一种用于声学相机的声学传感器阵列控制电路的制作方法

本实用新型属于声源分析技术领域，尤其是涉及一种用于声学相机的声学传感器阵列控制电路。

背景技术：

在声音与图像综合采集技术中，声学相机作为使声音可视化的尖端测量装备，是多媒体信息通信设备、家电、汽车、建筑等多样的领域中需要的新技术装备。声学相机是利用声学传感器阵列测量一定范围内的声场分布的专用设备，可用于测量物体发出的声音的位置和声音辐射的状态，并用云图方式显示出直观的图像，即声成像测量。

声学传感器阵列是利用多个声学传感器测量声源发生的声波，通过声学传感器采集声源信号。现有的声学传感器阵列上的多个声学传感器是由不同的时钟源分别将信号发送至不同的传感器中，但是不同的时钟源发送会造成声学传感器的信号不同步，造成信号采集的同步性差，从而影响声学传感器阵列采集的精度低。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种结构简单、声学传感器信号同步性高、采集精度高的用于声学相机的声学传感器阵列控制电路。

本实用新型的技术方案如下：

一种用于声学相机的声学传感器阵列控制电路，包括：

声学传感器阵列，用于感应采集声源的声音信号；

数字声信号处理模块，用于接收所述声音信号进行处理并转换为数字信号；

主控单元，用于向所述声学传感器阵列发出激励时钟信号并接收所述数字信号和光学图像，根据所述数字信号和光学图像处理得到声学数据帧和图像数据帧；

所述主控单元包括晶体振荡器、位时钟锁相环、字节锁相环、位时钟分配单元、字节时钟分配单元和转换器，所述晶体振荡器用于发出位时钟信号及字节时钟信号，所述位时钟锁相环用于将所述位时钟信号发送至所述位时钟分配单元中，所述字节锁相环用于将所述字节信号发送至所述字节时钟分配单元中，所述位时钟分配单元和字节时钟单元分别将接收到的位时钟信号与字节时钟信号分配多个输出信号并发送至所述转换器中，所述转换器用于接收与转换所述位时钟信号及字节信号，并输送至声学传感器单元；

所述声学传感器阵列上设有8个支路，且在每个所述支路上均匀分布有8个声学传感器单元，8个所述声学传感器单元包括4个主通道传感器和4个附属通道传感器，每个所述主通道传感器与其对应的每个所述附属通道传感器电连接，所述转换器与所述主通道传感器相对应电连接。

在上述技术方案中，每个所述主通道传感器对应电连接一个所述转换器，且所述转换器的数量为32个。

在上述技术方案中，所述位时钟分配单元包括8个位时钟分配器，且该位时钟分配器采用一分四的时钟分配器。

在上述技术方案中，所述字节时钟分配单元包括8个字节时钟分配器，且该字节时钟分配器采用一分四的时钟分配器。

在上述技术方案中，所述转换器采用二进一出的转换器。

在上述技术方案中，所述声学传感器单元在曲面或平面上呈螺旋渐开型圆阵分布。

在上述技术方案中，所述主通道传感器与所述附属通道传感器通过平行双绞线连接。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

1.声学传感器阵列上安装的多个声学传声器单元中包括主通道传感器和与其相对应的附属通道传感器，同一个主控单元发出时钟源信号，信号通过分配器向阵列的传声器单元分配输出信号，从而向声学传感器传递来自同一时钟源的时钟信号，有效保证声学传感器单元的时钟信号同步，降低时钟信号的同步误差，提高声学传感器的数据采样的可靠性。

2.转换器在接收到位时钟信号及字节时钟信号后，将两路信号转换为一输出信号后再发送至传感器单元中，有效保证传送信号的同步，提高声学传感器的数据采样的稳定性。

3.字节时钟与位时钟配合，将传感器采集到的数据准确定位采集，保证采集数据传送的整体性高。

附图说明

图1是本实用新型的用于声学相机的声学传感器阵列控制电路的结构示意图；

图2是本实用新型中主控发送激励时钟的时钟同步网络的结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，决不限制本实用新型的保护范围。

实施例1

如图所示，本实用新型的用于声学相机的声学传感器阵列控制电路，包括：

声学传感器阵列，用于感应采集声源的声音信号；

数字声信号处理模块(型号为ADAU7002)，用于接收声音信号进行处理并转换为数字信号；

主控单元，用于向声学传感器阵列发出激励时钟信号并接收数字信号和光学图像，根据数字信号和光学图像处理得到声学数据帧和图像数据帧；

主控单元包括晶体振荡器、位时钟锁相环、字节锁相环、位时钟分配单元、字节时钟分配单元和转换器，晶体振荡器用于发出位时钟信号及字节时钟信号，位时钟锁相环用于将位时钟信号发送至位时钟分配单元中，字节锁相环用于将字节信号发送至字节时钟分配单元中，位时钟分配单元和字节时钟单元分别将接收到的位时钟信号与字节时钟信号分配多个输出信号并发送至转换器中，转换器用于接收与转换位时钟信号及字节信号，并输送至声学传感器单元；

声学传感器阵列上设有8个支路，且在每个支路上均匀分布有8个声学传感器单元，8个声学传感器单元包括4个主通道传感器和4个附属通道传感器，每个主通道传感器与其对应的每个附属通道传感器电连接，转换器与主通道传感器相对应电连接。

进一步地说，位时钟分配单元包括8个位时钟分配器，且该位时钟分配器采用一分四的时钟分配器，字节时钟分配单元包括8个字节时钟分配器，且该字节时钟分配器采用一分四的时钟分配器，其中，时钟分配器的型号为CDCLVC1004。

进一步地说，转换器采用二进一出的转换器，转换器的型号为ADAU7002。

进一步地说，传感器采样得到的数据是以bit(位)为单位的，其中位时钟即多长时间采集一次；字节时钟是在传感器采样得到的数据，根据采样得到的数据，确定寻找出20bit的位置，位时钟确定数据中的第一位数据的位置，字节时钟是在根据第一位数据的位置后确定以第一位数据位置为准的后面20位的位置，从而处理为一次传输的20位的时钟信号，处理后的20位的时钟信号传送至主控单元中。

进一步地说，晶体振荡器与位时钟锁相环、字节锁相环为一个整体，在晶振信号进入到相对应的位时钟锁相环、字节锁相环后，从位时钟锁相环、字节锁相环出来的信号为3.072MHz，经过信号处理后的输出时钟为48KHz，适合声学传感器单元的采样频率。

一种用于声学相机的声学传感器阵列控制电路的控制方法，包括以下步骤：

(1)主控单元中的晶体振荡器分别通过位时钟锁相环与字节锁相环转换为位时钟信号及字节时钟信号，并将信号发送至位时钟分配单元及字节时钟分配单元中；

(2)位时钟分配单元通过8个时钟分配器分配出32个位时钟输出信号，并将该位时钟输出信号发送至转换器中，同时字节时钟分配单元通过8个时钟分配器分配出32个字节时钟信号输出信号，并将该字节时钟输出信号发送至与其逐一对应的32个转换器中；

(3)转换器接收到位时钟输出信号与字节时钟信号输出信号后，将所述32个位时钟输出信号及32个字节时钟输出信号转换后发送至与其逐一对应的32个主通道传感器中，每个主通道传感器传输将位时钟输出信号与字节时钟信号输出信号至与其相对应的附属通道传感器中，从而完成声学传感器单元的位时钟信号及字节时钟信号的同步；

(4)在位时钟信号与字节时钟信号同步完成后，触发声学传感器单元工作，采集声源的声音信号，并将该声音信号发送至数字声信号处理模块；

(5)数字声信号处理模块对声音信号进行处理转换为数字信号，并将该数字信号发送至主控单元，从而完成声学传感器阵列的控制。

声学传感器单元的采样频率是48KHz，并且数据输出采用单线制传输，在通过同一个晶体振荡器同时发出位时钟信号及字节时钟信号激励主通道传感器及附属通道传感器，将晶体振荡器发出的输入时钟的信号频率3.072MHz转化为输出时钟的48KHz，保证时钟信号的同步，并且保证了声源采样的高同步性和高可靠性。

实施例2

在实施例1的基础上，传感器的个数满足2ⁿ，数字声信号处理以及数据传输的机制按照实施例1的分配方案分别相对应进行扩充，即可完成时钟的同步。

实施例3

在实施例1的基础上，传感器的数量可以根据实际需求情况进行调整，可以增加传感器数量也可以减少传感器的数量。

其中，以128个传感器为例，根据实施例1的传感器的阵型为基础，对其支路进行相对应的扩展，即可完成128个传感器的阵列排布，从而得到同步性好的声学传感器阵列。

实施例4

在实施例1的基础上，主控单元采用FPGA单元，数字声信号处理模块采用ADAU芯片，ADAU芯片可以将立体声脉冲调制(PDM)位流转换为脉冲码调制音频(PCM)数据，同时还可以配置TDM时隙。声学传感器单元在曲面或平面上呈螺旋渐开型圆阵分布。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的等同变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。