吹直笛打電話？


重現柯南名場景！


Yu-Hsun Lee
@PyConTW 2021

名偵探柯南－戰慄的樂譜 (2008)

數學建模黑客松

你們似乎已經抵達出口附近，但是依然有碎石擋住，

確認你們的位置後，調查團會⽤⼯具打通⼀條通路，

不過因為目前遺跡構造不穩，不能隨意開挖，

只能等你們提供所在位置後才能打通。

因為遺跡內不穩，所有⾏為都可能導致崩塌，

不要⼤聲呼叫、拍打，

請⽤其他的⽅式，設法通知調查團你們的所在位置。

直笛?!
1209 Hz 1336 Hz 1477 Hz
697 Hz 1 2 3
770 Hz 4 5 6
852 Hz 7 8 9
941 Hz * 0 #

雙音多頻訊號

Dual-Tone Multi-Frequency, DTMF
低頻
高頻

傅立葉轉換

Fourier Transform












頻譜分析
Example Code - PyAudio

import pyaudio
import numpy as np
pa = pyaudio.PyAudio()
stream = pa.open(format = pyaudio.paInt16,
                 channels = 1,
                 rate = 44100,
                 input_device_index = INPUT_DEVICE_INDEX,
                 input = True,
                 output = False,
                 frames_per_buffer = 8192)
while True:
    au_buffer = stream.read(8192, exception_on_overflow = False)
    au_array = np.frombuffer(au_buffer, dtype = np.int16)
    spec_x = np.fft.fftfreq(8192, d = 1.0 / 44100 )
    spec_y = np.abs(np.fft.fft(au_array))
Example Code - Peak Finding

def findfreq(spec_x,spec_y):
    kidx = np.abs(spec_x - 1000).argmin()
    index1 = np.argmax(spec_y[:kidx])
    index2 = np.argmax(spec_y[kidx:4096]) + kidx
    return (spec_x[index1], spec_x[index2])
Example Code - DTMF Decode

def dtmf(freq1, freq2):
    keypad = [["1", "2", "3", "A"],
              ["4", "5", "6", "B"],
              ["7", "8", "9", "C"],
              ["*", "0", "#", "D"]]
    row = np.array([697, 770, 852, 941])			
    col = np.array([1209, 1336, 1477, 1633])
    ridx = np.where(np.abs(row - freq1) < 25)[0]
    cidx = np.where(np.abs(col - freq2) < 25)[0]
    try: 
        k = keypad[ridx[0]][cidx[0]]
    except: 
        k = None 
    return k












頻譜分析（解碼中）

硬體介紹與控制

流程架構

聲音訊號

樹莓派+USB音效卡

繼電器模組

電控鎖

電控鎖

陽極鎖（通電鎖門）

陰極鎖（通電開門）

繼電器模組
繼電器模組
繼電器模組
繼電器模組
組裝電路
Example Code - Relay

					import pigpio

					relay = 23 # GPIO

					pi = pigpio.pi() # Access the local Pi's GPIO
					pi.set_mode(relay, pigpio.OUTPUT) # Set GPIO to output mode

					pi.write(relay, 0) # LOW, Door Locked
					pi.write(relay, 1) # HIGH, Door Unlocked

成品展示

Demo

Q&A