有害動物智能聲防系統(tǒng)中音頻控制子系統(tǒng)的研制
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1 智能聲防系統(tǒng)原理
如圖1所示，智能聲防系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為3層，底層是帶有熱釋電傳感器的探測節(jié)點，負責探測有害動物在農(nóng)田中出沒的位置；中間層為執(zhí)行器節(jié)點，負責存儲、播放聲防音頻文件；上層是總控制器，負責監(jiān)控整個系統(tǒng)的運行。系統(tǒng)的各層之間以無線方式進行通信。總控制器定時采集環(huán)境信息（如溫度、光照），結(jié)合農(nóng)田地理位置、作物種類等信息，并通過查詢內(nèi)部數(shù)據(jù)庫，以當時最有可能出沒的2種有害動物作為聲防目標，然后定時發(fā)送給執(zhí)行器節(jié)點。執(zhí)行器節(jié)點有觸發(fā)、隨機2種工作模式。觸發(fā)模式下，探測節(jié)點探測到有害動物后，向相距最近的執(zhí)行器節(jié)點發(fā)出命令。執(zhí)行器節(jié)點根據(jù)最近更新的聲防目標播放對應的音頻文件。隨機模式下，執(zhí)行器節(jié)點根據(jù)定時更新的聲防目標自動播放聲防音頻文件。每次播放前，都會在工作參數(shù)確定的時間范圍內(nèi)隨機產(chǎn)生一個間隔時間，并按其進行延時，以使聲防系統(tǒng)中不同執(zhí)行器節(jié)點在執(zhí)行聲防時具有隨機性，從而降低有害動物對聲防系統(tǒng)的適應性。
執(zhí)行器節(jié)點由無線通信模塊、音頻控制子系統(tǒng)、揚聲器以及供電模塊等組成。除音頻控制子系統(tǒng)外，其他功能模塊均采用成熟產(chǎn)品。
執(zhí)行器節(jié)點的主要功能由音頻控制子系統(tǒng)完成，按實現(xiàn)功能考慮，其應包括大容量高保真數(shù)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(shù)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。
現(xiàn)有的音頻解碼方案有硬件解碼和軟件解碼2類。常用的硬件解碼芯片有ST公司的ST016、SANYO公司的LC82310G等，使用時常配以單片機實現(xiàn)控制功能。為方便開發(fā)，已有廠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(gòu)建，其中ARM平臺可搭配嵌入式操作系統(tǒng)，能較好地管理和支持底層硬件設備，且有大量開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(gòu)建及實現(xiàn)
2.1 方案1的硬件構(gòu)成及實現(xiàn)
音頻控制子系統(tǒng)的“單片機+硬件解碼”構(gòu)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(jié)構(gòu)和開發(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I/O口供用戶使用。基于AT89C51SND1構(gòu)成音頻控制子系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)見圖2。
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