一種基于聲信號的車(chē)輛碰撞檢測裝置研究與設計

0 引言

　　交通事故傷害已日益成為威脅人類(lèi)生命安全的一種世界性公害。及時(shí)發(fā)現交通事故的發(fā)生并報警，可有效地減少交通事故的傷亡率。

　　現階段，減少交通事故傷害主要通過(guò)使用交通事故檢測裝置來(lái)實(shí)現，主要分為基于磁頻信號、基于波譜信號和基于視頻信號的車(chē)輛檢測裝置。各種檢測裝置采用包括攝像頭、超聲波或微波等來(lái)檢測交通事件，主要是處理宏觀(guān)的交通流信息，這種間接的檢測技術(shù)存在識別率不高、延遲時(shí)間長(cháng)的缺點(diǎn)，使得交通事故發(fā)生后難以得到及時(shí)有效的救助。

　　由于交通事故發(fā)生時(shí)會(huì )產(chǎn)生很大的碰撞聲，而碰撞聲和其它聲音的頻譜不一樣，通過(guò)采集并分析車(chē)輛周?chē)?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/聲信號">聲信號來(lái)檢測車(chē)輛事故，可以實(shí)時(shí)獲得事故現場(chǎng)信息并報警，因此在即時(shí)性上比交通流分析方法好，而且在事故的識別成功率上也可相對提高。Yunlong Zhang提出了利用小波變換分析車(chē)輛聲音的方法來(lái)檢測車(chē)輛事故，得到了很好的識別效果。吉林大學(xué)的陳強等人利用該方法分析車(chē)輛噪聲并分類(lèi)，可以區分出各類(lèi)不同車(chē)輛的碰撞信息。但以上算法的設計都是基于計算機的數據分析，沒(méi)有在該理論的基礎上設計出實(shí)際的硬件裝置，而且在算法的準確性上也有待進(jìn)一步改進(jìn)。因此設計一種實(shí)時(shí)性強、準確性高的車(chē)輛碰撞聲檢測硬件裝置具有很高的實(shí)用價(jià)值。

　　本文采用小波分析和模式識別方法分析車(chē)輛噪聲信號，設計了一種基于DSP的車(chē)輛碰撞聲檢測裝置，該裝置能有效檢測車(chē)輛碰撞事件，實(shí)現交通事故的自動(dòng)識別。相對于已有交通事故檢測裝置具有識別率高、實(shí)時(shí)性強的優(yōu)點(diǎn)，而且價(jià)格較低。

1 硬件設計

　　我們設計的碰撞檢測裝置的原理框圖如圖1所示，首先采用聲音傳感器采集各種聲音信號，傳感器輸出的電信號經(jīng)放大電路放大后，傳入聲音采集芯片的模擬信號輸入端。聲音采集芯片將模擬信號進(jìn)行A／D轉換后，送到DSP模塊做進(jìn)一步處理。DSP模塊實(shí)時(shí)地處理所采集到的聲音信息，判斷是否有車(chē)輛碰撞事故發(fā)生。存儲器模塊和DSP模塊相連，用于儲存需要處理的數據和固化的代碼數據，并為DSP模塊運算時(shí)提供臨時(shí)存儲空間。報警模塊和通訊模塊與外部救援中心相通訊，一旦DSP模塊檢測到車(chē)輛發(fā)生碰撞事故，報警模塊就向外發(fā)送報警信息。下面分別介紹主要模塊功能。

　　1．1 聲音采集模塊

　　聲音采集模塊使用電容式聲音傳感器，采樣頻率為30Hz～18kHz，由于車(chē)輛噪聲信號的頻率一般不會(huì )超過(guò)10kHz，所以該聲音傳感器可很好的實(shí)現采樣。聲音傳感器將采集到的模擬信號送入放大電路放大后傳送到聲音采集芯片。

　　聲音采集芯片采用TLV320AIC23B(簡(jiǎn)稱(chēng)AIC23)，它是TI公司的一款高性能立體聲音頻編解碼器芯片，具有48kHz帶寬，可以滿(mǎn)足包括噪聲信號在內的聲音信號的采集要求。AIC23對采集到的模擬信號進(jìn)行雙聲道立體聲A／D轉換，可以在8kHz-96kHz的采樣率下提供16bit、20bit、24bit和32bit的采樣數據。本系統將外部聲信號以32kHz采樣頻率采集，每秒采集32000個(gè)聲音數據，并將采集數據的長(cháng)度設為16bit，這樣A／D轉換之后模擬信號變成了16位的數字信號。模擬信號轉化為數字信號之后，AIC23將數據傳輸給DSP模塊，供DSP模塊作下一步處理。

　　本系統將AIC23的MODE引腳設置為O，控制接口設置為I2C的工作方式，AIC23與DSP模塊的數據傳輸接口使用的是DSP模式。這樣DSP模塊就可以控制AIC23協(xié)同工作，并接收AIC23采集到的數據。

　　1．2 DSP模塊

　　DSP模塊是整個(gè)系統的核心，完成音頻信號的采集、控制、存儲、處理以及與外界通訊等功能。選用的是TI公司生產(chǎn)的DSP芯片TMS320V-C5509(簡(jiǎn)稱(chēng)VC5509)，它是一款性?xún)r(jià)比極高的16位定點(diǎn)DSP，具有多個(gè)高性能運算單元，系統時(shí)鐘為144MHz，指令運算速度高達1OOMMACS，而且提供豐富的片上擴展接口。

　　VC5509有兩個(gè)多通道緩沖串行口(McBSP)，McBSP具有與標準串行接口相同的基本功能，并在標準串行接口的基礎之上對功能進(jìn)行了擴展。本系統使用的語(yǔ)音采集芯片AIC23就通過(guò)McBSP和DSP相連接，其連接示意圖如圖2所示。其中CLKX為發(fā)送時(shí)鐘，CLKR為接收時(shí)鐘，它們都和AIC23的系統時(shí)鐘BCLK相連。FSX和FSR實(shí)現發(fā)送和接收的幀同步，對應AIC23的LRCIN和LRCOUT引腳。數據發(fā)送引腳DX和數據接收引腳DR分別與AIC23的DIN和DOUT相連，完成串行數據發(fā)送和接收操作。

　　VC5509還包含6個(gè)可編程的DMA通路，DMA控制器可以無(wú)需CPU介入而在內部存儲器、外部存儲器和芯片上外設之間傳輸數據，當操作完成之后，DMA控制器可向CPU發(fā)出中斷請求信號。該系統使用了一個(gè)DMA通道0，從數據采集模塊讀入數據并寫(xiě)入外部存儲器的特定位置。當數據采集滿(mǎn)了之后，DMA控制器將產(chǎn)生中斷，控制DSP執行數據處理程序。DMA的使用減少了系統中斷次數，明顯提高了系統的運行速度。