具有入侵检测和语音功能的大坝安全监测装置的制作方法

1.本实用新型涉及的是水库监测技术领域，具体涉及具有入侵检测和语音功能的大坝安全监测装置。


背景技术：

2.水库大坝的安全管理，对保障人民生命财产和社会主义建设的安全具有重要意义。目前，水库大坝安全监测包括两部分：一部分是大坝本身的沉降、位移、变形、内部渗压、内部渗流等数据的实时采集监测；另外一部分是非水库运营人员的闯入造成的安全事故监测。
3.现有大坝安全监测装置的技术已经比较成熟，大坝数据部分的采集监测包括对大坝本身的沉降、位移、变形、内部渗压、内部渗流等数据的实时采集监测，但是没有非运营人员入侵监测、预警、语音驱离的功能，只能依赖人员巡检或者摄像头监控，大坝安全监测效率低下，而人员巡检存在时效性问题，摄像头监控则存在功耗和流量问题。
4.为了解决上述问题，设计一种新型的具有入侵检测和语音功能的大坝安全监测装置尤为必要。


技术实现要素：

5.针对现有技术上存在的不足，本实用新型目的是在于提供一种具有入侵检测和语音功能的大坝安全监测装置，结构设计合理，具有大坝数据采集、传输及预警功能，提高大坝安全监测的效率，减少误报和视频流量，降低设备功耗，易于推广使用。
6.为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：具有入侵检测和语音功能的大坝安全监测装置，包括振弦信号采集模块、文本语音转换模块、语音模块、电源模块、主处理器、麦克风模块、功放模块、微波采集模块和4g通信模块，振弦信号采集模块、文本语音转换模块、语音模块、麦克风模块、微波采集模块、4g通信模块均与主处理器连接，文本语音转换模块、语音模块均接至功放模块，所述的振弦信号采集模块、文本语音转换模块、功放模块均与电源模块连接。
7.作为优选，所述的振弦信号采集模块包括有第一运算放大器-第四运算放大器、有源滤波器、光耦合器、电压比较器和电压基准芯片，第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器相串联组成的带通滤波器与有源滤波器连接，有源滤波器通过电压比较器与光耦合器连接，电压比较器与电压基准芯片连接；所述的第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器均采用运算放大器opa2188aidr，有源滤波器采用有源滤波芯片ltc1563-2ign，光耦合器采用光耦合器6n137s，电压比较器采用电压比较器lm2903，电压基准芯片采用电压基准芯片ref3020。
8.作为优选，所述的文本语音转换模块包括有语音合成芯片，所述的语音合成芯片采用语音合成芯片syn6288，实现文本到语音的转换输出；所述的语音模块包括有解码芯片，解码芯片采用解码芯片es8388，负责进行语音解码。
9.作为优选，所述的功放模块包括有功率放大器和多路复用芯片，语音合成芯片、解码芯片均通过电路接至功率放大器，使用同一路功放，功率放大器采用功率放大器tpa3138d2pwpr，用于进行输出语音信息的放大，输出功率3w，功率放大器与多路复用芯片相接，多路复用芯片采用差分四通道数字控制模拟开关cd4052bm96。
10.作为优选，所述的电源模块包括有第一ldo电源芯片、第二ldo电源芯片、第一dcdc电源芯片、第二dcdc电源芯片，第一ldo电源芯片、第二ldo电源芯片均采用电源芯片sm8082aaac，第一dcdc电源芯片、第二dcdc电源芯片均采用电源芯片sct2459，每路电源都可以进行开关控制。
11.作为优选，所述的微波采集模块采用5.8g微波芯片，探测距离远，抗干扰能力强；所述的4g通信模块采用ec20模块。
12.本实用新型的有益效果：本装置具有大坝数据采集、传输及预警功能，能够显著提高大坝安全监测的效率，不存在人员巡检存时效性问题，同时减少误报和视频流量，还能降低设备功耗，应用前景广阔。
附图说明
13.下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型；
14.图1为本实用新型的原理框图；
15.图2为本实用新型的工作流程图；
16.图3为本实用新型振弦信号采集模块的电路图；
17.图4为本实用新型文本语音转换模块的电路图；
18.图5为本实用新型文本语音模块的电路图；
19.图6为本实用新型功放模块的电路图；
20.图7为本实用新型电源模块的电路图。
具体实施方式
21.为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
22.参照图1-7，本具体实施方式采用以下技术方案：具有入侵检测和语音功能的大坝安全监测装置，包括振弦信号采集模块1、文本语音转换模块2、语音模块3、电源模块4、主处理器5、麦克风模块6、功放模块7、微波采集模块8和4g通信模块9，振弦信号采集模块1、文本语音转换模块2、语音模块3、麦克风模块6、微波采集模块8、4g通信模块9均与主处理器5连接，文本语音转换模块2、语音模块3均接至功放模块7，所述的振弦信号采集模块1、文本语音转换模块2、功放模块7均与电源模块4连接。
23.值得注意的是，所述的振弦信号采集模块1包括有第一运算放大器u1-第四运算放大器u4、有源滤波器u5、光耦合器u6、电压比较器u7和电压基准芯片u8，第一运算放大器u1、第二运算放大器u2、第三运算放大器u3、第四运算放大器u4相串联组成的带通滤波器与有源滤波器u5连接，有源滤波器u5通过电压比较器u7与光耦合器u6连接，电压比较器u7与电压基准芯片u8连接；所述的第一运算放大器u1、第二运算放大器u2、第三运算放大器u3、第四运算放大器u4均采用运算放大器opa2188aidr，有源滤波器u5采用有源滤波芯片
ltc1563-2ign，光耦合器u6采用光耦合器6n137s，电压比较器u7采用电压比较器lm2903，电压基准芯片u8采用电压基准芯片ref3020。
24.值得注意的是，所述的文本语音转换模块2包括有语音合成芯片u9，所述的语音合成芯片u9采用语音合成芯片syn6288，实现文本到语音的转换输出；所述的语音模块3包括有解码芯片u10，解码芯片u10采用解码芯片es8388，负责进行语音解码。所述的功放模块7包括有功率放大器u11和多路复用芯片u12，语音合成芯片u9、解码芯片u10均通过电路接至功率放大器u11，使用同一路功放，功率放大器u11与多路复用芯片u12相接，功率放大器u11采用功率放大器tpa3138d2pwpr，用于进行输出语音信息的放大，输出功率3w，多路复用芯片u12采用差分四通道数字控制模拟开关cd4052bm96。
25.值得注意的是，所述的电源模块4包括有第一ldo电源芯片u13、第二ldo电源芯片u14、第一dcdc电源芯片u15、第二dcdc电源芯片u16，第一ldo电源芯片u13、第二ldo电源芯片u14均采用电源芯片sm8082aaac，分别产生3.3v数字电源、3.9v数字电源；第一dcdc电源芯片u15、第二dcdc电源芯片u16均采用电源芯片sct2459，用于产生+5v及-5v模拟电源，每路电源都可以进行开关控制。
26.此外，所述的微波采集模块8采用5.8g微波芯片，探测距离远，抗干扰能力强；所述的4g通信模块9采用ec20模块。
27.本具体实施方式振弦信号采集模块1由主处理器5内部的pwm模块产生方波信号，输出给外部的振弦传感器，激励一段时间后停止方波信号，并将振弦传感器的信号端通过继电器切换到主处理器的信号捕捉管脚，通过计时数据确定振弦信号的频率，振弦信号采集模块1用于对振弦输入信号的转换和滤波处理，由多个运放组成的带通滤波器将输入信号的的频率限制在0-5000hz范围内；主处理器将接收的音频流通过语音模块3解码输出，并将设定的文本字符通过串口发送给文本语音转换模块2，将文本转化为语音输出，文本语音转换模块2、语音模块3共同使用一路功放模块7。
28.本具体实施方式的工作流程如下：mcu开机后进行初始化，然后分三个任务执行：
[0029] (1)任务一：任务模块定时判断采集时间，到达采集时间后通过振弦信号采集模块1进行振弦信号采集，采集完成后进行数据发送时间判断，到达数据发送时间后通过4g通信模块9进行数据发送传输，然后再进入采集时间判断。
[0030]
(2)任务二：任务模块通过4g与中心平台连接，连接协议采用自定义的协议，当收到中心平台发送的语音数据时，任务模块检查文本语音转换模块2是否占用功放模块7正在输出，如果正在占用，就通知其他任务模块关闭语音输出，退出功放模块占用，任务模块将接收的语音数据通过语音模块3解码输出，当中心平台结束语音对讲后，任务模块结束语音输出，继续等待中心平台的对讲请求。
[0031]
(3)任务三：任务模块通过微波采集模块8采集微波信号，判断是否有人员入侵，如果检测到人员入侵信号，就准备进行语音输出警告。任务模块首先判断语音对讲任务是否占用了功放模块7，如果被占用，任务模块放弃本次报警语音输出，重新进行微波信号判断；如果没有被占用，就将预置的文本信息发送到文本语音转换模块2进行报警语音输出，同时对微波信号和语音对讲任务进行判断，如果人员入侵信号消失或者语音对讲任务需要占用功放模块7，就结束报警语音输出，继续进行微波信号采集。
[0032]
本具体实施方式具有大坝数据采集、传输及预警功能，通过微波传感器进行人员
入侵检测，采用语音合成芯片进行报警语音信息转换输出，并通过sip标准协议实现语音对讲，具有警告语音播报输出，以及具有跟中心服务器的语音对讲功能，实现中心服务器对入侵人员的喊话输出和对讲。该装置应用于大坝数据监测和预警，通过集成人员入侵、语音报警和语音对讲功能，同时对大坝的内部渗压、内部渗流数据以及人员入侵进行监测，提高大坝安全监测的效率，减少误报和视频流量，降低设备功耗，具有广阔的市场应用前景。
[0033]
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。