工业广播预警系统设计与实现

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工业广播报警系统主要应用于环境恶劣、危险系数较高的生产场所,一旦发生紧急情况,系统能够及时发出广播报警信号,保证工作人员按照要求安全撤离,极大限度地降低企业的经济损失。目前工业广播报警系统主要分为数字式和模拟式两种,数字式广播报警系统克服了模拟系统兼容性差、扩展性低、安装复杂以及故障率高等缺陷,在工业中有着更广泛的应用。但数字广播系统在运行过程中容易受到各种噪声的干扰,致使播放的语音信号蕴含大量的噪声,降低了语音信号的可识别度。如何对含噪语音信号进行分析,去除信号中的噪声,从而改善信号的信噪比,是本文的研究重点。本论文对最小均方误差(LMS)算法进行改进,设计工业广播报警A+B双冗余系统方案,并在嵌入式系统中实现,主要研究内容具体阐述如下:(1)针对最小均方误差(LMS)算法在语音降噪中快速收敛的时候,无法兼顾稳态误差这一缺陷,本文在LMS算法基础上引入小波阈值算法对语音信号进行降噪处理。首先,使用小波软阈值算法对语音信号进行时频分析,实现噪声的初步去除;然后,通过建立步长因子和误差信号之间的非线性函数关系,提出一种新的变步长LMS算法,对语音信号进一步降噪处理。实验结果表明,基于小波阈值的变步长LMS语音降噪算法在信噪比(SNR)、均方误差(MSE)、感知语音质量评估(PESQ)上有较大的改善,提高了本系统话站之间通话的品质。(2)设计数字化工业广播报警A+B双冗余系统,当主系统发生故障时,能够自动切换备用系统,在提高系统稳定性的同时,还可以保证系统业务的连续性。系统的硬件设计是以ARM为核心,采用光纤连接两个系统,系统之间通过组播的形式建立同步及通信连接,备份系统监听主系统的节点信息,当收到主系统发生故障的信息时,自动切换备用系统并利用日志和镜像恢复文件目录。故障切换测试结果验证了数字化A+B双冗余系统的设计可以提高系统的可靠性。(3)搭建工业广播报警A+B双冗余系统硬件平台,并将提出的语音降噪算法在平台上实现。对工业广播报警系统的话站、扬声器、SIP通话以及语音信号去噪算法进行系统测试。测试结果表明,系统能够实现广播、报警和双向通话功能;本文提出的算法可有效提高工业广播报警系统语音信号的准确度,改善系统的抗噪声干扰性。在测试过程中出现的问题均得到及时修改和完善,系统运行稳定,达到了预期的设计需求。
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