一种智能噪声识别的巡逻避障小车制造技术

本发明专利技术公开了一种智能噪声识别的巡逻避障小车，涉及噪声信号领域，包括小车车体部件、电控部件和外部配件。小车车体部件包括小车运动模块和电源模块；电控部件包括直流电机驱动模块、核心控制器模块和电控电源模块；外部配件包括麦克风阵列模块、位姿获取模块、语音识别模块、超声波模块、无线通信模块、终端控制模块。通过麦克风阵列模块采集环境中的音频信号，核心控制器模块对其进行处理，位姿获取模块获取小车姿态，并发送控制信号控制小车运动，通过语音识别模块判断工作人员发出的运动指令，实现小车对指定管道位置区间进行噪声识别巡逻的功能，通过超声波模块检测小车运行过程中前方有无障碍物，实现小车自主避障功能。

【技术实现步骤摘要】
一种智能噪声识别的巡逻避障小车
本专利技术属于噪声信号领域，更具体地，涉及一种智能噪声识别的巡逻避障小车。
技术介绍
近年来，随着我国管道运输行业的快速发展，管道泄漏事故层出不穷。在管道运输中，常常由于管道的老化锈蚀、恶劣的地理环境和气候变化以及人为损坏等原因发生泄漏。一旦管道发生泄露，不仅会造成能源浪费和环境污染，还可能引发火灾和爆炸，甚至造成人员伤亡。我国每年因管道泄漏造成的经济损失可达上百亿元，造成的损失不容小觑。因此，对管道建立健康监测(评估、检查、维修、维护)系统，实现对管道泄漏位置的实时检测是管道安全管理的关键。目前管道泄漏检测方法主要分为直接检测法和间接检测法：(1)直接检测法多采用人工分段巡检的办法，主要是有经验的工作人员利用检测仪器通过巡逻的方式对管道进行泄漏检测和定位。这类方法具有定位精确度高和误报率低的优点，但人力成本较高且效率较低，不能满足日常管道安全管理的需求；(2)间接检测法多采用声波检漏的原理，当管道发生泄漏时，管道中的流体通过泄漏点外泄时会发出噪声，该噪声将沿着管道向两端传播，声波强度随传播距离增长而逐渐衰减。在输送管道上安装声波传感器捕捉噪声信号，通过对噪声信号进行分析处理，判断管道是否发生泄漏并确定泄漏点的位置。由于受到噪声传播距离的限制，若要对长距离的输送管道进行泄漏检测，则需按一定间隔安装大量声波传感器。安装的声波传感器越多，管道泄漏检测的准确性越高，但相应的设备成本也越高。在工程运用中，亟需一种可实施性强，成本低，噪声识别准确率高，定位响应迅速，定位精度高，运动及检测范围不受时间和环境限制的方法。
技术实现思路
针对现有技术的不足和现实需求，本专利技术提出了一种智能噪声识别的巡逻避障小车的方案，小车可以对各种复杂环境下运输管道进行巡检，具有可实施性强，成本低，噪声识别准确率高，定位响应迅速，定位精度高，运动及检测范围不受时间和环境限制等优点。为实现上述目的，本专利技术提供了一种智能噪声识别的巡逻避障小车，包括：小车车体部件、车体上设有的电控部件和外部配件；所述小车车体部件包括小车运动模块和电源模块；所述电控部件包括直流电机驱动模块、核心控制器模块和电控电源模块；所述外部配件包括麦克风阵列模块、位姿获取模块、语音识别模块、超声波模块、无线通信模块及终端控制模块；所述小车运动模块用于控制小车的运动轨迹和方向；所述电源模块用于向所述直流电机驱动模块供电，所述直流电机驱动模块采用导线连接小车运动模块中的电机，所述核心控制器模块连接所述麦克风阵列模块、所述位姿获取模块、所述语音识别模块、所述超声波模块和所述直流电机驱动模块，所述核心控制器模块和所述终端控制模块通过所述无线通信模块连接，所述麦克风阵列模块采集环境中的音频信号，由所述核心控制器模块对所述音频信号进行处理，所述位姿获取模块获取小车姿态，并发送控制信号控制小车运动，所述语音识别模块进行判断工作人员发出的运动指令，实现小车对指定管道区间进行噪声识别巡逻的功能，所述超声波模块检测小车运动过程中前方有无障碍物，实现小车自主避障功能，所述电控电源模块用于向所述核心控制器模块供电，所述终端控制模块用于接收小车发送的检测信息。在一些可选的实施方案中，所述小车运动模块包括小车底盘、四个车轮和四个电机，车轮和电机分别位于小车底盘的四个方向，每个车轮分别连接相应的电机，各电机与所述直流电机驱动模块通过电性连接，组成全轮驱动的小车运动模块。在一些可选的实施方案中，所述电源模块安装在小车底部，所用的电源为7.2V、2A/h的可充电镍镉蓄电池，对所述直流电机驱动模块进行供电。在一些可选的实施方案中，所述麦克风阵列模块用于采集现场环境的实时音频信号，并对实时音频信号进行滤波处理，获得高质量的同步多路音频输出在得到同步多路音频后，由所述核心控制器模块采用DS波束形成对多路音频进行合成，并提取合成后的管道泄漏音频的特征，同时，由所述核心控制器模块利用到达时间差定位算法TDOA计算管道泄漏音频到达不同位置的麦克风传感器时间差，根据时间差定位声源位置，识别出泄漏声源的具体方向；所述位姿获取模块获取泄露声源的具体方向，并控制小车向泄露声源的方向转动行进，从而实现对管道泄漏位置的定位检测。在一些可选的实施方案中，所述麦克风阵列模块包括4个MEMS麦克风，且4个MEMS麦克风均匀分布于设备周围的同等空间，以4个MEMS麦克风构建的矩形中心为原点O建立三维空间坐标系，设声源点为P，P的空间位置为(x,y,z)，声源点P到麦克风M1的距离为r1，声源点P到坐标系原点O的距离为r，四个麦克风三维坐标点为M1(a,a,0)、M2(-a,a,0)、M3(-a,-a,0)、M4(a,-a,0)，其中θ、分别为声源点到水平线的仰角和水平方位角，c为音频传播速度，T12为声源点到麦克风M1与声源点到麦克风M2的时间差，T13为声源点到麦克风M1与声源点到麦克风M3的时间差，T14为声源点到麦克风M1与声源点到麦克风M4的时间差；声源点的坐标、方位角和仰角可表示为：在一些可选的实施方案中，所述超声波模块采用IO引脚TRIG触发测距，来测定小车与障碍物之间的距离，所述超声波模块自动发送若干个方波触发信号，同时自动检测是否有信号返回并通过IO引脚ECHO输出一个高电平，从发现高电平开始计时t1，当高电平结束时停止计时t2，进而通过t1与t2之间的时间差得到障碍物与小车之间的检测距离，当小车两侧的超声波检测距离小于预设阈值时，小车将进行距离判断并做出相应的动作躲避障碍物，实现自主避障功能。在一些可选的实施方案中，所述位姿获取模块为MPU-6050模块。在一些可选的实施方案中，所述直流电机驱动模块为L298N电机驱动模块。在一些可选的实施方案中，所述核心控制器模块为RaspberryPi开发板。在一些可选的实施方案中，所述电控电源模块为5.0V充电宝对所述核心控制器模块进行供电。在一些可选的实施方案中，所述麦克风阵列模块为4MEMSmicrophones扩展板。在一些可选的实施方案中，所述语音识别模块为LD3320芯片。在一些可选的实施方案中，所述小车前方左右两边分别设有一个超声波模块，超声波模块为URM37超声波传感器。在一些可选的实施方案中，所述无线通信模块为WIFI通信模块。在一些可选的实施方案中，所述终端控制模块为电脑通过VNCViewer远程控制树莓派。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本专利技术的智能噪声识别的巡逻避障小车，包括小车车体部件、电控部件和外部配件。可以通过核心控制器模块与外部配件的连接，实现小车的噪声识别定位功能，满足人们对管道泄漏实时检测和运输管道安全管理的需求。智能噪声识别的巡逻避障小车是通过麦克风阵列模块采集环境中的音频信号，再经过核心控制器模块对音频信号进行降噪和提纯处理。同时，使用位姿获取模块获取小车姿态控制小车行进，并不断接收控制信号调节小车的运动状态，定位管道泄露本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能噪声识别的巡逻避障小车，其特征在于，包括：小车车体部件、电控部件和外部配件；/n所述小车车体部件包括小车运动模块和电源模块；所述电控部件包括直流电机驱动模块、核心控制器模块和电控电源模块；所述外部配件包括麦克风阵列模块、位姿获取模块、语音识别模块、超声波模块、无线通信模块及终端控制模块；/n所述小车运动模块用于控制小车的运动轨迹和方向；所述电源模块用于向所述直流电机驱动模块供电，所述直流电机驱动模块采用导线连接小车运动模块中的电机，所述核心控制器模块连接所述麦克风阵列模块、所述位姿获取模块、所述语音识别模块、所述超声波模块和所述直流电机驱动模块，所述核心控制器模块和所述终端控制模块通过所述无线通信模块连接，所述麦克风阵列模块采集环境中的音频信号，由所述核心控制器模块对所述音频信号进行处理，所述位姿获取模块获取小车姿态，并发送控制信号控制小车运动，所述语音识别模块进行判断工作人员发出的运动指令，实现小车对指定管道区间进行噪声识别巡逻的功能，所述超声波模块检测小车运动过程中前方有无障碍物，实现小车自主避障功能，所述电控电源模块用于向所述核心控制器模块供电，所述终端控制模块用于接收小车发送的检测信息。/n...

【技术特征摘要】
1.一种智能噪声识别的巡逻避障小车，其特征在于，包括：小车车体部件、电控部件和外部配件；
所述小车车体部件包括小车运动模块和电源模块；所述电控部件包括直流电机驱动模块、核心控制器模块和电控电源模块；所述外部配件包括麦克风阵列模块、位姿获取模块、语音识别模块、超声波模块、无线通信模块及终端控制模块；
所述小车运动模块用于控制小车的运动轨迹和方向；所述电源模块用于向所述直流电机驱动模块供电，所述直流电机驱动模块采用导线连接小车运动模块中的电机，所述核心控制器模块连接所述麦克风阵列模块、所述位姿获取模块、所述语音识别模块、所述超声波模块和所述直流电机驱动模块，所述核心控制器模块和所述终端控制模块通过所述无线通信模块连接，所述麦克风阵列模块采集环境中的音频信号，由所述核心控制器模块对所述音频信号进行处理，所述位姿获取模块获取小车姿态，并发送控制信号控制小车运动，所述语音识别模块进行判断工作人员发出的运动指令，实现小车对指定管道区间进行噪声识别巡逻的功能，所述超声波模块检测小车运动过程中前方有无障碍物，实现小车自主避障功能，所述电控电源模块用于向所述核心控制器模块供电，所述终端控制模块用于接收小车发送的检测信息。


2.根据权利要求1所述的巡逻避障小车，其特征在于，所述小车运动模块包括小车底盘、四个车轮和四个电机，车轮和电机分别位于小车底盘的四个方向，每个车轮分别连接相应的电机，各电机与所述直流电机驱动模块通过电性连接，组成全轮驱动的小车运动模块。


3.根据权利要求2所述的巡逻避障小车，其特征在于，所述电源模块安装在小车底部，所用的电源为7.2V、2A/h的可充电镍镉蓄电池，对所述直流电机驱动模块进行供电。


4.根据权利要求1至3任意一项所述的巡逻避障小车，其特征在于，所述麦克风阵列模块用于采集现场环境的实时音频信号，并对实时音频信号进行滤波处理，获得高质量的同步多路音频输出，在得到同步多路音频后，由所述核心控制器模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：李开源，邹嫣嫣，屠金萍，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42