CN219017238U - 一种基于边缘计算的声纹信号采集与传输装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种基于边缘计算的声纹信号采集与传输装置，包括电源模块、检测模块、数字信号处理模块、通讯模块、边缘计算模块和传输模块。电源模块为检测模块、数字信号处理模块和通讯模块供电，检测模块可采集声纹信号，数字信号处理模块可对接收到的数字信号进行处理，通讯模块可将处理后的数字信号传输给边缘计算模块，边缘计算模块可将声纹数据进行计算处理，传输模块用来将计算的结果进行传输。本申请提供的基于边缘计算的声纹信号采集与传输装置可提高声纹传感器模拟信号输出的抗干扰能力，减轻云平台的计算压力，传输速率高、边缘计算能力强，通过无线网络传输解决声纹采集装置存在的布线困难、施工周期长的问题。

Description

一种基于边缘计算的声纹信号采集与传输装置

技术领域

本申请涉及声纹采集技术领域，尤其涉及一种基于边缘计算的声纹信号采集与传输装置。

背景技术

设备的振动噪声与其机械结构密切相关，是分析设备运行状态的一项重要指标，当设备的零件或部件由于磨损、老化等原因状态发生变化后，其声纹信号特性也会相应发生变化，因此工业生产中许多设备都需要对其声纹特征进行检测。

在对声纹进行检测时，普遍采用模拟传感器和数据采集器的方式。采用模拟传感器和数据采集器的方式对声纹进行采集时，一些声纹采集装置中各个传感器之间通过控制线来进行连接，以实现对声纹的集中采集和对控制器的集中管理。但这种方式存在诸多缺陷，如模拟信号抗干扰能力差，RS485工业总线的传输速率低，边缘计算的处理能力有限，工业现场布线困难，采用模拟传感器和数据采集器的方式检测声纹受到的制约越来越大。

实用新型内容

本申请提供一种基于边缘计算的声纹信号采集与传输装置，以解决对声纹进行采集时装置的模拟信号抗干扰能力差、总线传输速率低、边缘计算处理能力有限以及工业现场布线困难的问题。

本申请提供一种基于边缘计算的声纹信号采集与传输装置，包括电源模块、检测模块、数字信号处理模块、通讯模块、边缘计算模块和传输模块。其中，所述电源模块的输出端分别与所述检测模块、所述数字信号处理模块、所述通讯模块的输入端电性相连；所述检测模块的输出端与所述数字信号处理模块的输入端电性相连，所述数字信号处理模块的输出端与所述通讯模块的输入端电性相连；所述边缘计算模块分别与所述通讯模块和所述传输模块通信连接。

可选的，所述电源模块包括防反接电路、DC-DC电路和LDO电路，所述防反接电路、所述DC-DC电路和所述LDO电路依次串联连接。

可选的，所述边缘计算模块包括板载CPU、FLASH存储单元、解析单元和内存单元；所述板载CPU的输出端分别与所述内存单元、所述FLASH存储单元和所述解析单元的输入端电性相连。

可选的，所述边缘计算模块还包括第一LAN接口和第二LAN接口，所述第一LAN接口与所述通讯模块通信连接，所述第二LAN接口与所述传输模块通信连接。

可选的，所述边缘计算模块还包括第一板载网卡接口和第二板载网卡接口，所述第一板载网卡接口分别与所述板载CPU、所述第一LAN接口电性相连，所述第二板载网卡接口分别与所述内存单元、所述第二LAN接口电性相连。

可选的，所述边缘计算模块还包括散热单元，所述散热单元与所述板载CPU电性连接。

可选的，所述通讯模块采用以太网进行通信。

由以上技术方案可知，本申请提供一种基于边缘计算的声纹信号采集与传输装置，包括电源模块、检测模块、数字信号处理模块、通讯模块、边缘计算模块和传输模块。所述电源模块用来为检测模块、数字信号处理模块和通讯模块供电，所述检测模块用来采集声纹信号，所述数字信号处理模块用来对接收到的数字信号进行单位转换、数据打包等处理，所述通讯模块可将处理后的数字信号传输给边缘计算模块，所述边缘计算模块用来对声纹数据进行计算处理，所述传输模块用来将计算的结果进行传输。该装置采用以太网传输数字信号,可提高声纹传感器模拟信号输出的抗干扰能力；采用带有边缘计算的数据工作站,可减轻云平台的计算压力；采用网络传输将数据直接上传至云平台,可解决声纹采集装置存在的布线困难、施工周期长的问题。本申请提供的基于边缘计算的声纹信号采集与传输装置抗干扰能力强、传输速率高、边缘计算能力强、无线传输方便。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的基于边缘计算的声纹信号采集与传输装置的结构示意图；

图2为边缘计算模块的结构示意图；

图示说明：

其中，1-电源模块；2-检测模块；3-数字信号处理模块；4-通讯模块；5-边缘计算模块；501-第一LAN接口；502-第二LAN接口；503-板载CPU；504-FLASH存储单元；505-解析单元；506-内存单元；507-第一板载网卡接口；508-第二板载网卡接口；509-散热单元；6-传输模块。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

采用模拟传感器和数据采集器的方式对声纹进行采集时，一些声纹采集装置中各个传感器之间通过控制线来进行连接，以实现对声纹的集中采集和对控制器的集中管理。但这种采集方式存在模拟信号抗干扰能力差，RS485工业总线的传输速率低，边缘计算的处理能力有限，工业现场布线困难等诸多缺陷，使得采用模拟传感器和数据采集器的方式进行声纹检测受到的制约越来越大。

为解决上述问题，本申请提供一种基于边缘计算的声纹信号采集与传输装置，图1为本申请提供的基于边缘计算的声纹信号采集与传输装置的结构示意图，如图1所示，本申请提供的基于边缘计算的声纹信号采集与传输装置包括电源模块1、检测模块2、数字信号处理模块3、通讯模块4、边缘计算模块5和传输模块6。

电源模块1的输出端分别与检测模块2、数字信号处理模块3、通讯模块4的输入端电性相连，用来为检测模块2、数字信号处理模块3、通讯模块4供电。电源模块1内设置有防反接电路、DC-DC(Directcurrent-Directcurrent，直流-直流)电路和LDO(Low DropoutRegulator，低压差线性稳压)电路，防反接电路、DC-DC电路和LDO电路依次串联连接。防反接电路具有输入电源的反接保护功能，可以保护电源电路，即使接反电源，也不会损坏电源。由于LDO电路的输出电压纹波小，为了提高开关电源直流转直流的精度，在DC-DC电路的后端设置LDO电路。例如，电源模块1采用的是MPS公司的DC-DC芯片和AMS公司的LDO芯片，可为上述检测模块2、数字信号处理模块3、通讯模块4提供3.3V的工作电压。

检测模块2可对声纹信号进行采集，采集到的声纹信号为模拟信号，模拟信号只有转化为数字信号后才能用软件进行处理。检测模块2本质上是一个模数转换芯片，用来将采集到的声纹模拟信号转换成数字信号，通过将模拟信号转换成数字信号，来实现后续各种数字信号处理算法。模拟信号到数字信号的转换一般要经过取样、保持、量化及编码4个过程，例如，检测模块2中的声纹采集芯片可采用ADI公司的AD数字芯片，AD数字芯片的零点漂移、温度漂移低，可使电路的动态参数稳定，有效参数得到更好的传输。

如图1所示，检测模块2的输出端与数字信号处理模块3的输入端电性相连，声纹信号经检测模块2采集并转换成数字信号后，传输给数字信号处理模块3处理。数字信号处理模块3可对接收到的数字信号进行单位转换、数据打包等处理，例如，数字信号处理模块3的芯片可采用ST公司的ARM芯片，ARM芯片功耗低、成本低且性能高，指令执行速度更快。

数字信号处理模块3的输出端与通讯模块4通信相连，通讯模块4可接收数字信号处理模块3处理的数字信号，并通过局域网进行传输。通讯模块4采用以太网进行传输，以太网作为一种局域网络，传输稳定可靠，按照TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议)协议将网络上传递的数据进行转换，可将传输的数字信号转换为CPU可识别和处理的0和1这样的有效数据。例如，通讯模块4可采用WIZNET公司的以太网传输芯片。通讯模块4与边缘计算模块5通信连接，经数字信号处理模块3处理后的数字信号由通讯模块4以TCP/IP协议传输给边缘计算模块5。

图2为边缘计算模块5的结构示意图，如图2所示，边缘计算模块5包括第一LAN接口501、第二LAN接口502、板载CPU 503、FLASH存储单元504、解析单元505、内存单元506、第一板载网卡接口507和第二板载网卡接口508。第一LAN接口501、第一板载网卡接口507、板载CPU 503、内存单元506、第二板载网卡接口508、第二LAN接口502依次顺序电性相连。板载CPU 503的输出端分别与内存单元506、FLASH存储单元504和解析单元505的输入端电性相连。

LAN接口即局域网接口，本申请中，边缘计算模块5通过第一LAN接口501与通讯模块4通信连接，使边缘计算模块5可以接收通讯模块4传输的声纹数据。

第一板载网卡接口507与第二板载网卡接口508用来插入局域网网卡，本实施例中，第一板载网卡接口507与第二板载网卡接口508均为10/100/1000Mbps自适应网卡接口，可插入10/100/1000Mbps自适应网卡。自适应网卡是具有一定智能性的以太网卡，可以自动适应远端网络设备(集线器或交换机)，根据网络连接对象的速度，自动确定应该在10Mbps、100Mbps还是100Mbps的传输速度下工作，适用于工作站、服务器、数据中心等工作环境。

板载CPU 503是安装在主板上的中央处理器，用来处理指令、执行操作、控制时间和处理数据。本实施例中，板载CPU 503可采用Arm(Advanced RISC Machines，高级维处理器)CPU，Arm CPU采用精简指令集，体积小、功耗低、性能高，支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集，可兼容8位/16位器件，指令执行速度快。通过对板载CPU503进行设置，可对接收到的声纹数据进行处理。

FLASH存储单元504主要用于数据存储，在没有电流供应的条件下也能够长久地保持数据，其存储特性相当于硬盘。FLASH存储单元504具有记忆能力，它可以作为缓存或直接存储的底层设备，用来预防断电时的数据丢失。本实施例中，可采用EMMC(Embedded MultiMedia Card，嵌入式多媒体卡)作为FLASH存储单元。EMMC带有MMC(Multi Media Card，多媒体卡)接口、快闪存储器设备及主控制器，接口速度可达每秒400MBytes，接口电压为1.8V或者是3.3V，具有电源管理、时钟管理、数据存取等功能。

解析单元505用来接收板载CPU 503提供的命令请求，解析命令行参数，可对板载CPU 503的请求内容进行处理。

内存单元506用来与板载CPU 503之间进行数据的交换处理，将内存单元506作为数据的缓存区，拥有高速缓存区，有利于板载CPU 503处理数据的速度。本实施例中，内存单元506可采用DDR3L SO-DIMM内存，DDR3(Dual Date Rate，双倍速率存储)内存容量大，DIMM(Dual Inline Memory Module，双列直插内存模块)提供64位的数据通道，可使内存单元506与板载CPU 503具有良好的适配性。

如图2所示，边缘计算模块5还包括散热单元509，散热单元509与板载CPU 503电性连接，使板载CPU 503可控制散热单元509，当板载CPU 503开始工作时，散热单元509即会自动工作，辅助板载CPU 503散热，以防板载CPU 503温度过高，烧坏主板。

边缘计算模块5通过板载CPU 503的处理，将接收到的声纹数据进行特征提取、滤波和积分计算等，转换成相应特征频率参数，连同声纹原始信号同时进行输出。本实施例中，边缘计算模块5可采用带Linux操作系统的工控机。

如图1所示，本申请提供的基于边缘计算的声纹信号采集与传输装置还包括传输模块6，传输模块6通过第二LAN接口502与边缘计算模块5通信连接，可接收边缘计算模块5处理后的声纹数据和原始声纹信号，并将处理后的声纹数据和原始声纹信号传输至云平台。本实施例中，传输模块6采用网络路由器，与云平台之间通过无线信号进行传输，无需连线即可完成声纹数据和原始声纹信号的传输。

由以上实施例可知，本申请实施例提供一种基于边缘计算的声纹信号采集与传输装置，包括电源模块1、检测模块2、数字信号处理模块3、通讯模块4、边缘计算模块5和传输模块6。电源模块1为检测模块2、数字信号处理模块3和通讯模块4供电，检测模块2可采集声纹信号，数字信号处理模块3可对接收到的数字信号进行处理，通讯模块4可将处理后的数字信号传输给边缘计算模块5，边缘计算模块5可将声纹数据进行计算处理，传输模块6用来将计算的结果进行传输。本申请提供的基于边缘计算的声纹信号采集与传输装置可提高声纹传感器模拟信号输出的抗干扰能力，减轻云平台的计算压力，传输速率高、边缘计算能力强，通过无线网络传输解决声纹采集装置存在的布线困难、施工周期长的问题。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于边缘计算的声纹信号采集与传输装置，其特征在于，包括电源模块(1)、检测模块(2)、数字信号处理模块(3)、通讯模块(4)、边缘计算模块(5)和传输模块(6)；其中，所述电源模块(1)的输出端分别与所述检测模块(2)、所述数字信号处理模块(3)、所述通讯模块(4)的输入端电性相连；所述检测模块(2)的输出端与所述数字信号处理模块(3)的输入端电性相连，所述数字信号处理模块(3)的输出端与所述通讯模块(4)的输入端电性相连；所述边缘计算模块(5)分别与所述通讯模块(4)和所述传输模块(6)通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的声纹信号采集与传输装置，其特征在于，所述电源模块(1)包括防反接电路、DC-DC电路和LDO电路，所述防反接电路、所述DC-DC电路和所述LDO电路依次串联连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的声纹信号采集与传输装置，其特征在于，所述边缘计算模块(5)包括板载CPU(503)、FLASH存储单元(504)、解析单元(505)和内存单元(506)；所述板载CPU(503)的输出端分别与所述内存单元(506)、所述FLASH存储单元(504)和所述解析单元(505)的输入端电性相连。

4.根据权利要求3所述的一种基于边缘计算的声纹信号采集与传输装置，其特征在于，所述边缘计算模块(5)还包括第一LAN接口(501)和第二LAN接口(502)，所述第一LAN接口(501)与所述通讯模块(4)通信连接，所述第二LAN接口(502)与所述传输模块(6)通信连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于边缘计算的声纹信号采集与传输装置，其特征在于，所述边缘计算模块(5)还包括第一板载网卡接口(507)和第二板载网卡接口(508)，所述第一板载网卡接口(507)分别与所述板载CPU(503)、所述第一LAN接口(501)电性相连，所述第二板载网卡接口(508)分别与所述内存单元(506)、所述第二LAN接口(502)电性相连。

6.根据权利要求3所述的一种基于边缘计算的声纹信号采集与传输装置，其特征在于，所述边缘计算模块(5)还包括散热单元(509)，所述散热单元(509)与所述板载CPU(503)电性连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的声纹信号采集与传输装置，其特征在于，所述通讯模块(4)采用以太网进行通信。

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