本发明专利技术涉及一种基于物联网的变电站声纹检测识别装置、方法及系统，所述装置包括中央处理器(1)、存储器(2)、MEMS传声器(3)、ADC模块(4)、FPGA模块(5)以及通讯模块(6)，MEMS传声器(3)、ADC模块(4)、FPGA模块、中央处理器(1)和存储器(2)依次连接，所述通讯模块(6)与中央处理器(1)连接，所述通讯模块(6)包括以太网(9)和NB‑IoT无线模块(10)。与现有技术相比，本发明专利技术具有低功耗、高集成度、稳定性强、适用于复杂工作环境、支持物联网数据传输以及在线声纹分析等优点。
Detection and recognition device, method and system of substation voiceprint based on Internet of things
【技术实现步骤摘要】
基于物联网的变电站声纹检测识别装置、方法及系统
本专利技术涉及一种变电站特性检测装置，尤其是涉及一种基于物联网的变电站声纹检测识别装置、方法及系统。
技术介绍
声纹检测技术在特高压、配电等领域被证明其特征量对故障的早期预警有明显检测价值，声纹来自于结构机械状态的反应，如高抗设备的异响、结构松动、摩擦等早期故障具备较高的灵敏度。声纹监测单元作为泛在电力物联网的终端信息收集器，是完成泛在电力物联网系统数据采集最直接的系统单元，由声纹监测单元采集处理的数据，由无线通讯系统传递到云端，实现与整个网络的连接。泛在电力物联网对声纹监测单元的应用提出了较高的要求，传统的声纹监测单元存在着速率慢、稳定性差、功耗高等一系列的问题，无法满足泛在电力物联网对于感知层建设的需求。因此，急需一种低功耗，高集成度，快捷传输以及有效兼容泛在电力物联网的声纹检测装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种低功耗、高集成度、稳定性强、适用于复杂工作环境的基于物联网的变电站声纹检测识别装置、方法及系统。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于物联网的变电站声纹检测识别装置，包括中央处理器、存储器、MEMS传声器、ADC模块、FPGA模块以及通讯模块，MEMS传声器、ADC模块、FPGA模块、中央处理器和存储器依次连接，所述通讯模块与中央处理器连接，所述通讯模块包括以太网和NB-IoT无线模块。进一步地，还包括外壳，所述中央处理器、存储器、MEMS传声器、ADC模块、FPGA模块和通讯模块集成于该外壳内，并通过硅胶装配板密封，所述外壳上设有与MEMS传声器连接的传声孔。进一步地，所述传声孔表面附着有防水膜。进一步地，所述外壳上还设有SD卡插槽、电源接口、连接NB-IoT无线模块的天线接口和连接以太网的以太网接口。进一步地，所述外壳上设置有散热格栅。进一步地，所述外壳侧壁上设有支架安装口。进一步地，所述存储器包括Flash芯片和SDRAM芯片。本专利技术还包括一种采用所述的基于物联网的变电站声纹检测识别装置的变电站声纹检测识别方法，所述变电站声纹检测识别装置按照规定时间间隔或声音大小阈值触发声纹信号采集指令，由MEMS传声器产生的声压信号经ADC模块进行信号采集，FPGA模块对于采集信号进行调理预处理和FFT计算，中央处理器处理获得声纹特征，并通过NB-IoT无线模块上传至物联网，或经以太网传输给外部设备。进一步地，所述声纹特征包括A计权声压级、FFT频谱、1/3倍频程和瀑布图。进一步地，在按照声音大小阈值触发声纹信号采集指令前，设置触发阈值和预触发时间。本专利技术还提供一种基于物联网的变电站声纹检测识别系统，包括多个如所述的变电站声纹检测识别装置和物联网监控平台，所述物联网监控平台远程向各变电站声纹检测识别装置发送声纹信号采集指令，并对反馈的声纹特征进行处理，生成并显示变电站声纹特征变化走势图。与现有技术相比，本专利技术具有体积小，重量轻，功耗低，稳定性强，安装维护简单便捷，更加适用于复杂工作环境，支持物联网数据传输以及在线声纹分析等优点，满足泛在电力物联网框架下的特高压变电站声纹检测的测试要求，具体地：1)本专利技术使用NB-IoT模块进行物联网数据传输，可方便测试数据的上传和数据智能管理，并实现多站点声纹监测。NB-IoT模块采用DRX模式，可减少因数据通讯所产生的功耗，提升装置的续航能力。2)本专利技术采用MEMS传声器进行声纹采集，相比于传统传声器，MEMS传声器无前置放大器，极大地降低了装置的功耗。3)本专利技术所采用的MEMS传声器通过数字信号传输，简化了数据传输过程，提高了传输效率。4)本专利技术的中央处理器、存储器、ADC模块、FPGA模块、通讯模块以及MEMS传声器集成于一个外壳内，具有高集程度，小巧轻便；外壳使用铝材，减小装置重量的同时保证结构强度和耐腐蚀性能。5)本专利技术使用FPGA模块对于信号进行预处理和FFT运算，提高数据处理速率的同时，也保证了高精度、低资源和低功耗等特点。6)传声孔表面附着一层PTFE防水膜，防止水汽，雾气进入以损害MEMS传声器。7)外壳采用栅格散热结构，由多片铝制单体散热片构成，有效释放壳内热量，保证装置稳定运行。8)外壳侧壁配置支架安装口，安装口使用1/4英寸螺纹，适配通用的测试云台。保证装置的安装稳定。9)在装置上方使用硅胶装配板将壳体密封，在保证装置三防特性的同时可以帮助抑制壳体内结构微振动对于传声器的影响，提高传声器测量精度。附图说明图1为基于物联网的声纹检测装置设计方案图；图2为外壳的一个角度示意图；图3为外壳的另一角度示意图；图4NB-IoT耗电模式示意图；图5为物联网监测平台软件界面示意图；图中标号：1、中央处理器，2、存储器，3、MEMS传声器，4、ADC模块，5、FPGA模块，6、通讯模块，7、Flash芯片，8、SDRAM芯片，9、以太网，10、NB-IoT无线模块，11、以太网接口，12、天线接口，13、SD卡插槽，14、电源接口，15、支架安装口，16、传声孔，17、硅胶安装板，18、防水膜，19、散热格栅。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1如图1-图3所示，本实施例提供一种基于物联网的变电站声纹检测识别装置，包括中央处理器1、存储器2、MEMS传声器3、ADC模块4、FPGA模块5以及通讯模块6，MEMS传声器3、ADC模块4、FPGA模块、中央处理器1和存储器2依次连接，通讯模块6与中央处理器1连接，通讯模块6包括以太网9和NB-IoT无线模块10，支持物联网数据传输，可方便测试数据的上传和数据智能管理，并实现多站点声纹监测。NB-IoT具有覆盖广、连接多、速率快、功耗低等优点，其特点与泛在电力物联网高度契合。本实施例中，中央处理器1选用ARM9S3C2410A处理器，具有体积小、低功耗和高性能等特点。本实施例中，存储器2包括Flash芯片7和SDRAM芯片8。Flash芯片使用标准总线接口与中央处理器交互，可进行电擦写保证掉电后信息不丢失，Flash用于保存系统映像文件及系统配置信息等掉电不可丢失的信息。SDRAM不具备掉电保持数据的功能，但存取速度远远大于Flash芯片，数据吞吐量也更大，且具有读写功能，用于存储运行数据。SDRAM芯片8的最大可支持扩展内存为64G。本实施例中，MEMS传声器的长宽高尺寸分别为4mm×3mm×1mm，传声器具有65dBA的信噪比，动态范围可达87dB，具有24位数据精度且仅1mA的低电流损耗。该变电站声纹检测识别装置还包括外壳，中央处理器1、存储器2、MEMS传声器本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于物联网的变电站声纹检测识别装置，其特征在于，包括中央处理器(1)、存储器(2)、MEMS传声器(3)、ADC模块(4)、FPGA模块(5)以及通讯模块(6)，MEMS传声器(3)、ADC模块(4)、FPGA模块、中央处理器(1)和存储器(2)依次连接，所述通讯模块(6)与中央处理器(1)连接，/n所述通讯模块(6)包括以太网(9)和NB-IoT无线模块(10)。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于物联网的变电站声纹检测识别装置，其特征在于，包括中央处理器(1)、存储器(2)、MEMS传声器(3)、ADC模块(4)、FPGA模块(5)以及通讯模块(6)，MEMS传声器(3)、ADC模块(4)、FPGA模块、中央处理器(1)和存储器(2)依次连接，所述通讯模块(6)与中央处理器(1)连接，
所述通讯模块(6)包括以太网(9)和NB-IoT无线模块(10)。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的变电站声纹检测识别装置，其特征在于，还包括外壳，所述中央处理器(1)、存储器(2)、MEMS传声器(3)、ADC模块(4)、FPGA模块(5)和通讯模块(6)集成于该外壳内，并通过硅胶装配板(17)密封，所述外壳上设有与MEMS传声器(3)连接的传声孔(16)。
3.根据权利要求2所述的基于物联网的变电站声纹检测识别装置，其特征在于，所述传声孔(16)表面附着有防水膜(18)。
4.根据权利要求2所述的基于物联网的变电站声纹检测识别装置，其特征在于，所述外壳上还设有SD卡插槽(13)、电源接口(14)、连接NB-IoT无线模块的天线接口(12)和连接以太网(9)的以太网接口(11)。
5.根据权利要求2所述的基于物联网的变电站声纹检测识别装置，其特征在于，所述外壳上设置有散热...
【专利技术属性】
技术研发人员：田昊洋，彭伟，曹培，张磊，任茂鑫，厉敏宪，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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