一种适用于国内机场飞行区驱鸟的数字驱鸟系统的制作方法
专利名称：一种适用于国内机场飞行区驱鸟的数字驱鸟系统的制作方法
技术领域：
本发明属于电子、通信与自动控制技术领域。
背景技术：
当前，随着各个应用领域对智能设备的需求迅速增长，嵌入式系统的开发已逐渐成为软硬件领域的研究热点。嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础，采用“量体裁衣”的方式把所需的功能嵌入到各种应用系统中，它融合了计算机软/硬件技术、通信技术和半导体微电子技术，是信息技术IT的最终产品。语音处理技术是建立在语音学和数字信号处理基础之上的，对语音信号模型进行分析、存储(编码)、传输、识别和合成等方面研究的一门综合性学科。其中，语音存储技术的核心是语音编码技术。除七八十年代PCM(脉冲编码调制)、ADPCM(自适应差分脉冲编码调制)、AM(增量调制)、LPC(线性预测编码)和ME-LPC(多脉冲激励线性预测编码)已经取得较大进展之外，近几年又出现了更好的编码算法，语音存储技术正在向高速率、高质量、大容量发展。采用嵌入式技术对高速的语音信号进行实时处理，再加上日臻成熟的语音信号处理算法，充分实现了嵌入式技术和语音处理技术的完美结合。
发明内容
本发明的目的就是提供一种降低机场鸟类撞机事件的概率和次数，保障飞行安全、提高安全系数的适用于国内机场飞行区驱鸟的数字驱鸟系统。
本发明的技术解决方案是，录制鸟类图像和声音，使用线编设备分离声音，通过声音采集建立对常见鸟类具有明显驱鸟效果的驱鸟音频库。将驱鸟声音转换为利于采用音频压缩算法的.Wav音频格式。通过嵌入式系统板解决与语音芯片接口的问题，完成对语音信号的采集、压缩、数字滤波并将之存储到语音电路板，同时完成数模转换，将数字语音输出到功率放大电路。功率放大电路采用宽频20Hz-5KHz的数字宽频放大器完成对智能数字驱鸟器的功率放大。
一种适用于国内机场飞行区驱鸟的数字驱鸟系统，由硬件和软件两部分构成。
a.本发明的硬件部分驱鸟器由键盘1、MCU/SPCE061A 2、高速D/A 3、闪存/SPR4096 4、宽频功放5和喇叭6构成，整个驱鸟器系统以MCU/SPCE061A 2为核心，键盘1通过IOA0、IOA1、IOA2与MCU/SPCE061A 2相连，外扩的存储器闪存/SPR4096 4通过IOB0、IOB1与MCU/SPCE061A 2相连，高速D/A 3连接到MCU/SPCE061A 2的DAC，宽频功放5接在高速D/A 3的输出端，喇叭6接在宽频功放5的输出端；b.使用驱鸟器进行驱鸟的方法是，首先对整个驱鸟芯片系统进行初始化，完成对系统硬件的基本设置，包括设置默认的工作方式及状态，然后开始对键盘进行周期性扫描，如果无按键被按下，则采用我们默认的工作方式播放语音，存储20多种对鸟类有明显驱鸟效果的声音，并按季节分为4组，不同季节播放不同的声音组合。在播放驱鸟声音时，采用大于2∶1的方案，即如果播放的是6秒的驱鸟声音，播放完毕后就休息12-20秒，然后接着播放另一首声音，这样的目的就是满足宽频功放长时间稳定工作的要求。采用2Hz定时中断方式对每种组合进行循环播放，全天工作13个小时。如果有按键被按下，根据按键我们可以调整语音播放的时间间隔及播放次数。
播放语音主程序工作过程描述首先进行语音播放初始化，主要完成对手动工作方式、定时器、中断和DAC等的初始化设置。然后判断语音队列是否满，如果没有满，则获取语音资源并填充到语音队列；如果语音队列满了，判断是否到语音的结束地址，是的话就停止放音，否则解码获取数据并播放，最后等待播放完毕，结束整个程序。
语音播放中断服务子程序工作工程描述在完成语音播放初始化之后，等待FIQ是否是TimerA中断，如果是的话，清中断状态并从播放队列取出数据送DAC输出，然后寄存器组出栈，中断返回。如果不是TimerA中断，则只清中断状态，对寄存器组进行出栈操作，中断返回。
本发明的有益效果是，驱除机场飞行区草坪的各种鸟类，大大降低机场鸟类撞机事件的概率和次数，保障飞行安全、提高安全系数，满足民航总局、各机场领导对驱鸟工作的要求，从而提高机场股份公司和航空公司的经济效益。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。
图1是本发明的硬件结构图。
图2是本发明的外扩存储器闪存/SPR4096的工作电路。
图3是本发明的系统软件流程。
图中，1.键盘，2.MCU/SPCE061A，3.高速D/A，4.闪存/SPR4096，5.宽频功放，6.喇叭。
具体实施例方式
1、声音采集和驱鸟音频库的建立声音采集的目的是建立对常见鸟类具有明显驱鸟效果的驱鸟音频库。由鸟类天敌、鸟类的惨叫和惊吓声音组成。采集的过程是将目标声音转换为数字音频编码的码流。本系统音频格式采用的是.Wav格式，所以需要将目标声音转换为.Wav格式。经过与电声学家的探讨，为获取尽可能高的信噪比，提高数字语音的语音质量，采取如下方案(1)采用索尼公司的dcom摄像机录制图像和声音。
(2)使用线编设备分离声音。
(3)转换为.wav文件。
2.嵌入式系统板的硬件结构，采用SPCE061A作为嵌入式系统板的核心微处理器，搭构了一个完整的单片机系统，包括微处理器(MCU)，闪存(Flash RAM)，键盘，功率放大器和喇叭。利用凌阳SPCE061A 16位单片机的语音处理功能，对存储在闪存中的语音资源进行播放，并能根据按键随时调节播放时间和顺序，单片机解码后的语音信号从高速D/A口输出，通过设计的宽频功率放大器驱动喇叭放音。
3、语音的存储电路的设计采用外扩存储器SPR4096 Flash RAM作为语音文件存储介质。SPR4096内含512K×8bit FlashRAM和4K×8bit SRAM，512K×8bitsFLASH，共分为256扇区，每扇区2k字节，通信接口采用串行方式，内部有VDDI、VDDQ两种电源，其中VDDI(2.25V～2.75V)作为内部Flash Memory和逻辑控制块的电源，VDDQ(2.25～3.6)作为I/O口电源，最大支持时钟5MHz。
4.采用子带压缩算法对数码格式的驱鸟声音进行压缩。
考虑到嵌入式语音系统的存储器容量，采用子带压缩算法对数码格式的驱鸟声音进行压缩。子带压缩算法指的是凌阳音频压缩算法SACM_A2000，该压缩算法压缩比较小，为8∶1，所以具有高质量、高码率的特点，适用于高保真音乐和语音。
5.编制D/A、编码、解码程序模块通过深入研究、剖析SPCE061A的硬件结构、指令系统及所提供的API函数库，编制适合驱鸟芯片系统的D/A、编解码、滤波程序模块。
6.软件的设计与实现主程序流程如图所示，程序用汇编语言和C语言编写。软件系统中功能模块主要包括四个，语音压缩模块、语音存储模块、定时模块和声音播放模块，分别介绍如下。
(1)语音压缩与解码模块由于采集的声音为数字音源，占用资源较多，所以必须对声音压缩后才能存储到语音芯片之中。解码是将数字语音恢复到相应的PCM格式，为使声音应该具有较高信噪比，在这个模块加入了数字滤波的程序。
(2)数据存储模块为了实现驱鸟声音的多样化，本项目建立了语音资源库，通过数据存储模块，可以把压缩编码后的语音资料存储在外扩的大容量闪速存储芯片中，这样可以很方便地通过程序控制进行有选择的播放。
(3)定时模块定制了声音播放的长短和间隔，模块中编制了多个定时程序可以通过调用灵活控制驱鸟声音的播放方式。
(4)声音播放模块主要功能是决定对存储在语音芯片的驱鸟声音的调用方式，并调用定时模块进行间隔播放和随机播放。高速和高精度保证了转换后的信号的质量和平滑性。
附表1为驱鸟芯片参数列表。
附表1
权利要求
1.一种适用于国内机场飞行区驱鸟的数字驱鸟系统，其特征在于，a.本发明的硬件部分驱鸟器由键盘(1)、MCU/SPCE061A(2)、高速D/A(3)、闪存/SPR4096(4)、宽频功放(5)和喇叭(6)构成，整个驱鸟器系统以MCU/SPCE061A(2)为核心，键盘(1)通过IOA0、IOA1、IOA2与MCU/SPCE061A(2)相连，外扩的存储器闪存/SPR4096(4)通过IOB0、IOB1与MCU/SPCE061A(2)相连，高速D/A(3)连接到MCU/SPCE061A(2)的DAC，宽频功放(5)接在高速D/A(3)的输出端，喇叭(6)接在宽频功放(5)的输出端；b.使用驱鸟器进行驱鸟的方法是，首先对整个驱鸟芯片系统进行初始化，然后开始对键盘进行周期性扫描，最后播放语音；播放语音主程序工作过程是首先进行语音播放初始化，完成对手动工作方式、定时器、中断和DAC等的初始化设置，然后判断语音队列是否满，如果没有满，则获取语音资源并填充到语音队列；如果语音队列满了，判断是否到语音的结束地址，是的话就停止放音，否则解码获取数据并播放，最后等待播放完毕，结束整个程序。
2.根据权利要求1所述的一种适用于国内机场飞行区驱鸟的数字驱鸟系统，其特征在于，对键盘进行周期性扫描时，无按键被按下，则在播放驱鸟声音时，采用大于2∶1的方案，即播放的是6秒的驱鸟声音，播放完毕后就休息12-20秒，然后接着播放另一首声音，采用2Hz定时中断方式对每种组合进行循环播放，全天工作13个小时。
3.根据权利要求1所述的一种适用于国内机场飞行区驱鸟的数字驱鸟系统，其特征在于，对键盘进行周期性扫描时，有按键被按下，根据按键要求调整语音播放的时间间隔及播放次数。
4.根据权利要求1所述的一种适用于国内机场飞行区驱鸟的数字驱鸟系统，其特征在于，语音播放中断服务子程序工作工程是在完成语音播放初始化之后，等待FIQ是否是TimerA中断，如果是的话，清中断状态并从播放队列取出数据送DAC输出，然后寄存器组出栈，中断返回；如果不是TimerA中断，则只清中断状态，对寄存器组进行出栈操作，中断返回。
全文摘要
一种适用于国内机场飞行区驱鸟的数字驱鸟系统属于电子、通信与自动控制技术领域。本发明的硬件部分驱鸟器以MCU/SPCE061A为核心，由键盘、MCU/SPCE061A、高速D/A、闪存/SPR4096、宽频功放和喇叭构成；录制鸟类图像和声音，使用线编设备分离声音，通过声音采集建立对常见鸟类具有明显驱鸟效果的驱鸟音频库。将驱鸟声音转换为利于采用音频压缩算法的Wav.音频格式。通过嵌入式系统板解决与语音芯片接口的问题，完成对语音信号的采集、压缩、数字滤波并将之存储到语音电路板，同时完成数模转换，将数字语音输出到功率放大电路。本发明的有益效果是，驱除机场飞行区鸟类，保障飞行安全，适用于机场驱鸟等领域。
文档编号A01M29/16GK1860869SQ20061004672
公开日2006年11月15日 申请日期2006年5月25日 优先权日2006年5月25日
发明者宋利民 申请人:大连海事大学
技术领域：
本发明属于电子、通信与自动控制技术领域。
背景技术：
当前，随着各个应用领域对智能设备的需求迅速增长，嵌入式系统的开发已逐渐成为软硬件领域的研究热点。嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础，采用“量体裁衣”的方式把所需的功能嵌入到各种应用系统中，它融合了计算机软/硬件技术、通信技术和半导体微电子技术，是信息技术IT的最终产品。语音处理技术是建立在语音学和数字信号处理基础之上的，对语音信号模型进行分析、存储(编码)、传输、识别和合成等方面研究的一门综合性学科。其中，语音存储技术的核心是语音编码技术。除七八十年代PCM(脉冲编码调制)、ADPCM(自适应差分脉冲编码调制)、AM(增量调制)、LPC(线性预测编码)和ME-LPC(多脉冲激励线性预测编码)已经取得较大进展之外，近几年又出现了更好的编码算法，语音存储技术正在向高速率、高质量、大容量发展。采用嵌入式技术对高速的语音信号进行实时处理，再加上日臻成熟的语音信号处理算法，充分实现了嵌入式技术和语音处理技术的完美结合。
发明内容
本发明的目的就是提供一种降低机场鸟类撞机事件的概率和次数，保障飞行安全、提高安全系数的适用于国内机场飞行区驱鸟的数字驱鸟系统。
本发明的技术解决方案是，录制鸟类图像和声音，使用线编设备分离声音，通过声音采集建立对常见鸟类具有明显驱鸟效果的驱鸟音频库。将驱鸟声音转换为利于采用音频压缩算法的.Wav音频格式。通过嵌入式系统板解决与语音芯片接口的问题，完成对语音信号的采集、压缩、数字滤波并将之存储到语音电路板，同时完成数模转换，将数字语音输出到功率放大电路。功率放大电路采用宽频20Hz-5KHz的数字宽频放大器完成对智能数字驱鸟器的功率放大。
一种适用于国内机场飞行区驱鸟的数字驱鸟系统，由硬件和软件两部分构成。
a.本发明的硬件部分驱鸟器由键盘1、MCU/SPCE061A 2、高速D/A 3、闪存/SPR4096 4、宽频功放5和喇叭6构成，整个驱鸟器系统以MCU/SPCE061A 2为核心，键盘1通过IOA0、IOA1、IOA2与MCU/SPCE061A 2相连，外扩的存储器闪存/SPR4096 4通过IOB0、IOB1与MCU/SPCE061A 2相连，高速D/A 3连接到MCU/SPCE061A 2的DAC，宽频功放5接在高速D/A 3的输出端，喇叭6接在宽频功放5的输出端；b.使用驱鸟器进行驱鸟的方法是，首先对整个驱鸟芯片系统进行初始化，完成对系统硬件的基本设置，包括设置默认的工作方式及状态，然后开始对键盘进行周期性扫描，如果无按键被按下，则采用我们默认的工作方式播放语音，存储20多种对鸟类有明显驱鸟效果的声音，并按季节分为4组，不同季节播放不同的声音组合。在播放驱鸟声音时，采用大于2∶1的方案，即如果播放的是6秒的驱鸟声音，播放完毕后就休息12-20秒，然后接着播放另一首声音，这样的目的就是满足宽频功放长时间稳定工作的要求。采用2Hz定时中断方式对每种组合进行循环播放，全天工作13个小时。如果有按键被按下，根据按键我们可以调整语音播放的时间间隔及播放次数。
播放语音主程序工作过程描述首先进行语音播放初始化，主要完成对手动工作方式、定时器、中断和DAC等的初始化设置。然后判断语音队列是否满，如果没有满，则获取语音资源并填充到语音队列；如果语音队列满了，判断是否到语音的结束地址，是的话就停止放音，否则解码获取数据并播放，最后等待播放完毕，结束整个程序。
语音播放中断服务子程序工作工程描述在完成语音播放初始化之后，等待FIQ是否是TimerA中断，如果是的话，清中断状态并从播放队列取出数据送DAC输出，然后寄存器组出栈，中断返回。如果不是TimerA中断，则只清中断状态，对寄存器组进行出栈操作，中断返回。
本发明的有益效果是，驱除机场飞行区草坪的各种鸟类，大大降低机场鸟类撞机事件的概率和次数，保障飞行安全、提高安全系数，满足民航总局、各机场领导对驱鸟工作的要求，从而提高机场股份公司和航空公司的经济效益。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。
图1是本发明的硬件结构图。
图2是本发明的外扩存储器闪存/SPR4096的工作电路。
图3是本发明的系统软件流程。
图中，1.键盘，2.MCU/SPCE061A，3.高速D/A，4.闪存/SPR4096，5.宽频功放，6.喇叭。
具体实施例方式
1、声音采集和驱鸟音频库的建立声音采集的目的是建立对常见鸟类具有明显驱鸟效果的驱鸟音频库。由鸟类天敌、鸟类的惨叫和惊吓声音组成。采集的过程是将目标声音转换为数字音频编码的码流。本系统音频格式采用的是.Wav格式，所以需要将目标声音转换为.Wav格式。经过与电声学家的探讨，为获取尽可能高的信噪比，提高数字语音的语音质量，采取如下方案(1)采用索尼公司的dcom摄像机录制图像和声音。
(2)使用线编设备分离声音。
(3)转换为.wav文件。
2.嵌入式系统板的硬件结构，采用SPCE061A作为嵌入式系统板的核心微处理器，搭构了一个完整的单片机系统，包括微处理器(MCU)，闪存(Flash RAM)，键盘，功率放大器和喇叭。利用凌阳SPCE061A 16位单片机的语音处理功能，对存储在闪存中的语音资源进行播放，并能根据按键随时调节播放时间和顺序，单片机解码后的语音信号从高速D/A口输出，通过设计的宽频功率放大器驱动喇叭放音。
3、语音的存储电路的设计采用外扩存储器SPR4096 Flash RAM作为语音文件存储介质。SPR4096内含512K×8bit FlashRAM和4K×8bit SRAM，512K×8bitsFLASH，共分为256扇区，每扇区2k字节，通信接口采用串行方式，内部有VDDI、VDDQ两种电源，其中VDDI(2.25V～2.75V)作为内部Flash Memory和逻辑控制块的电源，VDDQ(2.25～3.6)作为I/O口电源，最大支持时钟5MHz。
4.采用子带压缩算法对数码格式的驱鸟声音进行压缩。
考虑到嵌入式语音系统的存储器容量，采用子带压缩算法对数码格式的驱鸟声音进行压缩。子带压缩算法指的是凌阳音频压缩算法SACM_A2000，该压缩算法压缩比较小，为8∶1，所以具有高质量、高码率的特点，适用于高保真音乐和语音。
5.编制D/A、编码、解码程序模块通过深入研究、剖析SPCE061A的硬件结构、指令系统及所提供的API函数库，编制适合驱鸟芯片系统的D/A、编解码、滤波程序模块。
6.软件的设计与实现主程序流程如图所示，程序用汇编语言和C语言编写。软件系统中功能模块主要包括四个，语音压缩模块、语音存储模块、定时模块和声音播放模块，分别介绍如下。
(1)语音压缩与解码模块由于采集的声音为数字音源，占用资源较多，所以必须对声音压缩后才能存储到语音芯片之中。解码是将数字语音恢复到相应的PCM格式，为使声音应该具有较高信噪比，在这个模块加入了数字滤波的程序。
(2)数据存储模块为了实现驱鸟声音的多样化，本项目建立了语音资源库，通过数据存储模块，可以把压缩编码后的语音资料存储在外扩的大容量闪速存储芯片中，这样可以很方便地通过程序控制进行有选择的播放。
(3)定时模块定制了声音播放的长短和间隔，模块中编制了多个定时程序可以通过调用灵活控制驱鸟声音的播放方式。
(4)声音播放模块主要功能是决定对存储在语音芯片的驱鸟声音的调用方式，并调用定时模块进行间隔播放和随机播放。高速和高精度保证了转换后的信号的质量和平滑性。
附表1为驱鸟芯片参数列表。
附表1
权利要求
1.一种适用于国内机场飞行区驱鸟的数字驱鸟系统，其特征在于，a.本发明的硬件部分驱鸟器由键盘(1)、MCU/SPCE061A(2)、高速D/A(3)、闪存/SPR4096(4)、宽频功放(5)和喇叭(6)构成，整个驱鸟器系统以MCU/SPCE061A(2)为核心，键盘(1)通过IOA0、IOA1、IOA2与MCU/SPCE061A(2)相连，外扩的存储器闪存/SPR4096(4)通过IOB0、IOB1与MCU/SPCE061A(2)相连，高速D/A(3)连接到MCU/SPCE061A(2)的DAC，宽频功放(5)接在高速D/A(3)的输出端，喇叭(6)接在宽频功放(5)的输出端；b.使用驱鸟器进行驱鸟的方法是，首先对整个驱鸟芯片系统进行初始化，然后开始对键盘进行周期性扫描，最后播放语音；播放语音主程序工作过程是首先进行语音播放初始化，完成对手动工作方式、定时器、中断和DAC等的初始化设置，然后判断语音队列是否满，如果没有满，则获取语音资源并填充到语音队列；如果语音队列满了，判断是否到语音的结束地址，是的话就停止放音，否则解码获取数据并播放，最后等待播放完毕，结束整个程序。
2.根据权利要求1所述的一种适用于国内机场飞行区驱鸟的数字驱鸟系统，其特征在于，对键盘进行周期性扫描时，无按键被按下，则在播放驱鸟声音时，采用大于2∶1的方案，即播放的是6秒的驱鸟声音，播放完毕后就休息12-20秒，然后接着播放另一首声音，采用2Hz定时中断方式对每种组合进行循环播放，全天工作13个小时。
3.根据权利要求1所述的一种适用于国内机场飞行区驱鸟的数字驱鸟系统，其特征在于，对键盘进行周期性扫描时，有按键被按下，根据按键要求调整语音播放的时间间隔及播放次数。
4.根据权利要求1所述的一种适用于国内机场飞行区驱鸟的数字驱鸟系统，其特征在于，语音播放中断服务子程序工作工程是在完成语音播放初始化之后，等待FIQ是否是TimerA中断，如果是的话，清中断状态并从播放队列取出数据送DAC输出，然后寄存器组出栈，中断返回；如果不是TimerA中断，则只清中断状态，对寄存器组进行出栈操作，中断返回。
全文摘要
一种适用于国内机场飞行区驱鸟的数字驱鸟系统属于电子、通信与自动控制技术领域。本发明的硬件部分驱鸟器以MCU/SPCE061A为核心，由键盘、MCU/SPCE061A、高速D/A、闪存/SPR4096、宽频功放和喇叭构成；录制鸟类图像和声音，使用线编设备分离声音，通过声音采集建立对常见鸟类具有明显驱鸟效果的驱鸟音频库。将驱鸟声音转换为利于采用音频压缩算法的Wav.音频格式。通过嵌入式系统板解决与语音芯片接口的问题，完成对语音信号的采集、压缩、数字滤波并将之存储到语音电路板，同时完成数模转换，将数字语音输出到功率放大电路。本发明的有益效果是，驱除机场飞行区鸟类，保障飞行安全，适用于机场驱鸟等领域。
文档编号A01M29/16GK1860869SQ20061004672
公开日2006年11月15日 申请日期2006年5月25日 优先权日2006年5月25日
发明者宋利民 申请人:大连海事大学
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