一种面向行为感知的便捷超声多路收发硬件系统技术方案

一种面向行为感知的便捷超声多路收发硬件系统，包括USB同步收发声卡、带操作系统的平台、超声发生音响及麦克风阵列；USB同步收发声卡包括MCU、TXCO、USB、音频DAC、低噪声LDO及麦克风接口等电路，该声卡其能接入带操作系统的平台的USB接口，并识别为USB音频播放和录音设备，由上位机程序控制USB音频驱动实现自定义超声信号的收发；超声发生音响包括线性电源、信号冲击保护及节能电路、宽频功放电路及铝带式高音扬声器，声卡输出信号经功放电路功率放大后推动扬声器发出超声；麦克风阵列为1‑4个可采集超声频段的MEMS数字麦克风组成的阵列。本系统成本低且普适性好，能够便捷控制，实现在20K‑40KHz频段内任意超声信号的多路同步收发。

【技术实现步骤摘要】
一种面向行为感知的便捷超声多路收发硬件系统
本专利技术属于电子电路与信号系统
，涉及一种利用超声波信号用于行为感知等应用研究的支撑平台，特别涉及一种面向行为感知的便捷超声多路收发硬件系统。
技术介绍
近年来诞生了一个新兴的前沿研究热点—“无线感知”，无线感知技术主要通过普适的无线信号，如RF、WiFi、超声波等对人进行非接触式的行为感知，这些信号不受光线条件影响，不窥探隐私，能应用于健康监护、新型人机交互、行为识别等，受到了学术界和产业界的广泛关注与重视。超声波具有无辐射、易获取、不受环境噪声、光线、物体颜色等影响、不窥探隐私，与激光和红外相比能确保人眼安全等优点。因此，近年来，一些国内外著名无线感知研究团队利用超声波开展了一些高精度且极具实用价值的行为感知方面的研究，如：人体呼吸监测、步态识别、手势识别、轨迹追踪、跌落检测、入侵检测等。目前面向行为感知的超声波收发硬件平台可分为商用设备和自制设备两类，但都存在种种缺陷。商用设备包括智能移动设备(如：PC、智能手机及手表等)和音响麦克风设备，这些商用设备一般不直接具备高采样率和超声本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向行为感知的便捷超声多路收发硬件系统，其特征在于，包括：/n麦克风阵列，为1-4个可采集超声频段的MEMS数字麦克风组成的阵列；/nUSB同步收发声卡，包括微控制器、时钟源、USB通信电路、音频DAC、低噪声LDO及麦克风接口，所述麦克风阵列通过麦克风接口与USB同步收发声卡连接，实现单收或多收；/n带操作系统的平台，其USB接口与USB同步收发声卡通过USB通信线连接，识别所述USB同步收发声卡为USB音频播放和录音设备；/n超声发生音响，通过音频线与USB同步收发声卡连接，包括线性电源、信号冲击保护及节能电路、宽频功放电路以及扬声器，所述USB同步收发声卡输出信号经宽频功放电路功...

【技术特征摘要】
1.一种面向行为感知的便捷超声多路收发硬件系统，其特征在于，包括：
麦克风阵列，为1-4个可采集超声频段的MEMS数字麦克风组成的阵列；
USB同步收发声卡，包括微控制器、时钟源、USB通信电路、音频DAC、低噪声LDO及麦克风接口，所述麦克风阵列通过麦克风接口与USB同步收发声卡连接，实现单收或多收；
带操作系统的平台，其USB接口与USB同步收发声卡通过USB通信线连接，识别所述USB同步收发声卡为USB音频播放和录音设备；
超声发生音响，通过音频线与USB同步收发声卡连接，包括线性电源、信号冲击保护及节能电路、宽频功放电路以及扬声器，所述USB同步收发声卡输出信号经宽频功放电路功率放大后推动扬声器发出声波，所述USB同步收发声卡采用分两条单声道的音频线连接两台超声发生音响，从而实现单发或独立两发。


2.根据权利要求1所述面向行为感知的便捷超声多路收发硬件系统，其特征在于，每个MEMS数字麦克风为L声道或R声道的PCB小板，通过组合L声道和R声道两种MEMS数字麦克风并接入到USB同步收发声卡上的麦克风接口，实现1-4通道的声波数据流实时同步采集。


3.根据权利要求2所述面向行为感知的便捷超声多路收发硬件系统，其特征在于，所述麦克风阵列为双麦或四麦阵列模式，将L/R麦克风小板对应接入到麦克风接口后，切换USB同步收发声卡上的拨动开关再插入带操作系统的平台，实现两种模式的转换；其中，麦克风接口为4个FPC接口，其内使用SAI1外设的SAIA模块作为主模式，SAIB模块作为从模式，SAIA引出的I2S连接在1、3号FPC接口，SAIB引出的I2S连接在2、4号FPC接口，同一模块的两个接口接入L声道和R声道两种不同的PCB小板；双麦阵列模式下接入1-2个麦实现单/双通道采集，四麦阵列模式下接入1-4个麦实现1-4通道采集。


4.根据权利要求1所述面向行为感知的便捷超声多路收发硬件系统，其特征在于，所述USB同步收发声卡采用以ARMCortexM4/M7为内核的STM32F4/F7xx高性能微控制器芯片作为主控处理器，控制器时钟源采用24.576MHz的外部高精度有源带温度补偿的晶振，其外围设置了控制按键、播放和录音音频数据流的状态监测指示灯以及外设接口；USB通信电路由STM32片内USB_OTG_FS外设设计，音频DAC采用ES9023立体声音频数模转换芯片，通过STM32片内I2S外设接口连接ES9023，进而实现对音频数据流信号的解码和输出；USB同步收发声卡各电路采用3.3V电压，即采用低噪声LDO将USB通信电路的VBUS转成3.3V，麦克风接口为STM32片内SAI外设A模块和B模块配合定时器扩展出的四路接口。


5.根据权利要求4所述面向行为感知的便捷超声多路收发硬件系统，其特征在于，所述USB同步收发声卡只采用一个时钟源，以在硬件上保证收发同步...

【专利技术属性】
技术研发人员：王天本，汪志胜，陈子毅，刘伯钦，陈丹艳，胡瑾，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61