[發(fā)明專利]一種面向行為感知的便捷超聲多路收發(fā)硬件系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010983711.0
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號(hào): CN112152728B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王天本;汪志勝;陳子毅;劉伯欽;陳丹艷;胡瑾
• 申請（專利權(quán)）人: 西北農(nóng)林科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B11/00
• 分類號(hào): H04B11/00;H04B1/40
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 段俊濤

1.一種面向行為感知的便捷超聲多路收發(fā)硬件系統(tǒng)，包括：

麥克風(fēng)陣列，為1-4個(gè)可采集超聲頻段的MEMS數(shù)字麥克風(fēng)組成的陣列；

USB同步收發(fā)聲卡，包括微控制器、時(shí)鐘源、USB通信電路、音頻DAC、低噪聲LDO及麥克風(fēng)接口，所述麥克風(fēng)陣列通過麥克風(fēng)接口與USB同步收發(fā)聲卡連接，實(shí)現(xiàn)單收或多收；

帶操作系統(tǒng)的平臺(tái)，其USB接口與USB同步收發(fā)聲卡通過USB通信線連接，識(shí)別所述USB同步收發(fā)聲卡為USB音頻播放和錄音設(shè)備；

超聲發(fā)生音響，通過音頻線與USB同步收發(fā)聲卡連接，包括線性電源、信號(hào)沖擊保護(hù)及節(jié)能電路、寬頻功放電路以及揚(yáng)聲器，所述USB同步收發(fā)聲卡輸出信號(hào)經(jīng)寬頻功放電路功率放大后推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲波，所述USB同步收發(fā)聲卡采用分兩條單聲道的音頻線連接兩臺(tái)超聲發(fā)生音響，從而實(shí)現(xiàn)單發(fā)或獨(dú)立兩發(fā)；

其特征在于，所述USB同步收發(fā)聲卡采用以ARM Cortex M4/M7為內(nèi)核的STM32F4/F7xx高性能微控制器芯片作為主控處理器，控制器時(shí)鐘源采用24.576MHz的外部高精度有源帶溫度補(bǔ)償?shù)木д瘢渫鈬O(shè)置了控制按鍵、播放和錄音音頻數(shù)據(jù)流的狀態(tài)監(jiān)測指示燈以及外設(shè)接口；USB通信電路由STM32片內(nèi)USB_OTG_FS外設(shè)設(shè)計(jì)，音頻DAC采用ES9023立體聲音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，通過STM32片內(nèi)I2S外設(shè)接口連接ES9023，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對音頻數(shù)據(jù)流信號(hào)的解碼和輸出；USB同步收發(fā)聲卡各電路采用3.3V電壓，即采用低噪聲LDO將USB通信電路的VBUS轉(zhuǎn)成3.3V，麥克風(fēng)接口為STM32片內(nèi)SAI外設(shè)A模塊和B模塊配合定時(shí)器擴(kuò)展出的四路接口。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述面向行為感知的便捷超聲多路收發(fā)硬件系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)MEMS數(shù)字麥克風(fēng)為L聲道或R聲道的PCB小板，通過組合L聲道和R聲道兩種MEMS數(shù)字麥克風(fēng)并接入到USB同步收發(fā)聲卡上的麥克風(fēng)接口，實(shí)現(xiàn)1-4通道的聲波數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)同步采集。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述面向行為感知的便捷超聲多路收發(fā)硬件系統(tǒng)，其特征在于，所述麥克風(fēng)陣列為雙麥或四麥陣列模式，將L/R麥克風(fēng)小板對應(yīng)接入到麥克風(fēng)接口后，切換USB同步收發(fā)聲卡上的撥動(dòng)開關(guān)再插入帶操作系統(tǒng)的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)兩種模式的轉(zhuǎn)換；其中，麥克風(fēng)接口為4個(gè)FPC接口，其內(nèi)使用SAI1外設(shè)的SAI A模塊作為主模式，SAI B模塊作為從模式，SAI A引出的I2S連接在1、3號(hào)FPC接口，SAI B引出的I2S連接在2、4號(hào)FPC接口，同一模塊的兩個(gè)接口接入L聲道和R聲道兩種不同的PCB小板；雙麥陣列模式下接入1-2個(gè)麥實(shí)現(xiàn)單/雙通道采集，四麥陣列模式下接入1-4個(gè)麥實(shí)現(xiàn)1-4通道采集。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述面向行為感知的便捷超聲多路收發(fā)硬件系統(tǒng)，其特征在于，所述USB同步收發(fā)聲卡只采用一個(gè)時(shí)鐘源，以在硬件上保證收發(fā)同步。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述面向行為感知的便捷超聲多路收發(fā)硬件系統(tǒng)，其特征在于，所述USB同步收發(fā)聲卡中，以24.576MHz的晶振提供外部高速時(shí)鐘，通過設(shè)計(jì)STM32的內(nèi)部PLL和時(shí)鐘樹的分配，將24.576MHz的外部高速時(shí)鐘最終分配給接收模式的SAI外設(shè)6.144MHz，再經(jīng)過定時(shí)器二分頻后給數(shù)字麥克風(fēng)提供3.072MHz的位時(shí)鐘頻率，分配給發(fā)送模式的I2S外設(shè)98.304MHz，使得最終連接在I2S上的音頻DAC ES9023的MCLK為24.576MHz，進(jìn)而使得音頻收和發(fā)的采樣率都為96K。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述面向行為感知的便捷超聲多路收發(fā)硬件系統(tǒng)，其特征在于，所述帶操作系統(tǒng)的平臺(tái)的操作系統(tǒng)為liux、Windows或macOS，當(dāng)與USB同步收發(fā)聲卡連接后，上電并枚舉完成將USB同步收發(fā)聲卡識(shí)別為USB音頻設(shè)備，帶操作系統(tǒng)的平臺(tái)作為主機(jī)，USB同步收發(fā)聲卡作為從機(jī)，通過在帶操作系統(tǒng)的平臺(tái)設(shè)計(jì)上位機(jī)程序，控制該USB音頻設(shè)備驅(qū)動(dòng)的API進(jìn)而實(shí)現(xiàn)音頻數(shù)據(jù)流的輸出和輸入，從而在帶操作系統(tǒng)的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)信號(hào)的相關(guān)處理。