的参数，再依据FFT变化之前的时序并根据算法，利用嵌入式程序计算对应的蚊子的飞行速度、飞行振翅声的频率、三维空间坐标、加速度、及实时数据等，并存储，并可以通过串行口/USB口输出数据或通信。

由于待滤波的蚊声信号信噪比很小、背景噪声大、微弱的蚊音振翅声几乎淹没在较强的背景声中等现实情况，属于低通与带通的滤波情形，并既要消除大幅度的脉冲干扰，又要做数据平滑的应用要求，综合考虑选用FIR滤波器和自适应均衡滤波器的方案。并且在频域里设计好滤波器的传递函数，与原始信号的傅里叶变换相乘，再反傅里叶变换（逆FFT），即又转换为已经数字滤波器滤波的时域信号并输出给微处理器再做FFT处理，然后作进一步的后续数据的分析与处理，也可以把传递函数作反傅里叶变换，得到时域（一维信号）或空域（二维信号）的模板，用模板对原始信号卷积就可以了。

这些数据包括某一点的、音源波形的一个周期或连续若干个周期、多次采样的若干周期的组合数据，这些数据对于计算对应的蚊子的飞行速度、飞行振翅声的频率、三维空间坐标、加速度等实时数据，起到了大量参考数据的作用，由于考虑到蚊子飞行时距本探测器的声频探测体的感声面，可能在左面或右面，蚊子在左面飞行时或右面飞行时，为了捕获到蚊子飞行时振翅声能最大限度地提高分辨率及信噪比，采用两面分别布置的平面布置方式或立体球面布置方式。在锥形采声体的圆形平面在摇杆圆柱体的前后两面布置了至少三个按照几度---几十度排布成的形成约4/5的球体布置立体空间，另外由微处理器发出循环扫描指令去依次通过多路选择器扫描每一面的至少三个MIC传感器并选通，然后按照上文所述进行一系列信号采集及数据处理过程，直至采集到声频信号强度最大、信噪比最大时，即停止扫描，机器停留在当前的MIC通道上，再继续采集声频、放大、FFT、进行模拟滤波和数字滤波、转换为数据，并分析处理得到的所要求得到的数据或结果，并输出，这样做的好处是可以让探测器自动去侦测和扫描蚊声振翅声，并自动选择信号质量最强的某一面及某一路的MIC的信号通道，去采集去处理，即实现了本探测器的高灵敏度、很高选择性的性能指标，有效探测到有可能是很微弱的、信噪比很低的、背景声很大的蚊声振翅声，并计算出其他参数。

微处理器及CPU要选用速度很快的并有RISC流水线指令结构的类型，如DSP、ARM、FPGA，单片机选用增强型51单片机，A/D选用高速采样率的，多路选择器选用高速开关型的，以适应本方案的海量数据处理及高速反应的要求。经过以上步骤，测控系统测量与计算出对应的蚊子的飞行速度、飞行振翅声的频率、三维空间坐标、加速度等实时数据并存储，通过串行口/USB口输出数据或通信，根据以上数据还可以依据相关类型数据去控制启动声光报警器单元，以指示蚊子的袭来。

本实用新型通过信号捕捉组件的设置，以及AGC及带宽自适应运放模块一路与带宽自适应模拟滤波电路、数字滤波电路，一路与幅度测量单元，而后A/D单元至处理器单元的处理，以最佳的方式聚声、降噪、选择，最终准确、实时的侦测蚊子的飞行速度、飞行振翅声的频率、三维空间坐标、加速度等实时数据，并存储和提供输出，为设备自动化捕捉蚊子提供了技术保障。

以上实施例是对本实用新型内容的解释，不作为对本实用新型内容的限定，凡是本领域技术人员在本申请所公开基础上无创造性的变动，均在本申请的保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于侦测蚊子的装置，其特征在于：包括信号捕捉组件、AGC及带宽运放模块、模拟滤波电路、数字滤波电路、幅度测量单元、A/D单元和处理器单元，所述信号捕捉组件至少设置一组，信号捕捉组件将捕捉到的信号输送至AGC及带宽运放模块，以最高AGC增益和最高的带宽捕捉信号并放大，而后输出至模拟滤波电路，以最大带宽进行滤波与甄选，将有用的蚊音信号输出至数字滤波电路，而后经A/D单元转换为数据信号，输出至处理器单元，分析处理得到其中的代表蚊声信号的幅频特性和相频特性，进而获得信号频率及带宽数据、三维空间坐标的信息；同时，AGC及带宽运放模块还输出一路至幅度测量单元，并经A/D单元转换为数据信号，输出至处理器单元，由处理器单元与当前AGC电压比较后输出AGC控制信号至AGC及带宽运放模块，控制AGC增益调整，而模拟滤波电路的带宽也会随之调整，以得到一个合适的运放增益及带宽，模拟滤波电路以合适的带宽选择蚊子振翅声频信号，从而放大蚊音的信号，同时以当前的蚊音频率为中心线以极窄的上下带宽选择放大当前的振翅声频信号；多次侦测并计算对应的蚊子的飞行速度、飞行振翅声的频率、三维空间坐标、加速度及时间信息，而后由处理器单元存储或输出。

2.根据权利要求1所述的用于侦测蚊子的装置，其特征在于：所述信号捕捉组件包括喇叭形集声体，安装在喇叭形集声体小口端的探针，连接探针另一端的声音传感器。

3.根据权利要求1所述的用于侦测蚊子的装置，其特征在于：所述AGC及带宽运放模块为AGC及带宽自适应运放模块，所述模拟滤波电路为带宽自适应模拟滤波电路。

4.根据权利要求1所述的用于侦测蚊子的装置，其特征在于：所述信号捕捉组件设置两组或两组以上时，各组之间以圆周间隔分布或呈球体状立体分布，在圆周间隔分布时，多组信号捕捉组件与AGC及带宽运放模块之间通过多路选择器连接，由处理器单元发出循环扫描指令依次通过多路选择器扫描每一面的声音传感器并选通，然后进行信号采集及数据处理，直至采集到声频信号强度最大、信噪比最大时停止扫描，停留在此时的声音传感器通道上，继续采集声频、放大并进行模拟滤波和数字滤波、转换为数据，分析处理得到的数据或结果并输出；在呈球体状立体分布时，由处理器单元发出循环扫描指令依次通过多路选择器扫描每一面的至少三个声音传感器并选通。