Категории
Звуковой радар своими руками: слушаем небо на Raspberry Pi
2025-11-27 14:46:50 | Статья из категории: Безопасность
Так мыслишки, вроде где то уже идейку писал но вот еще разок. Надо сделать звуковой радар против дронов. А то какую то куйню в новосятх пишут, вдруг откуда ни возьмись повяилася в ... взорвал НПЗ никто не заметил как дрон пролетел через всю страну )) Пока идея, но вроде вполне реализиуема. Кому интересно может продолжить.
Или: как из «говна и палок» сделать систему раннего обнаружения летающих штук с ДВС — без радаров, без RF, без разрешений.
Если вы слышали, как скутер без глушителя переключает передачи за 5 км — вы уже наполовину звуковой радар. Осталось автоматизировать.
Зачем это вообще?
- Радары не видят низколетящие цели за горами и лесами.
- RF-детекторы не работают против самодельных БПЛА без Wi-Fi.
- А вот звук двигателя без глушителя — слышен за километры, особенно ночью.
- И его невозможно заглушить, не заглушив сам двигатель.
Задача: пассивно слушать, понимать — «это не птица», и хотя бы знать, откуда пришёл звук.
Что понадобится (бюджет ~7 тыс. ₽)
- Raspberry Pi Zero 2 W (или Orange Pi Zero) — 2000 ₽
- 2 шт. цифровых микрофона INMP441 (I2S) — по 700 ₽
- Плата-адаптер или пайка вручную — можно без неё
- Аккумулятор + солнечная панель (опционально) — от 1000 ₽
- Корпус, провода, термоусадка — что найдётся
Почему INMP441? Он цифровой, малошумный, хорошо ловит низкие частоты (50–500 Гц), и его легко подключить по шине I2S к Pi.
Как это работает: TDOA
Мы используем метод Time Difference of Arrival (TDOA):
- Звук доходит до одного микрофона чуть раньше, чем до второго.
- Разница во времени — микросекунды.
- Из неё можно вычислить угол прихода (азимут).
Формула упрощённо:
Δt = (d * sin(θ)) / v → θ = arcsin((Δt * v) / d)
Где:
Δt— разница во времени,d— расстояние между микрофонами (например, 0.3 м),v— скорость звука (~343 м/с),θ— угол от перпендикуляра к базе.
Подключение микрофонов к Raspberry Pi
INMP441 — I2S-микрофон. Подключаем так:
INMP441 #1 → Raspberry Pi -------------------------------- LRCLK (WS) → GPIO18 (PIN12) BCLK (SCK) → GPIO19 (PIN35) DOUT (SD) → GPIO20 (PIN38) GND → GND 3.3V → 3.3V L/R → GND (левый) / 3.3V (правый)
То же самое — для второго микрофона, но L/R наоборот.
Включаем I2S в /boot/config.txt:
dtparam=i2s=on dtoverlay=i2s-mmap
Проверяем:
arecord -l # Должен появиться «audioinjector-pi-soundcard» или подобное
Простой Python-скрипт для определения направления
Устанавливаем зависимости:
sudo apt install python3-pip libatlas-base-dev pip3 install numpy pyaudio
Код (упрощённая версия):
import pyaudio
import numpy as np
# Настройки
RATE = 48000
CHUNK = 4096
FORMAT = pyaudio.paInt16
CHANNELS = 2
p = pyaudio.PyAudio()
stream = p.open(format=FORMAT,
channels=CHANNELS,
rate=RATE,
input=True,
frames_per_buffer=CHUNK)
def cross_correlation(sig1, sig2):
corr = np.correlate(sig1 - np.mean(sig1), sig2 - np.mean(sig2), mode='full')
return corr.argmax() - (len(sig2) - 1)
while True:
data = np.frombuffer(stream.read(CHUNK), dtype=np.int16)
left = data[0::2]
right = data[1::2]
delay = cross_correlation(left, right)
# Переводим в микросекунды
dt = delay / RATE * 1e6 # мкс
print(f"Задержка: {dt:.1f} мкс")
# Пример: если |dt| > 200 мкс → есть направление
if abs(dt) > 200:
print("⚠️ Обнаружен направленный звук!")
Это база. Дальше можно:
- Фильтровать низкие частоты (50–800 Гц),
- Считать уровень сигнала (SPL),
- Отправлять в Telegram при обнаружении «двигателя».
Что дальше? (Твой ход!)
- Вращающаяся «труба»: поставь микрофоны на сервопривод — сканируй горизонт.
- Параболическое зеркало: вырежь из фанеры, обклей фольгой — +15 дБ усиления.
- Сеть постов: несколько «слушалок» → триангуляция положения!
- ИИ-классификатор: обучи модель распознавать «скутер», «самолёт», «ветер».
А теоретические 20 км? Ну… если поставить такой пост в тайге ночью при инверсии — и объект с мощным мотором летит низко… почему бы и нет? Главное — **слушать первым**.
IoT-версия: звуковой радар на ESP32 + LoRa, питание от батареек (с аналоговым триггером)
Чтобы ESP32 не тратил заряд на «прослушку вхолостую», мы добавим аналоговый звуковой сторож — простую схему, которая будит микроконтроллер только при громком звуке (например, двигателе без глушителя).
Теперь узел спит месяцами, а просыпается — только когда действительно что-то услышал.
Архитектура системы
- Аналоговый сторож (микрофон + компаратор) — работает всегда, потребляет ~0.3 мА.
- ESP32 — спит в deep sleep (~10 мкА), просыпается по сигналу от сторожа.
- Цифровые I2S-микрофоны — включаются только после пробуждения для анализа.
- LoRa — передаёт данные, затем всё снова засыпает.
Что понадобится
- ESP32-WROOM-32
- 2 шт. I2S-микрофона (INMP441 или SPH0645)
- Модуль LoRa (SX1278, 868 МГц)
- Электретный микрофон (капсула или модуль KY-038)
- Операционный усилитель/компаратор (LM358 или MCP6002)
- Потенциометр 10 кОм, диод 1N4148, конденсаторы 100 нФ / 10 мкФ
- Аккумулятор 18650 + TP4056
Схема подключения «сторожа»
Подключаем выход компаратора («DO» модуля KY-038 или самодельной схемы) к GPIO34 ESP32.
[Аналоговый звуковой модуль]
DO → GPIO34 (EXT0 wake-up pin)
GND → GND
VCC → 3.3V
⚠️ Только GPIO32–39 поддерживают EXT0 wake-up из deep sleep. GPIO34–39 — входы только, но этого достаточно.
Оценка времени работы
Потребление: - Сторож: 0.3 мА (постоянно) - ESP32 в сне: 0.01 мА - ESP32 активен: ~80 мА, но только 2–3 сек после события Если событий мало (1–2 раза в день): → Средний ток ≈ 0.31 мА Батарея 3000 мА·ч: T = 3000 / 0.31 ≈ 9677 ч ≈ 13 месяцев!
Даже без солнца — такой узел проработает **почти год**. А с солнечной панелью — **вечно**.
Код для ESP32 (Arduino IDE)
Установи библиотеки: LoRa, I2S.
#include <I2S.h>
#include <LoRa.h>
#include <driver/rtc_io.h>
#define WAKEUP_PIN 34 // EXT0 pin (только 32-39)
// Настройки аудио
#define SAMPLE_RATE 16000
#define BUFFER_SIZE 1024
#define MIC_LEFT 0
void setup() {
Serial.begin(115200);
// Проверяем причину пробуждения
esp_sleep_wakeup_cause_t wakeup_reason = esp_sleep_get_wakeup_cause();
if (wakeup_reason == ESP_SLEEP_WAKEUP_EXT0) {
Serial.println("Пробуждение: громкий звук!");
// Инициализация I2S
I2S.setAllPins(25, 26, 27); // BCK, DIN, LRCK
I2S.begin(I2S_PHILIPS_MODE, SAMPLE_RATE, 16);
// Инициализация LoRa
SPI.begin(18, 19, 23, 5);
LoRa.setPins(5, 14, 2);
LoRa.begin(868E6);
LoRa.setTxPower(17);
// Анализ звука (можно улучшить)
if (detectEngine()) {
sendData(estimateAzimuth());
}
delay(1000); // дать всем завершиться
} else {
Serial.println("Холодный старт — засыпаю.");
}
// Готовимся к глубокому сну
esp_sleep_enable_ext0_wakeup((gpio_num_t)WAKEUP_PIN, 1); // HIGH = пробуждение
esp_deep_sleep_start();
}
bool detectEngine() {
int16_t samples[BUFFER_SIZE];
I2S.read(samples, BUFFER_SIZE * sizeof(int16_t));
long sum = 0;
for (int i = 0; i < BUFFER_SIZE; i += 2) {
int16_t val = samples[i + MIC_LEFT];
sum += (long)val * val;
}
float rms = sqrt((float)sum / (BUFFER_SIZE / 2));
return (rms > 1500); // порог подбирается
}
float estimateAzimuth() {
// Упрощённо: можно расширить позже
return 180.0; // заглушка
}
void sendData(float azimuth) {
LoRa.beginPacket();
LoRa.write(0xAA);
LoRa.write((uint8_t)azimuth);
LoRa.write(0x55);
LoRa.endPacket();
Serial.println("LoRa: данные отправлены");
}
Как настроить аналоговый модуль
- Подключи модуль KY-038 к 3.3 В.
- Поверни потенциометр на модуле так, чтобы светодиод не горел в тишине.
- Хлопни в ладоши или включи скутер — светодиод должен мигнуть.
- Теперь выход DO будет подавать HIGH при громком звуке — этого хватит, чтобы разбудить ESP32.
Что получаем?
- Полностью пассивный, батарейный узел обнаружения.
- Работает до года от одной 18650.
- Передаёт данные по LoRa на 5–10 км.
- Можно расставить по лесу — и знать, где «что-то гудит».
Это не фантастика. Это — IoT-радар настоящего самоделкина.
Вывод
Звуковой радар — это не магия. Это:
- Физика,
- Два микрофона,
- Кусок кода,
- И немного здравого смысла.
И иногда — это единственное, что замечает, что «что-то не так в небе».
Автор: самоделкин с дачи.
Лицензия: делай, копируй, улучшай — но не продавай как своё.
Обновлено: ноябрь 2025.
Комментарии
Пока нет комментариев. Будьте первым!