[发明专利]一种面向行为感知的便捷超声多路收发硬件系统

权利要求书

1.一种面向行为感知的便捷超声多路收发硬件系统，包括：

麦克风阵列，为1-4个可采集超声频段的MEMS数字麦克风组成的阵列；

USB同步收发声卡，包括微控制器、时钟源、USB通信电路、音频DAC、低噪声LDO及麦克风接口，所述麦克风阵列通过麦克风接口与USB同步收发声卡连接，实现单收或多收；

带操作系统的平台，其USB接口与USB同步收发声卡通过USB通信线连接，识别所述USB同步收发声卡为USB音频播放和录音设备；

超声发生音响，通过音频线与USB同步收发声卡连接，包括线性电源、信号冲击保护及节能电路、宽频功放电路以及扬声器，所述USB同步收发声卡输出信号经宽频功放电路功率放大后推动扬声器发出声波，所述USB同步收发声卡采用分两条单声道的音频线连接两台超声发生音响，从而实现单发或独立两发；

其特征在于，所述USB同步收发声卡采用以ARM Cortex M4/M7为内核的STM32F4/F7xx高性能微控制器芯片作为主控处理器，控制器时钟源采用24.576MHz的外部高精度有源带温度补偿的晶振，其外围设置了控制按键、播放和录音音频数据流的状态监测指示灯以及外设接口；USB通信电路由STM32片内USB_OTG_FS外设设计，音频DAC采用ES9023立体声音频数模转换芯片，通过STM32片内I2S外设接口连接ES9023，进而实现对音频数据流信号的解码和输出；USB同步收发声卡各电路采用3.3V电压，即采用低噪声LDO将USB通信电路的VBUS转成3.3V，麦克风接口为STM32片内SAI外设A模块和B模块配合定时器扩展出的四路接口。

2.根据权利要求1所述面向行为感知的便捷超声多路收发硬件系统，其特征在于，每个MEMS数字麦克风为L声道或R声道的PCB小板，通过组合L声道和R声道两种MEMS数字麦克风并接入到USB同步收发声卡上的麦克风接口，实现1-4通道的声波数据流实时同步采集。

3.根据权利要求2所述面向行为感知的便捷超声多路收发硬件系统，其特征在于，所述麦克风阵列为双麦或四麦阵列模式，将L/R麦克风小板对应接入到麦克风接口后，切换USB同步收发声卡上的拨动开关再插入带操作系统的平台，实现两种模式的转换；其中，麦克风接口为4个FPC接口，其内使用SAI1外设的SAI A模块作为主模式，SAI B模块作为从模式，SAI A引出的I2S连接在1、3号FPC接口，SAI B引出的I2S连接在2、4号FPC接口，同一模块的两个接口接入L声道和R声道两种不同的PCB小板；双麦阵列模式下接入1-2个麦实现单/双通道采集，四麦阵列模式下接入1-4个麦实现1-4通道采集。

4.根据权利要求1所述面向行为感知的便捷超声多路收发硬件系统，其特征在于，所述USB同步收发声卡只采用一个时钟源，以在硬件上保证收发同步。

5.根据权利要求1所述面向行为感知的便捷超声多路收发硬件系统，其特征在于，所述USB同步收发声卡中，以24.576MHz的晶振提供外部高速时钟，通过设计STM32的内部PLL和时钟树的分配，将24.576MHz的外部高速时钟最终分配给接收模式的SAI外设6.144MHz，再经过定时器二分频后给数字麦克风提供3.072MHz的位时钟频率，分配给发送模式的I2S外设98.304MHz，使得最终连接在I2S上的音频DAC ES9023的MCLK为24.576MHz，进而使得音频收和发的采样率都为96K。

6.根据权利要求1所述面向行为感知的便捷超声多路收发硬件系统，其特征在于，所述带操作系统的平台的操作系统为liux、Windows或macOS，当与USB同步收发声卡连接后，上电并枚举完成将USB同步收发声卡识别为USB音频设备，带操作系统的平台作为主机，USB同步收发声卡作为从机，通过在带操作系统的平台设计上位机程序，控制该USB音频设备驱动的API进而实现音频数据流的输出和输入，从而在带操作系统的平台上实现信号的相关处理。