关于声音传感器的研究报告.docx
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关于声音传感器的研究报告
前言
摘要：
无线传感器网络是集成了传感器技术、计算机术和无线通信技术的一种新型的网络。
它是获取外部环境的物理信息的一种有效的方法。
可以工作在恶劣的环境下，获取人们自身无法得到的信息。
本文主要介绍了传感器网络的根本概念、特点和应用。
关键词：
声音传感器无线传感器光纤传感器开展科技引言：
孩堤时代，我们总梦想着自己能像阿里巴巴一样，喊一声“芝麻开门〞就能翻开通往宝藏之门。
对于“芝麻开门〞神奇的咒语力量，感到非常好奇与憧憬，其实这就是用语音开门的情景，这种能随心所欲控制自动门的强烈欲望，几百年来已深深铭刻入亿万天真儿童的心里。
人们渴望着有朝一日也能像童话故事中描述的一样，说声“芝麻开门〞或其它想说的话，便能翻开自家的门，以及社区、学校和单位的大门。
那个遥远的梦想现已慢慢走近我们的生活。
一、声音传感器的根本介绍：
1.传感器的定义：
传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。
国际电工委员会的定义为：
“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号〞。
按照Gopel等的说法是：
“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件〞，而“传感器系统那么是组合有某种信息处理（模拟或数字）能力的系统〞。
2.传感器的能量转换：
有源传感器能将一种能量形式直接转变成另一种，不需要外接的能源或鼓励源。
无源传感器不能直接转换能量形式，但它能控制从另一输入端输入的能量或鼓励能，传感器承当将某个对象或过程的特定特性转换成数量的工作。
其“对象〞可以是固体、液体或气体，而它们的状态可以是静态的，也可以是动态（即过程）的。
对象特性被转换量化后可以通过多种方式检测。
对象的特性可以是物理性质的，也可以是化学性质的。
按照其工作原理，它将对象特性或状态参数转换成可测定的电学量，然后将此电信号别离出来，送入传感器系统加以评测或标示。
3.声音传感器的定义：
声音传感器使用的是与人类耳朵相似具有频率反响的电麦克风。
4.信号的传输方式：
电路把信号放大并把信号传送给英国电讯接口。
实际上，信号通过2条不同的线送达数据采集器。
一个信号通过低电压输入线，在2。
5V左右，另一信号通过电压输入线，在0V左右。
这就是最简单的声音传感器—麦克风的原理图：
TR40RS防水型超声波传感器和7000系列超声波传感器
二、声音传感器的应用：
1.声音传感器在军事上的应用：
声音传感器目前已在地面传感器侦察监视系统中广泛应用，其最大优点是分辨力强。
如果运动目标是人员，那么不仅可以直接听到声音，而且还能根据话音察明其国籍、身份和谈话容；如果运动目标是车辆，那么可根据声响判断车辆种类。
如美国陆军使用的一种可悬挂在树上的被称为“音响浮标〞的装置探测距离300~400米，接近人的听觉围。
2.声音传感器在医疗上的应用：
光纤麦克风具有对磁场的天然的抗干扰能力，可以应用于核磁共振成像的通信，是唯一在核磁共振成像扫描时可以在病人和医生之间进展通讯的麦克风。
3.声音传感器在生活上的应用：
音响入侵探测器：
除了可用于门户的入口控制以外，还可用来监控入侵者出现的区域。
其突出优点是，它可用来鉴别引起报警的原因。
此外，声音传感器在汽车防盗及航空探测等方面都有涉及，声音传感器的对声纳系统的改良也奉献不小。
各式各样的声控开关也大放异彩。
还有一种声控照明灯，装有音频传感器。
此时钟只要有人发出一种摩擦音1秒钟，其钟面上的照明灯就会自动点亮8秒钟时间。
这种时钟的最大优点是在黑暗的房间里，人们可借助钟面上照明灯看清时间。
日本还创造了一种能够根据声音而改变显示容的液晶多功能数字电子手表。
这种手表能识别主人发出的诸如今天几号、某人、自己的银行账号等询问声，并在液晶显示器上做出相应的提示。
如果不是主人的声音，显示器就置之不理。
法国研制出一种声控，它用声音识别器代替了盘，打者只需对着送话器报出受话人的，便可自动接通。
手机的语音拨号功能与“芝麻开门〞却有着异曲同工之妙，目前看来，根本上大多数手机都带有该项功能。
语音拨号外表地来说就是摘机后手动指向手机语音拨号功能，说出被叫者，即自动拔向被叫者。
声音传感器在其中起了至关重要的作用。
但由于现有技术的不完善，所以目前还不能做到让语音拨号随心所欲。
但无论如何，随着传感器技术的迅速开展，以上困难将逐步被解决。
先锋推出了一款音箱，可以说是专门给洗手间设计的。
它置了声音传感器，但有人过来的时候自动开场播放音乐，离开后会自动停顿。
拒绝打鼾手表装有非常敏感的声音传感器，当寻查到微小的鼾声时，手表就会产生震动，就像是有人在轻轻地推您，直到鼾声完全停顿。
这台机器人“哆啦A梦〞装有可以感知接触和明暗的传感器、能预测摔倒的倾斜传感器、声音传感器等10个以上的传感器。
如果你轻轻抚摸它的头部，它会快乐地说“你一定是有好事了！
〞如果你用力敲打它的话，它就会愤怒地说出“可恶！
不要！
〞“哆啦A梦〞可以表达丰富的感情，当你吃饭时，它就会说“肚子好饿！
〞当你过生日的时候，“哆啦A梦〞会给你唱生日歌，并对你说“HappyBirthdayToYou〞。
乐器扩音器：
最正确的声源是音叉，但也许你想研究人类的声音、口哨、电子键盘以及其他的乐器。
可尝试比较不同的声源的波形。
也可尝试用2种频率几乎一样的声音来产生音拍的波形图。
请对声音强弱进展调整，使得能产生最正确的波形。
如果声音太大，在波形的顶部或底部就会产生波形“缺失〞现象。
把声音传感器离声源稍远些，并把音量调得稍低些。
日本研制开发出一种声控电视机，可储存两个人的声控指令，包括开机工作、转换频道、调换色彩以及关机等，都可以用声音指令进展控制。
声控选台传感器的设计与原理
该系统不对彩电做任何改动。
在保存原有遥控功能的根底上，实现语音控制选台，主要功能有：
·开关电视：
电视接通电源处于待命状态，操作者发出“开机〞命令，那么翻开电视机；操作者发出“关机〞命令，那么关掉电视机；
·选台功能：
操作者想看XX电视台的节目，只要发出“XX台〞的命令，电视机自动跳转到该台。
·识别主人功能：
日防止识操作，该系统只能事先录入命令样本的操作者语音敏感，其他人发出的命令包括电视伴音均无效。
·其它功能：
具有电视音量、画面亮度调节等适合语音控制的功能。
1·各个功能模块简介
1.1语音命令提取单元语音命令提供该单元〔如图2〕在电视话音和其它噪音背景下，完成提取出操作者语音命令功能，其示意图如图3所示。
MIC选用驻极体送话器，它具有构造简单、重量轻、体积小、频率响应宽、保真度好等优点，但灵敏度较低，必须再加放大器才行。
由于输出阻抗可高达10x8Ω数量级，所在必须进展阻抗变换后才能与放大器配合使用。
放大器采用差分放大电路，一个驻极体送话器面对送话者，其输出接送放大器正向输入端；另一个驻极体送话器背对送话者，其输出接放大器负向输入端。
由于两个送话器相对于电视机和其它噪声源的位置根本一样远，可以近似认日通过二者输入的干扰是一样的。
但考虑到送话器具有方向性，前者送入的操作者语音命令远远大于后者，适中选择各电阻值可以抵消掉各种干扰。
放大器采用运放〔OPAmps〕MAX495〔单电源供电+2.7～+6V〕。
1.2语音识别单元
语音识别单元主要由TSG410和非易失性SRAM组成，大体构成如下列图4所示。
语音识别功能由专用语音芯片TSG410完成，TSG410是一种新颖功能齐全的语音识别集成电路。
它采用CMOS大规模集成电路制作工艺制造，含除SRAM以外语音识别所需的全部电路，如CPU、A/D转换器、ROM、语音放大器、压缩器、滤波器、振荡器及接口电路等。
TSG410具有双列直插和贴片两种封装方式，可工作在CPU控制和人工控制两种模式下。
语音识别的响应时间典型值日300ms，最长不超过600ms。
识别容量大，最多可识别40个字段，且分段方式灵活。
为了CPU管理方便，将40个字段分成四组，编号为1～4，每组10个段。
这样，第一个字段编号为10，第二个为11，第三个为12…依次类推，第40个字段编号为49。
在操作显示时，十位数显示组号，个位数显示序号。
因此，建立语音样本时，应注意显示数字和电视机选择频率之间的换算关系，以免语音命令和控制结果对应不起来。
各段功能分配如表1所示。
“地方〞命名原那么，如：
、等，中央台可直接叫“一台〞、“二台〞，依次类推。
语音命令差异越大越不容易出现错误识别。
系统要正常工作，必须首先建立语音样本，为防止语音样本因为掉电丧失，SRAM选用带掉电保护电池的非易失性SRAM，即NVSRAM〔non-volatileSRAM〕，如HK1125，掉电后其数据可保存10年以上，用法同普通RAM。
一般情况下，留有30个预选频道是足够用的。
实际上，既可以采用多片TSG410进展频道数和允许操作者人数扩展方式满足各种需要，也可以采用让TSG410工作在CPU控制方式的方法。
此时识别容量不受40字段限制，但需增加单片机〔如8031〕作控制用。
1.3控制面板
为了能输入字段号，以便建立语音样本，RSG410配置了外接键盘扫描电路。
行、列信号的输入、输出口由芯片的S1～S3、K1～K3担当。
这样一个三列、四行的键盘共有12个按键，其中十个定义为：
0～9数字键，一个定义为：
语音样本建立键〔TRN〕，一个定义为：
语音样本去除键〔CLR〕。
由于控制面板只在建立语音样本时使用，为防止误操作，应将12个按键用塑料外亮封起来。
1.4 操作指示电路
采用两片数码管和译码驱动电路CC4558组成操作指示电路。
在本系统中，操作指示电路作用是：
建立语音命令样本时，用于显示存入的字段号；语音命令识别时用于显示识别结果及芯片识别结果的处理报告。
1.5 逻辑控制电路
整个逻辑控制电路如图5所示。
TSG410通过D0～D7输出识别结果，必须进展必要的译碱码后，才能用来控制后面的红外发射装置。
在电视机的遥控系统中，遥控发射器通过按键，以红外线方式发出各种不同的脉冲编码信息。
尤其需要注意其发射编码必须与原来一致，以便兼容。
采用电子开关电路模拟手工按键时，必须考虑开关接通时间和两个按键之间的时间间隔问题，以防止信号丧失和“串键〞、“并键〞现象的发生。
通常情况下，全部键位扫描一次的时间小于10～20ms，而入手触及按键的时间最短也在100ms以上，因此在任一按键被按下后，会有屡次扫描信号通过，不存在信号丧失问题。
所谓“串键〞是指在一个键按下之后，又接着按下另一键；而“并键〞那么是同时按下两键。
这两种错误操作发生的根本原因是：
每个按键的遥控指令编码需要一定时间才能发射完毕〔一般在100ms左右〕，所以应设法消除。
这是我们设计逻辑控制电路时的一个难点，采用脉冲展宽〔?
40ms〕和脉冲延迟电路〔?
120ms〕解决。
1.6 遥控发射电路
红外遥控发射器主要由三大局部组成：
一是键盘矩阵，二是发射专用集成电路，三是放大驱动和红外线发射局部。
该电路与电视机的特定型号有关，可以根据电视机品牌选用适当的专用红外发射电路。
需要说明的是：
由于不同品牌电视机的红外发射、接收电路各不一样，因此它只对兼容电视有效。
4.声音传感器在工业上的应用：
声波传感器：
用作汽车倒车防撞报警器装置，也被称为超声波倒车雷达或倒车声纳系统，尤其适用于加长型装载汽车、载重大货车、矿山汽车等大型车辆。
超声波传感器通常由铝合金外壳、压电瓷换能器、吸声材料、引线电极所构成，具有水平方向特性宽，而垂直方向受到限制的方向性，原理上利用锆钛酸铅PZT压电瓷在电能与机械能之间相互转换的正、逆压电效应，即在压电瓷加一电信号，便产生机械振动而发射超声波，当超声波在空气传播途中碰到障碍物立即被反射回来，作用于它的瓷时，那么会有电信号输出，通过数据处理时间差测
距，计算显示车与障碍物的距离。
可在汽车危险相撞时报警，可准确无误地探测汽车尾部及驾车者视角盲区的微小障碍物，实用性相当强。
为获得高发射效率和接收灵敏度，发射接收全并在一起的超声波传感器是目前市场上的主流产品，具有很高的发射效率、接收灵敏度及锋利的指向性。
超声波有一定的探测角度和围，可覆盖汽车后部整个区域。
用于汽车电控悬架系统直接计测车身底盘与路面距离的超声波传感器正在研制之中。
超声波传感器还被用于空气流量计，检测发动机进气量大小。
欧洲缝纫设备：
生产厂家大局部已采用电子检测仪器。
声响实验室采用双声响回收仪，以分辨直接声源和返回声源，检验何处是机器最大声源的产生处。
与我国声响检测不同，声响仪用传感器测定零部件受力大小、振动大小。
丹麦HMS1820/CTD——声速剖面仪：
HMS1820/CTD是一套完整的CTD测量和数据记录仪器。
HMS1820/CTD可由钢缆中的电缆直接读取所有参数，这些参数值按预设间隔自动采集。
HMS1820/CTD的存贮量大，可达2000次数据读取。
HMS1820-H手持终端可作为数据记录仪存取数据以便检查，还可以将数据转入PC机。
5.声音传感器在领海方面的应用：
英国AQUA深水CTD：
采用金属钛作为外壳，可在6000m深度围进展电导、温度、深度测量。
仪器可安装在水下拖载工具上，也可安装在浮标、系锚设备上，还可作垂直剖面测量。
数据记录可采用自容式记录或实时数据采集，数据也可传至PC机上进展编辑、存储。
仪器设计结实，具有小巧、轻便、高稳定性、低功耗的特点。
英国ABS三频声学测沙仪：
ABS声学反射传感器同时发射3个不同频率的声脉冲，以1cm的采样间隔采集反射回声，从而获得128cm或256cm围的反射系数，以此确定该断面上〔沉积〕悬浮物的浓度及粒度。
由于采用了多频信号处理，因而能区分不同浓度和不同粒度之间的关系。
丹麦HMS1820----验潮仪：
HMS1820是一种采用压力或声学传感器进展潮位测量的数据自动采集系统。
系统为完全自容式记录，根据设定，可自动按固定时间间隔记录或按时间事件记录潮位。
存储的数据可以输出到计算机或手持终端。
此外，还可通过无线电或线进展遥控数据采集，该产品已在我国沿海海域得到了广泛应用。
美国MAVS-3深水3轴声学多参数测流仪:
MAVS-3是一种采用时间差分测量技术的3轴声学多参数测流计。
测流计的4个声学探头提供平均流速向量值。
可编程的分段记录和触发记录模式使测流计具有很大的灵活性。
由于探头的几何尺寸小并应用了时间差分测量技术，MAVS-3的分辨率及精度均是其它测流仪无法比较的。
因此，无论是在2m/s或10cm/s的量程中均能保持0。
03cm/s的分辨率，精度到达0。
3cm/s。
此外，仪器还能提供温度、电导、深度等参数，工作深度可达6000米。
丹麦E-SeaMag300----海洋磁力仪：
是一种海洋全向拖曳式高精度磁力仪，采用最新PC技术，具有精度高、性能稳定、重量轻、搬运方便的特点。
拖鱼采用非铁材料，高信噪比，确保系统具有很高的分辨率。
6.声响传感器在航天领域的应用：
晶体式话筒：
晶体的两面受到压力时，在两面间出现正负电荷，产生某一方向的电动势：
当受到相反方向的应力时，晶体两面那么产生与受压力相反的电荷和电动势。
当晶体受到交变声波的作用时，便产生音频电动势。
计算机模拟技术：
模拟现实（VirtualReality，简称VR）是一种可以创立和体验虚拟世界（VirtualWorld）的计算机系统。
其中虚拟世界为全体虚拟环境〔VirtualEnvironment）或给定仿真对象的全体，它是由计算机产生，通过视、听、触觉等作用，使用户产生身临其虚境感觉的交互式视景仿真。
因此，一个身临其境的虚拟现实系统是由包括计算机图形学、图像处理与模式识别、多传感器、语音处理与音像以及网络等技术所构成的大型综合集成环境。
四声音传感器的前景：
无线传感器网络无论是在国家平安，还是国民经济诸方面均有着广泛的应用前景。
未来,传感器网络将向天空、海、陆地下一体化综合传感器网络的方向开展，最终将成为现实世界和数字世界的接口，深入到人们生活的各个层面，像互联网一样改变人们的生活方式。
微型、高可靠、多功能、集成化的传感器，低功耗、高性能的专用集成电路，微型、大容量的能源，高效、高可靠的网络协议和操作系统，面向应用、低计算量的模式识别和数据融合算法，低功耗、自适应的网络构造，以及在现实环境的各种应用模式等课题是研究的重点。
无线传感器网络技术涉及计算机、半导体、网络、通信、光学、微机械、化学、生物、航天、医学、农业等众多领域。
对该技术的深入研究将推动我国的信息化建立，并极带动相关产业禾口学科的开展，从而为国民经济带来新的增长点。
由于无线传感器网络技术是应用性非常强的技术，国在开展这方面的研究工作时一定要坚持需求牵引，面向具体应用，不要走到闭门研究的老路上去。
随着科技的日益开展，人们进军其他星球的理想将逐步被实现，声学传感器将起到它至关重要的作用，作为无人化探测的重要工具。
将传感器应用到武器中去，例如应用到子弹上去，用微型的传感器可以感知目标的准确位置从而绝对地保证了准确性。
五、心得体会
时间总是过得很快，经过这个学期课程的学习，到此我们已经完成了本次课程的最终学习。
为了做好这次课程报告，我们在网上搜索了课程研究报告的相关容，也到学校图书馆借阅了相关书籍，经过不断比较与讨论，最终选择了声音传感器的研究报告，虽然完成的时间不长，但学习的这段日子确实令我收益匪浅，不仅因为它发生在特别的时间，更重要的是我又多了解了一门新的技术，付出的过程中我们已经收获了很多快乐！
回忆这段时间真是收益匪浅。
以前对知识的了解仅限于理论知识，而且是有的能够理会，有的只是停留在似懂非懂的状态。
对于器件就不知道有什么用途，也就更加难以理解。
但这一周之后，我们对传感器有了更深的理解，知道了自己的缺乏，同时也明白了所学知识的重要性，培养了自己对课程研究报告的学习兴趣。
这次课程报告不仅稳固了先前学的传感器的理论知识，而且也培养了我们的思维能力，更令我们的创造性思维得到拓展。
希望今后类似这样的课程报告、类似这样的锻炼时机能更多些！
参考文献：
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机械工业,2021.1
[2]祝诗平.传感器与检测技术[M].:
中国林业,大学，2006
[3]何希才等.传感器及其应用实例[M].:
机械工业,2004
[4]郁有文等.传感器原理及工程应用[M].2版.:
电子科技大学,2004
[5]余成波等.传感器与自动检测技术[M].:
高等教育,2004
教育之通病是教用脑的人不用手，不教用手的人用脑，所以一无所能。
教育革命的对策是手脑联盟，结果是手与脑的力量都可以大到不可思议。
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