移动式列车接近报警器的软件研制

摘要

声音作为事物的一种属性，已被人们不断认识和研究。通过与不断发展的电子技术相结合，声音识别技术开始给人们的生活和生产中带来便捷和帮助。本课题即通过采集火车在行驶时的轮轨声音，结合DsPIC30F6011A16位单片机来计算列车的声音特征值，研制了一种配合触摸屏操作，具有高的运算速度，抗干扰能力强，方便携带的列车临近报警器。
　　人在路上行走的时候很容易通过声音判断后面行驶过来的是货车还是小汽车或者摩托车。这个因为在人的记忆中已经把这些车辆的特征声音都记住了，当再次听到其中的任何一种就能马上区分出来发出这种声音的是何种车辆。本课题研制的列车临近报警器也基于这个原理:对于要进行识别的火车轮轨声音先建立模板记忆数据库，然后利用模版库里的数据对采集到的声音进行识别和判断，确认是所要的火车轮轨声音。但是列车在不同环境下行驶的声音会有所不同，这就要求的选取的声音特征值在列车不同载重、不同路段等情况下都能有效识别。本课题采用的是长时平均FFT功率谱作为特征值。在程序上采用的是汇编语言，因为汇编语言的工作效率高，对于FFT这种复杂运算可以最大减少运算时间，保证报警器达到报警实时性要求。并对所有编写的程序都采用了MICROCHIP公司的MPLAB编译软件进行了模拟仿真，以确保程序的正确性，硬件电路部分也是分模块进行了调试和验证。
　　首先对列车行驶的声音采集并进行放大、滤波和模数转换处理，然后通过单片机计算其特征值并将其储存建立好模板库。在施工现场使用时，将报警器放置到铁轨上采集轮轨上传来的声音，计算其特征值，并与模板库里的数据进行比对，比对结果达到设定的阀值，即报警器报警，不符合继续采集、计算、比对。该报警器采用触摸屏进行控制和显示，使操作简单明了。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究意义

1．2 国内外相关研究状况

1．3 课题的来源与研究意义

1．4 声音识别的概述及课题的可行性

1．5 课题研究目标、研究内容、拟解决的关键问题：

1．5．1 研究目标

1．5．2 系统主要研究内容

1．5．3 拟解决的关键问题

第二章 列车轮轨声音特征及其分析方法

2．1 声音的特点

2．2 火车轮轨声音的特点

2．2．1 轮轨滚动声

2．2．2 轮轨冲击声

2．2．3 尖啸声

2．3 轮轨声音传播模型

2．4 声音信号的处理方法

2．4．1 对声音信号的时域分析方法

2．4．2 对声音信号的频域分析方法

2．4．3 小波分析法

2．5 音频相似度对比技术

2．6 本章小结

第三章 系统硬件组成及设计

3．1 报警器系统硬件电路设计的总体要求

3．2 主体硬件总体组成设计方案

3．2．1 拾音器

3．2．2 前置放大电路

3．2．3 DsPIC30F6011A单片机

3．2．4 ADC基准的电压模块

3．2．5 电压提升电路

3．2．6 低通滤波电路设计

3．3 触摸屏操作系统

3．4 本章小结

第四章 软件部分设计

4．1 软件部分组成

4．2 MPLAB-IDE编译器简介

4．3 ADC采样及传输程序

4．3．1 在进行ADC采样程序设计时需要注意一下两个问题

4．3．2 A／D转化程序流程图

4．4 快速傅里叶变换(FFT)程序

4．5 混序输出处理程序

4．5．1 位反转代码

4．6 触摸屏与单片机通讯程序设计

4．6．1 通用异步收发器(UART)模块概述

4．6．2 MODBUS协议概述

4．6．3 触摸屏界面功能组成

4．6．4 模板删除界面及相应程序设计

4．6．5 新建模板程序与测试报警程序

4．6．6 中断接受程序

4．7 本章小结

第五章 部分相关实验结果及验证

5．1 快速傅立叶(FFT)计算的相关实验验证

5．1．1 实时性验证

5．1．2 准确性验证

5．2 顺序排列程序的模拟验证

5．3 ADC采样模拟验证

5．4 电压提升电路模块调试

5．5 本章小结

结论

致谢

参考文献