发动机声信号采样装置及基于声信号的汽车发动机故障检测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种发动机声信号采样装置及基于声信号的汽车发动机故障检测系统，包括声信号采样装置、数据处理单元和设于汽车驾驶室的显示单元，声信号采样装置与数据处理单元电连接，数据处理单元与显示单元信号连接；其中：声信号采样单元包括声音传感器、前置放大器、增益控制器、反混叠滤波器和A\D变换器，设于发动机的声音传感器采集发动机的声纹信号，采集的声纹信号依次经前置放大器、增益控制器、反混叠滤波器、A\D变换器后输入数据处理单元。本实用新型无需拆卸汽车即可随时随地准确监控汽车发动机状态，相比于基于电信号的发动机故障检测装置，本实用新型更简单，且便捷。
【专利说明】
发动机声信号采样装置及基于声信号的汽车发动机故障检测系统
技术领域
[0001]本实用新型属于发动机故障检测技术领域，具体涉及一种发动机声信号采样装置及基于声信号的汽车发动机故障检测系统。
【背景技术】
[0002]随着公路建设发展迅速，公路交通已成为经济发展不可缺少的纽带，汽车成为公路交通中最基本的工具。近些年来，中国乃至世界的汽车使用量迅猛增长，可以说汽车成为了人们生活中必不可少的工具，然而随之而来的便是汽车的故障问题。据调查显示，在多种多样的汽车故障中，发动机故障占比最大，发生事故造成的后果也最严重。如果能及时检测到汽车发动机故障并采取适当措施，将对人身及财产安全有巨大帮助。
[0003]在国外，发动机研究机构和生产厂商都十分重视发展和完善各种发动机测试技术，不论是在基础理论研究还是在应用研究上都为发动机测试技术的深入研究提供了高精度和多样化的分析手段。随着人工智能技术的发展，国外发动机故障诊断技术进入了智能化阶段，诊断的准确性大为提高。
[0004]相对于国外，我国汽车工业比较落后，汽车技术状态检测与故障诊断技术的理论研究起步较晚，特别在可靠性和实用性上与国外的差距较大。目前，国内现场的发动机故障诊断手段还很少，对运行中的发动机，往往是在司机或保养人员发现异常后，通过耳听、目艮观、手摸的方法，依赖技术人员的经验排除故障。目前国内产品，如济南无线电一厂率先研制出QFC系列发动机性能综合检测仪，无法满足汽车维修、检测行业的需要，国外产品还在市场中占据主要地位。为赶超国际先进水平、节省资金，满足国内汽车维修、检测行业的需求，急需研制开发出一种能适合我国国情的多参数、多车型、高精度、数字化和使用方便的智能型发动机综合分析仪。
[0005]就目前各国家现状来看，国家工业的发展与汽车行业的发展密不可分，一个国家的汽车行业如果十分发达，那么其工业必然发展迅速，从而使经济迅猛增长。目前，国内民用汽车市场迅速扩大，中国的汽车使用量在世界排在前列。同时，汽车发动机发生故障的情况也屡见不鲜，汽车一旦发生故障不仅影响车辆的正常运作，还会直接或间接的造成巨大的经济损失，甚至危及人身安全。在众多的信号中，电动机声信号包含的信息量最大，并且无需拆卸汽车便可搜集声信号经过科学的判断监测出故障，经发明人研究发现，使用声音识别技术可有效的发现发动机故障。目前市面的汽车发动机故障检测系统都是基于电信号。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的是提供一种发动机声信号采样装置及基于声信号的汽车发动机故障检测系统，该系统无需拆卸汽车即可准确判断发电机是否故障。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案:
[0008]—、一种发动机声信号米样装置，包括:
[0009]声音传感器、前置放大器、增益控制器、反混叠滤波器、采样保持器和A\D变换器，设于发动机的声音传感器采集发动机的声纹信号，采集的声纹信号依次经前置放大器、增益控制器、反混叠滤波器、采样保持器、A\D变换器。
[0010]二、一种基于声信号的汽车发动机故障检测系统，包括:
[0011]声信号采样装置、数据处理单元和设于汽车驾驶室的显示单元，声信号采样装置与数据处理单元电连接，数据处理单元与显示单元信号连接;其中:
[0012]声信号采样装置包括声音传感器、前置放大器、增益控制器、反混叠滤波器、采样保持器和A\D变换器，设于发动机的声音传感器采集发动机的声纹信号，采集的声纹信号依次经前置放大器、增益控制器、反混叠滤波器、采样保持器、A\D变换器。
[0013]作为优选，采用4个声音传感器设置于发动机四周，这样可全方位采集车辆运动中发动机的声纹信号，通过对多个声纹信号进行平均化处理以获得更准确的音频信号。
[0014]上述声音传感器为麦克风。
[0015]上述数据处理单元为微处理器，优选为MSP430F149处理器。
[0016]本实用新型中，声信号采样单元用来采集发动机的声纹信号。当发动机故障时，其声纹信号的特征参数会发生变化；当发动机处于不同故障时，其声纹信号的特征参数也会不同。基于此，数据处理单元采用已有算法实时提取声纹信号的特征参数，例如提取线性预测倒谱系数LPCC和美尔倒谱系数MFCC，将所提取的特征参数与当前型号发动机无故障和不同故障下的特征参数比对，以判断发动机是否故障及故障类型。显示装置用来显示发动机故障判断结果。
[0017]和现有汽车发动机故障检测技术相比，本实用新型具有如下特点:
[0018](I)采用设于电动机的声音传感器采集电动机噪声，可减小非发动机噪声的影响，从而增加采样的可靠性。
[0019](2)采用四个声信号采样单元采集，可准确采集发动机噪声信号，从而增加采样的准确性。
[0020](3)无需拆卸汽车即可随时随地监控汽车发动机状态，相比于基于电信号的发动机故障检测装置，本实用新型更简单，且便捷。
[0021](4)采用超低功耗的微处理器，可大大降低系统功耗，保证系统的实时性和长期工作。
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型的具体结构不意图；
[0023]图2为本实用新型采样单元的具体结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]见图1?2，本【具体实施方式】中，在发动机四周设置四个取样点，各取样点均设置一麦克风，用来采集发动机的声纹信号。采集的声纹信号依次经前置放大器、增益控制器、反混叠滤波器、采样保持器、A\D变换器后输入数据处理单元。数据处理单元对接收的声纹信号进行处理以判断发动机是否故障，并将判断结果反馈至接收终端。数据处理单元可采用现有技术中的已有算法分析声纹信号的特征参数，并基于特征信号特征参数判断发动机故障状态。
[0025]本【具体实施方式】中，数据处理单元采用TI公司的MSP430F149处理器，该处理器可进入3.3V的低功耗模式。考虑到低功耗要求，可采用定时采样方案，进行周期性采样。在非采样时段，数据处理单位进入低功耗模式，以此来降低系统功率;采样时段进入工作模式，这样既能够保障系统的低功率也不会影响系统的实时性。
【主权项】
1.一种发动机声信号采样装置，其特征是，包括: 声音传感器、前置放大器、增益控制器、反混叠滤波器、采样保持器和A\D变换器，设于发动机的声音传感器采集发动机的声纹信号，采集的声纹信号依次经前置放大器、增益控制器、反混叠滤波器、采样保持器、A\D变换器。2.如权利要求1所述的发动机声信号采样装置，其特征是: 所述的声音传感器有4个，设置于发动机四周。3.如权利要求1所述的发动机声信号采样装置，其特征是: 所述的声音传感器为麦克风。4.一种基于声信号的汽车发动机故障检测系统，其特征是，包括: 声信号采样装置、数据处理单元和设于汽车驾驶室的显示单元，声信号采样装置与数据处理单元电连接，数据处理单元与显示单元信号连接;其中: 声信号采样装置包括声音传感器、前置放大器、增益控制器、反混叠滤波器、采样保持器和A\D变换器，设于发动机的声音传感器采集发动机的声纹信号，采集的声纹信号依次经前置放大器、增益控制器、反混叠滤波器、采样保持器、A\D变换器。5.如权利要求4所述的基于声信号的汽车发动机故障检测系统，其特征是: 所述的声音传感器有4个，设置于发动机四周。6.如权利要求4所述的基于声信号的汽车发动机故障检测系统，其特征是: 所述的声音传感器为麦克风。7.如权利要求4所述的基于声信号的汽车发动机故障检测系统，其特征是: 所述的数据处理单元为MSP430F149处理器。
【文档编号】G01M15/12GK205483568SQ201620143987
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年2月25日
【发明人】孙景锋, 田胜, 俞乙琦, 孟曦婷, 李德识
【申请人】武汉大学