CN210868081U - 一种麦克风阵列信号降噪系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种麦克风阵列信号降噪系统，包括麦克风阵列、带通滤波器、前置放大器和开发板，麦克风阵列和带通滤波器电性连接，带通滤波器和前置放大器电性连接，前置放大器和开发板电性连接，麦克风阵列用于获取外界声音信号并将该声音信号传输至带通滤波器滤除部分频段的噪声干扰，经过前置放大器完成信号放大过程后传输到开发板，开发板用于整体系统的电路控制和数据处理。本实用新型能够有针对性地将鸣笛所处频段的声音进行保留，为后续放大、精细滤波、声源定位等提供数据保障。
Description
技术领域
本实用新型涉及汽车鸣笛监测技术领域，具体涉及一种麦克风阵列信号降噪系统。
背景技术
近年来，社会的生活水平越来越高，人们越来越多地需要进行频繁地异地交流、学习或工作，安全交通问题就显得尤为重要，交通监控系统作为安全交通的重要应用便越来越多地被人们所关注。目前，固定式道路监控系统已经被广泛使用，技术也十分成熟，停车场、高速收费站、红绿灯路口以及学校医院门口等场所都普遍配有专用视频监控摄像头。但是与此形成鲜明对比，可佩带的微型移动式视频监控系统却在市场上少之又少。而同时，面临现在社会行人、非机动车违规违法行为的增多，交警执法过程中又普遍没有配备视频监控系统，从而导致执法难、取证难等问题频现，社会急需一个稳定可靠、可佩带、可移动的微型视频监控解决方案。
鸣笛是人们驾驶汽车时的一个正常的行为，其目的在于安全提醒或者警示。然而现在多数时候是肆意鸣笛，业已成为一个常见的驾驶陋习。随着汽车的普及，噪声污染越来越严重，严重影响人们的生活。在一些政府机关、医院、学校、小区、街道等附近都设有禁止鸣笛的标志，然而还是有很多司机违规鸣笛，很大程度上影响人们的工作和生活。为了减少或者杜绝违规鸣笛的发生，很有必要在一些地方安装鸣笛抓拍的系统，一方面方便交通人员的管理，另一方面给人们创造一个安静的生活环境。
由于交通环境往往非常复杂，汽车鸣笛声常淹没在各种噪声干扰中，从混杂的声源中提取出鸣笛声，滤除非鸣笛噪声干扰，能够显著提高定位精度，虽然现有的汽车鸣笛定位系统能够对音频信号进行处理，但并不能有针对性地将鸣笛所处频段的声音进行保留，不能为后续放大、精细滤波、声源定位等提供数据保障。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型要解决的问题是提供一种麦克风阵列信号降噪系统。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种麦克风阵列信号降噪系统，包括麦克风阵列、带通滤波器、前置放大器和开发板，所述麦克风阵列和所述带通滤波器电性连接，所述带通滤波器和所述前置放大器电性连接，所述前置放大器和所述开发板电性连接，所述麦克风阵列用于获取外界声音信号并将该声音信号传输至所述带通滤波器滤除部分频段的噪声干扰，经过所述前置放大器完成信号放大过程后传输到所述开发板，所述开发板用于整体系统的电路控制和数据处理。
在本实用新型中，优选地，所述带通滤波器包括二阶低通滤波器和二阶高通滤波器，所述二阶低通滤波器通过电阻R1与所述麦克风阵列的声频输入端口相连，所述二阶低通滤波器通过电容C3和电容C4与所述二阶高通滤波器相连，所述二阶高通滤波器和所述麦克风阵列的声频输出端口相连。
在本实用新型中，优选地，所述二阶低通滤波器包括第一双运算放大器，所述第一双运算放大器的正向输入端通过电阻R2、电容C2与所述第一双运算放大器的输出端相连，所述电阻R1和所述电阻R2串联，所述第一双运算放大器的正向输入端通过电容C1接地，所述第一双运算放大器的正向输入端通过电阻R2和电阻R3接地，所述第一双运算放大器的反向输入端通过电阻R4接地，且所述第一双运算放大器的反向输入端通过电阻R5和所述第一双运算放大器的输出端相连。
在本实用新型中，优选地，所述二阶高通滤波器包括第二双运算放大器，所述第二双运算放大器的正向输入端通过电阻R6接地，所述第二双运算放大器的正向输入端通过电阻R7和所述第二双运算放大器的输出端相连，所述第二双运算放大器的反向输入端通过电阻R8和所述第二双运算放大器的输出端相连，所述第二双运算放大器的输出端通过电阻R8和电阻R9接地，所述第二双运算放大器的输出端和所述麦克风阵列的声频输出端口相连。
在本实用新型中，优选地，所述第一双运算放大器的型号设置为LM358AD。
在本实用新型中，优选地，所述第二双运算放大器的型号设置为LM358AD。
在本实用新型中，优选地，所述前置放大器包括第一信号放大器和第二信号放大器，所述第一信号放大器的正向输入端通过电阻R12外接有信号输入端子，所述第一信号放大器的输出端通过电阻R13和所述第二信号放大器的反向输入端相连，所述第二信号放大器的输出端外接有信号输出端子。
在本实用新型中，优选地，所述第一信号放大器和所述第二信号放大器的型号均设置为OPA4228。
在本实用新型中，优选地，所述开发板通过外接串口与所述前置放大器相连，所述开发板外接有MIPI屏接口、MIPI屏接口、以太网口和电源接口。
在本实用新型中，优选地，所述开发板的型号设置为HI3516DV300。
本实用新型具有的优点和积极效果是：
(1)通过带通滤波器包括二阶低通滤波器和二阶高通滤波器，二阶低通滤波器和二阶高通滤波器构成四阶巴特沃斯带通滤波器，能够有针对性地将鸣笛所处频段的声音进行保留，并且初步地滤除非此频段的噪声干扰，为后续放大、精细滤波、声源定位等提供数据保障。
(2)通过设置前置放大器，前置放大器完成信号放大过程后传输到开发板，采集到的微弱鸣笛信号经过放大后，更易于处理并且保证定位的准确性。考虑到不同环境信号的干扰可能有所不同，放大器具有可调增益的功能，扩大了系统的应用范围。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1是本实用新型的一种麦克风阵列信号降噪系统的整体结构图；
图2是本实用新型的一种麦克风阵列信号降噪系统的带通滤波器的电路原理图；
图3是本实用新型的一种麦克风阵列信号降噪系统的前置放大器的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1至图3所示，本实用新型提供一种麦克风阵列信号降噪系统，包括麦克风阵列、带通滤波器、前置放大器和开发板，麦克风阵列和带通滤波器电性连接，带通滤波器和前置放大器电性连接，前置放大器和开发板电性连接，麦克风阵列用于获取外界声音信号并将该声音信号传输至带通滤波器滤除部分频段的噪声干扰，经过前置放大器完成信号放大过程后传输到开发板，开发板用于整体系统的电路控制和数据处理。
在本实施例中，进一步地，带通滤波器包括二阶低通滤波器和二阶高通滤波器，二阶低通滤波器通过电阻R1与麦克风阵列的声频输入端口相连，二阶低通滤波器通过电容C3和电容C4与二阶高通滤波器相连，二阶高通滤波器和麦克风阵列的声频输出端口相连。
在本实施例中，进一步地，二阶低通滤波器包括第一双运算放大器，第一双运算放大器的正向输入端通过电阻R2、电容C2与第一双运算放大器的输出端相连，电阻R1和电阻R2串联，第一双运算放大器的正向输入端通过电容C1接地，第一双运算放大器的正向输入端通过电阻R2和电阻R3接地，第一双运算放大器的反向输入端通过电阻R4接地，且第一双运算放大器的反向输入端通过电阻R5和第一双运算放大器的输出端相连。
在本实施例中，进一步地，二阶高通滤波器包括第二双运算放大器，第二双运算放大器的正向输入端通过电阻R6接地，第二双运算放大器的正向输入端通过电阻R7和第二双运算放大器的输出端相连，第二双运算放大器的反向输入端通过电阻R8和第二双运算放大器的输出端相连，第二双运算放大器的输出端通过电阻R8和电阻R9接地，第二双运算放大器的输出端和麦克风阵列的声频输出端口相连。
在本实施例中，进一步地，第一双运算放大器的型号设置为LM358AD。
在本实施例中，进一步地，第二双运算放大器的型号设置为LM358AD。
在本实施例中，进一步地，前置放大器包括第一信号放大器和第二信号放大器，第一信号放大器的正向输入端通过电阻R12外接有信号输入端子，第一信号放大器的输出端通过电阻R13和第二信号放大器的反向输入端相连，第二信号放大器的输出端外接有信号输出端子。
在本实施例中，进一步地，第一信号放大器和第二信号放大器的型号均设置为OPA4228。
在本实施例中，进一步地，开发板通过外接串口与前置放大器相连，开发板外接有MIPI屏接口、MIPI屏接口、以太网口和电源接口。
在本实施例中，进一步地，开发板的型号设置为HI3516DV300。
本实用新型的工作原理和工作过程如下：工作时，麦克风阵列获取外界声音信号，并将获取到的模拟外界声音信号传输至带通滤波器，带通滤波器包括二阶低通滤波器和二阶高通滤波器，二阶低通滤波器和二阶高通滤波器组成四阶巴特沃斯带通滤波器，由于交通环境的复杂性，麦克风阵列提取到的鸣笛，受到外界各频段噪声干扰。根据车辆鸣笛音频分析，汽车鸣笛的频段处于1500Hz至3000Hz之间，巴特沃斯响应可以最大化优化滤波器的通带平坦度。麦克风阵列采集的声频信号由麦克风阵列的声频输入端口输入，分别经过二阶低通滤波器和二阶高通滤波器，滤波后的结果经由麦克风阵列的声频输出端口输出，第一双运算放大器的型号设置为LM358AD，第二双运算放大器的型号设置为LM358AD，第一双运算放大器的正向输入端通过电阻R2、电容C2与第一双运算放大器的输出端相连，电阻R1和电阻R2串联，第一双运算放大器的正向输入端通过电容C1接地，第一双运算放大器的正向输入端通过电阻R2和电阻R3接地，第一双运算放大器的反向输入端通过电阻R4接地，且第一双运算放大器的反向输入端通过电阻R5和第一双运算放大器的输出端相连，第二双运算放大器的正向输入端通过电阻R6接地，第二双运算放大器的正向输入端通过电阻R7和第二双运算放大器的输出端相连，第二双运算放大器的反向输入端通过电阻R8和第二双运算放大器的输出端相连，第二双运算放大器的输出端通过电阻R8和电阻R9接地，第二双运算放大器的输出端和麦克风阵列的声频输出端口相连，第一双运算放大器和第二双运算放大器的第四引脚和第八引脚分别接有-5V电压和+5V电压，LM358AD具有精度高的优点。滤除部分频段的噪声或非汽车鸣笛声源干扰然后经过前置放大器，前置放大器包括第一信号放大器和第二信号放大器，第一信号放大器的正向输入端通过电阻R12外接有信号输入端子，第一信号放大器的输出端通过电阻R13和第二信号放大器的反向输入端相连，第二信号放大器的输出端外接有信号输出端子，音频信号经带通滤波电路后，部分高、低频段的噪声被滤除，信号仍然比较微弱需要进行放大。放大电路需要具备低噪声、可调增益、频带适宜等特点。在此部分采用前置放大器对信号进行前置放大，高端运算放大器OPA4228对信号进行前置放大。信号输入端子将信号通过R2输入至第一信号放大器中，考虑抑制到运放的共模干扰作用，OPA4228运放两个引脚处的电阻基本保持平衡，将反馈电容C11与反馈电阻R13并联，保证运放工作稳定，滑动变阻器P1能够动态调节整个放大电路增益，最终放大信号经信号输出端子输出，经放大后的电路信号传入开发板中，开发板中预先存储用于信号滤波的线下模型，能够提高信号信噪比的同时滤除非汽车鸣笛的音频信号，此外开发板用于整体电路控制以及数据处理，此部分首先进行信号过零率检查，开发板电性连接有视频采集单元和视频显示单元，当鸣笛音频信号存在时，启动声源定位程序，开发板控制视频采集单元进行拍摄，视频采集单元采用高清摄像头，视频显示单元采用的是液晶显示器，最终的定位声源云图通过视频显示单元进行结果显示。
以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种麦克风阵列信号降噪系统，其特征在于，包括麦克风阵列、带通滤波器、前置放大器和开发板，所述麦克风阵列和所述带通滤波器电性连接，所述带通滤波器和所述前置放大器电性连接，所述前置放大器和所述开发板电性连接，所述麦克风阵列用于获取外界声音信号并将该声音信号传输至所述带通滤波器滤除部分频段的噪声干扰，经过所述前置放大器完成信号放大过程后传输到所述开发板，所述开发板用于整体系统的电路控制和数据处理。
2.根据权利要求1所述的一种麦克风阵列信号降噪系统，其特征在于，所述带通滤波器包括二阶低通滤波器和二阶高通滤波器，所述二阶低通滤波器通过电阻R1与所述麦克风阵列的声频输入端口相连，所述二阶低通滤波器通过电容C3和电容C4与所述二阶高通滤波器相连，所述二阶高通滤波器和所述麦克风阵列的声频输出端口相连。
3.根据权利要求2所述的一种麦克风阵列信号降噪系统，其特征在于，所述二阶低通滤波器包括第一双运算放大器，所述第一双运算放大器的正向输入端通过电阻R2、电容C2与所述第一双运算放大器的输出端相连，所述电阻R1和所述电阻R2串联，所述第一双运算放大器的正向输入端通过电容C1接地，所述第一双运算放大器的正向输入端通过电阻R2和电阻R3接地，所述第一双运算放大器的反向输入端通过电阻R4接地，且所述第一双运算放大器的反向输入端通过电阻R5和所述第一双运算放大器的输出端相连。
4.根据权利要求3所述的一种麦克风阵列信号降噪系统，其特征在于，所述二阶高通滤波器包括第二双运算放大器，所述第二双运算放大器的正向输入端通过电阻R6接地，所述第二双运算放大器的正向输入端通过电阻R7和所述第二双运算放大器的输出端相连，所述第二双运算放大器的反向输入端通过电阻R8和所述第二双运算放大器的输出端相连，所述第二双运算放大器的输出端通过电阻R8和电阻R9接地，所述第二双运算放大器的输出端和所述麦克风阵列的声频输出端口相连。
5.根据权利要求3所述的一种麦克风阵列信号降噪系统，其特征在于，所述第一双运算放大器的型号设置为LM358AD。
6.根据权利要求4所述的一种麦克风阵列信号降噪系统，其特征在于，所述第二双运算放大器的型号设置为LM358AD。
7.根据权利要求1所述的一种麦克风阵列信号降噪系统，其特征在于，所述前置放大器包括第一信号放大器和第二信号放大器，所述第一信号放大器的正向输入端通过电阻R12外接有信号输入端子，所述第一信号放大器的输出端通过电阻R13和所述第二信号放大器的反向输入端相连，所述第二信号放大器的输出端外接有信号输出端子。
8.根据权利要求7所述的一种麦克风阵列信号降噪系统，其特征在于，所述第一信号放大器和所述第二信号放大器的型号均设置为OPA4228。
9.根据权利要求1所述的一种麦克风阵列信号降噪系统，其特征在于，所述开发板通过外接串口与所述前置放大器相连，所述开发板外接有MIPI屏接口、MIPI屏接口、以太网口和电源接口。
10.根据权利要求1所述的一种麦克风阵列信号降噪系统，其特征在于，所述开发板的型号设置为HI3516DV300。
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Cited By (2)
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| CN114598968A (zh) * | 2022-03-05 | 2022-06-07 | 深圳市音络科技有限公司 | 一种模拟麦克风前置降噪电路及装置 |
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