一種基于聲信號(hào)的車(chē)輛碰撞檢測(cè)裝置

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(xiàn)交通事故的發(fā)生并報(bào)警，可有效地減少交通事故的傷亡率。
現(xiàn)階段，減少交通事故傷害主要通過(guò)使用交通事故檢測(cè)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要分為基于磁頻信號(hào)、基于波譜信號(hào)和基于視頻信號(hào)的車(chē)輛檢測(cè)裝置。各種檢測(cè)裝置采用包括攝像頭、超聲波或微波等來(lái)檢測(cè)交通事件，主要是處理宏觀的交通流信息，這種間接的檢測(cè)技術(shù)存在識(shí)別率不高、延遲時(shí)間長(zhǎng)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://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/聲信號(hào)">聲信號(hào)來(lái)檢測(cè)車(chē)輛事故，可以實(shí)時(shí)獲得事故現(xiàn)場(chǎng)信息并報(bào)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(shí)別成功率上也可相對(duì)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(cè)車(chē)輛事故，得到了很好的識(shí)別效果。吉林大學(xué)的陳強(qiáng)等人利用該方法分析車(chē)輛噪聲并分類(lèi)，可以區(qū)分出各類(lèi)不同車(chē)輛的碰撞信息。但以上算法的設(shè)計(jì)都是基于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)分析，沒(méi)有在該理論的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出實(shí)際的硬件裝置，而且在算法的
準(zhǔn)確性上也有待進(jìn)一步改進(jìn)。因此設(shè)計(jì)一種實(shí)時(shí)性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高的車(chē)輛碰撞聲檢測(cè)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(shí)別方法分析車(chē)輛噪聲信號(hào)，設(shè)計(jì)了一種基于DSP的車(chē)輛碰撞聲檢測(cè)裝置，該裝置能有效檢測(cè)車(chē)輛碰撞事件，實(shí)現(xiàn)交通事故的自動(dòng)識(shí)別。相對(duì)于已有交通事故檢測(cè)裝置具有識(shí)別率高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，而且價(jià)格較低。

1 硬件設(shè)計(jì)
我們?cè)O(shè)計(jì)的碰撞檢測(cè)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(hào)，傳感器輸出的電信號(hào)經(jīng)放大電路放大后，傳入聲音采集芯片的模擬信號(hào)輸入端。聲音采集芯片將模擬信號(hào)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)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(chǔ)器模塊和DSP模塊相連，用于儲(chǔ)存需要處理的數(shù)據(jù)和固化的代碼數(shù)據(jù)，并為DSP模塊運(yùn)算時(shí)提供臨時(shí)存儲(chǔ)空間。報(bào)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(cè)到車(chē)輛發(fā)生碰撞事故，報(bào)警模塊就向外發(fā)送報(bào)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(hào)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(xiàn)采樣。聲音傳感器將采集到的模擬信號(hào)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，可以滿足包括噪聲信號(hào)在內(nèi)的聲音信號(hào)的采集要求。AIC23對(duì)采集到的模擬信號(hào)進(jìn)行雙聲道立體聲A／D轉(zhuǎn)換，可以在8kHz-96kHz的采樣率下提供16bit、20bit、24bit和32bit的采樣數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)將外部聲信號(hào)以32kHz采樣頻率采集，每秒采集32000個(gè)聲音數(shù)據(jù)，并將采集數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度設(shè)為16bit，這樣A／D轉(zhuǎn)換之后模擬信號(hào)變成了16位的數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)之后，AIC23將數(shù)據(jù)傳輸給DSP模塊，供DSP模塊作下一步處理。
本系統(tǒng)將AIC23的MODE引腳設(shè)置為O，控制接口設(shè)置為I2C的工作方式，AIC23與DSP模塊的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。