有害動(dòng)物智能聲防系統中音頻控制子系統的研制
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1 智能聲防系統原理
如圖1所示，智能聲防系統的結構分為3層，底層是帶有熱釋電傳感器的探測節點(diǎn)，負責探測有害動(dòng)物在農田中出沒(méi)的位置；中間層為執行器節點(diǎn)，負責存儲、播放聲防音頻文件；上層是總控制器，負責監控整個(gè)系統的運行。系統的各層之間以無(wú)線(xiàn)方式進(jìn)行通信?？偪刂破鞫〞r(shí)采集環(huán)境信息（如溫度、光照），結合農田地理位置、作物種類(lèi)等信息，并通過(guò)查詢(xún)內部數據庫，以當時(shí)最有可能出沒(méi)的2種有害動(dòng)物作為聲防目標，然后定時(shí)發(fā)送給執行器節點(diǎn)。執行器節點(diǎn)有觸發(fā)、隨機2種工作模式。觸發(fā)模式下，探測節點(diǎn)探測到有害動(dòng)物后，向相距最近的執行器節點(diǎn)發(fā)出命令。執行器節點(diǎn)根據最近更新的聲防目標播放對應的音頻文件。隨機模式下，執行器節點(diǎn)根據定時(shí)更新的聲防目標自動(dòng)播放聲防音頻文件。每次播放前，都會(huì )在工作參數確定的時(shí)間范圍內隨機產(chǎn)生一個(gè)間隔時(shí)間，并按其進(jìn)行延時(shí)，以使聲防系統中不同執行器節點(diǎn)在執行聲防時(shí)具有隨機性，從而降低有害動(dòng)物對聲防系統的適應性。
執行器節點(diǎn)由無(wú)線(xiàn)通信模塊、音頻控制子系統、揚聲器以及供電模塊等組成。除音頻控制子系統外，其他功能模塊均采用成熟產(chǎn)品。
執行器節點(diǎn)的主要功能由音頻控制子系統完成，按實(shí)現功能考慮，其應包括大容量高保真數字音頻信號存儲、解碼輸出及多種播放模式選控等。為達到高保真的音質(zhì)要求，聲防音頻信號的采樣率選為44 kHz，采樣位數確定為16 bit，其存儲格式采用能較好兼顧壓縮比和音質(zhì)的MP3格式；為方便聲防音頻文件的升級，存儲器選用了方便熱插拔的SD卡或U盤(pán)。
現有的音頻解碼方案有硬件解碼和軟件解碼2類(lèi)。常用的硬件解碼芯片有ST公司的ST016、SANYO公司的LC82310G等，使用時(shí)常配以單片機實(shí)現控制功能。為方便開(kāi)發(fā)，已有廠(chǎng)商研制出將硬件解碼器和單片機以及其他外圍器件集成在一起的SoC芯片，如ATMEL公司的AT89C51SND1。
軟件解碼方案主要基于DSP平臺和ARM平臺構建，其中ARM平臺可搭配嵌入式操作系統，能較好地管理和支持底層硬件設備，且有大量開(kāi)源解碼軟件可供選擇，軟件移植比DSP平臺相對容易。
2 方案1的構建及實(shí)現
2.1 方案1的硬件構成及實(shí)現
音頻控制子系統的“單片機+硬件解碼”構建與使用單獨的硬件解碼芯片配合其他控制芯片相比，SoC芯片在電路結構和開(kāi)發(fā)成本上均有較大優(yōu)勢。AT89C51SND1是MP3解碼應用中使用最多的SoC芯片之一。它實(shí)質(zhì)上是一款集成了DSP硬件解碼器的C51單片機，提供有USB DEVICE、SPI等設備接口，且有54個(gè)I/O口供用戶(hù)使用?；贏(yíng)T89C51SND1構成音頻控制子系統的硬件結構見(jiàn)圖2。
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