一種區(qū)域范圍內(nèi)目標(biāo)對(duì)象的定位裝置的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種定位裝置，尤其涉及區(qū)域范圍內(nèi)目標(biāo)對(duì)象的定位裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著智能家居行業(yè)的不斷發(fā)展，在居住環(huán)境下越來(lái)越多的智能化設(shè)備和硬件得到廣泛應(yīng)用。隨著用戶(hù)在家居范圍內(nèi)位置的變化，相應(yīng)的智能設(shè)備根據(jù)預(yù)設(shè)完成功能、參數(shù)等調(diào)整，從而提高家居生活的舒適度。在這之中，如何準(zhǔn)確獲知用戶(hù)在房屋中的位置及其位置變化就成了亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。
[0003]針對(duì)上述需要，目前主流的解決方案是基于W1-Fi的定位，通過(guò)判斷手機(jī)是否連入特定的W1-Fi網(wǎng)絡(luò)來(lái)確定是否人來(lái)到該房屋，并在此基礎(chǔ)上基于W1-Fi信號(hào)的強(qiáng)弱來(lái)判斷人的大概位置。此種技術(shù)方案，從其技術(shù)原理而言，判斷的是接入W1-Fi網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備所在位置。一旦這些設(shè)備并未攜帶于用戶(hù)身上，那么確定其位置就失去了意義。
[0004]其它類(lèi)似的技術(shù)方案，例如通過(guò)ZigBee或藍(lán)牙等方式組網(wǎng)計(jì)算手機(jī)或定位器的位置，或者通過(guò)超聲波、紅外、激光、RFID信標(biāo)等將房屋分割成不同的網(wǎng)絡(luò)空間，通過(guò)計(jì)算定位器在不同的信標(biāo)附近來(lái)判斷定位器的位置，這些技術(shù)都是基于對(duì)手機(jī)或其它定位器的位置判斷來(lái)推斷用戶(hù)的實(shí)際位置，而非直接得到用戶(hù)的真實(shí)位置。一旦用戶(hù)不攜帶定位器、手機(jī)等裝置，定位所得位置即沒(méi)有實(shí)際價(jià)值。
[0005]同時(shí)，上述定位方式對(duì)用戶(hù)的生活習(xí)慣、家居裝修風(fēng)格、生活場(chǎng)景等存在一些具體的要求，需要用戶(hù)在進(jìn)行室內(nèi)裝修時(shí)就要考慮到未來(lái)的智能家居應(yīng)用，難于為用戶(hù)所接受，也提高了裝修成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型公開(kāi)了室內(nèi)、倉(cāng)庫(kù)內(nèi)或其它區(qū)域范圍內(nèi)目標(biāo)對(duì)象的定位裝置，通過(guò)采集目標(biāo)對(duì)象的聲音實(shí)現(xiàn)直接確定其位置，不僅安裝簡(jiǎn)單，無(wú)需大規(guī)模部署，而且能夠準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)判斷目標(biāo)對(duì)象的位置，便于推廣應(yīng)用。
[0007]具體地說(shuō)，本實(shí)用新型是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]—種區(qū)域范圍內(nèi)目標(biāo)對(duì)象的定位裝置，包括:
[0009]至少三個(gè)非共線(xiàn)的拾音器，所述拾音器用于收集區(qū)域內(nèi)的聲音；
[0010]拾音器均連接至同一個(gè)音頻信號(hào)采集器，該音頻信號(hào)采集器接收拾音器傳輸?shù)穆曇粜盘?hào)并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；
[0011 ] 音頻信號(hào)采集器連接運(yùn)算單元，該運(yùn)算單元包括存儲(chǔ)器和處理器。其中，存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)每個(gè)拾音器的位置和距離；處理器根據(jù)所連接的音頻信號(hào)采集器采集對(duì)應(yīng)拾音器手收集目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的聲音的時(shí)間差和拾音器的位置計(jì)算音源對(duì)象的位置。
[0012]在上述中，所稱(chēng)的區(qū)域范圍，指的是有限面積下非開(kāi)放空間，例如室內(nèi)環(huán)境、倉(cāng)庫(kù)環(huán)境、商場(chǎng)環(huán)境等；所稱(chēng)的目標(biāo)對(duì)象，指的是在區(qū)域范圍內(nèi)要定位的對(duì)象，通常是人，然而根據(jù)需要，定位動(dòng)物或其它能夠發(fā)出聲音的對(duì)象也是可以的；所稱(chēng)的聲音信號(hào)，可以是目標(biāo)對(duì)象發(fā)出的聲音，例如人說(shuō)話(huà)的聲音，也可以是目標(biāo)對(duì)象在移動(dòng)過(guò)程中形成的運(yùn)動(dòng)聲音，例如人步行時(shí)的腳步聲。
[0013]為了提高聲音采集的準(zhǔn)確度，建立多維度上的聲音信號(hào)來(lái)源，可以分別在空氣、固體表面等環(huán)境下安裝多組定位裝置。
[0014]在上述中，所稱(chēng)的位于空氣環(huán)境中指的是通過(guò)支架或者懸掛的方式將拾音器懸空；上述所稱(chēng)的固體，指的是區(qū)域范圍內(nèi)的任何固定支撐物，包括但不限于地板，墻體，管道，支架等。
[0015]在最低的安裝成本下，所述拾音器為三個(gè)，構(gòu)成三角形分布，拾音器之間的距離不低于2cm。
[0016]為了提高聲音采集的準(zhǔn)確度，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，根據(jù)需要提高拾音器的數(shù)量和分別密度是可行的。
[0017]為了實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)對(duì)象聲音的準(zhǔn)確采集，所述拾音器連接有音頻功率放大器和帶通濾波器。其中，音頻功率放大器放大目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的聲音，帶通濾波器根據(jù)要定位的目標(biāo)對(duì)象特征將背景噪聲濾除。
[0018]在上述中，根據(jù)目標(biāo)對(duì)象的聲音特征，例如采集的是人說(shuō)話(huà)的聲音，帶通濾波器限定頻率在20_20kHz之間即可，其它的聲音均被濾除，降低了后續(xù)的運(yùn)算負(fù)擔(dān)；采用音頻功率放大器，經(jīng)過(guò)放大的音頻信號(hào)屬于電壓-時(shí)間信號(hào)，以便進(jìn)入音頻信號(hào)采集器的工作范圍進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。
[0019]為了防止不同來(lái)源的聲音信號(hào)之間產(chǎn)生干擾和混淆，所述拾音器上設(shè)有隔音裝置，用于隔離非采集來(lái)源的聲音。
[0020]具體地說(shuō)，當(dāng)拾音器用于采集空氣傳播的聲音，隔音裝置安裝在拾音器與其支撐結(jié)構(gòu)之間；當(dāng)拾音器采集固體傳播的聲音，隔音裝置貼合拾音器與固體表面。
[0021]對(duì)于區(qū)域范圍內(nèi)存在多個(gè)同類(lèi)相似目標(biāo)對(duì)象的情形，本實(shí)用新型的定位裝置還設(shè)有模式識(shí)別單元，所述模式識(shí)別單元連接于運(yùn)算單元與音頻信號(hào)采集器之間，用于識(shí)別定位對(duì)象的具體類(lèi)型。
[0022]在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中，模式識(shí)別的方法是多種多樣的，其均可用于本實(shí)用新型的技術(shù)方案。一種典型的實(shí)現(xiàn)方案是將聲音采樣數(shù)據(jù)FFT變換后在模式識(shí)別單元中通過(guò)ANNs (人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法)進(jìn)行模式識(shí)別，特定目標(biāo)的識(shí)別結(jié)果直接傳輸至運(yùn)算單元使其獲取得到目標(biāo)對(duì)象的方位和身份。
[0023]上述的模式識(shí)別單元可以從市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)，市場(chǎng)上有多種固化ANNs等算法能夠直接分析對(duì)象模式并輸出識(shí)別結(jié)果的DSP或ARM通用處理器或類(lèi)似的硬件包在銷(xiāo)售。
[0024]在上述技術(shù)上，本實(shí)用新型的定位裝置不僅可以在自身的存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)定位信息，可以將定位結(jié)果傳輸至遠(yuǎn)程的服務(wù)器或手機(jī)，以便基于定位信息實(shí)現(xiàn)更豐富的智能家居應(yīng)用。
[0025]本實(shí)用新型的定位裝置，在用戶(hù)全程無(wú)需攜帶任何定位器的情況下即可準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)用戶(hù)位置的定位，并識(shí)別用戶(hù)在家中的行走軌跡，極大提高了用戶(hù)位置定位的舒適性，便于用戶(hù)接受；同時(shí)，由于是基于聲音特征進(jìn)行定位，無(wú)論是穿鞋，光腳，洗澡，裸體等各種生活情形下都可以追蹤定位用戶(hù)的位置，并在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)用戶(hù)行為、分析用戶(hù)習(xí)慣等，為智能家居提供重要的參考信息和數(shù)據(jù)支持。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為本實(shí)用新型的定位裝置工作原理示意圖；
[0027]圖2為本實(shí)用新型的定位裝置的一種具體實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]在下述實(shí)施中，為了說(shuō)明本實(shí)用新型定位裝置的原理和實(shí)現(xiàn)方式，申請(qǐng)人以三個(gè)拾音器作為結(jié)構(gòu)示意以說(shuō)明本實(shí)用新型的定位裝置如何得到目標(biāo)對(duì)象的位置。這并非限定性的，更多的拾音器分布，基于類(lèi)似的計(jì)算方式同樣涵蓋于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0029]參考圖1，顯示了本實(shí)用新型定位裝置的工作原理，在區(qū)域范圍內(nèi)，安裝A、B、C三個(gè)拾音器，在安裝以后拾音器的位置和其之間的距離為a，b，c即是確定的。若空間中有聲音，聲音出發(fā)后分別到達(dá)A、B、C三個(gè)拾音器。由于三個(gè)拾音器不共線(xiàn)，因此三個(gè)拾音器將于不同時(shí)刻接收到聲音。假設(shè)分別在h，t2，t3時(shí)刻接收到聲音，聲音的速度是V，則聲波到達(dá)三個(gè)拾音器的差值為:
[0030]TBA= 12-tir TCB= 13_t2，TCA= 13-t1D
[0031 ] 可通過(guò)下述聯(lián)立方程組獲得音源距離三個(gè)拾音器距離為:XA，XB, Xc:
[0032]XB-XA= Τ BAV
[0033]XC_XB=TCBV
[0034]XC-XA= Τ CAV0
[0035]根據(jù)音源的具體位置和相互距離a，b，c，即可得目標(biāo)對(duì)象的位置和相對(duì)三個(gè)拾音器的發(fā)聲角度。
[0036]參考圖2，顯示了本實(shí)用新型定位裝置的一種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，在裝置D內(nèi)，安裝有三個(gè)位于不同位置的拾音器A、B、Co其中，拾音器A具有隔音板M1，拾音器B、C有隔音板M2、M3 ο
[0037]開(kāi)啟定位裝置的電源Ρ后，三個(gè)拾音器采集的音頻信號(hào)傳導(dǎo)到具有前置音頻放大器的帶通濾波器Gl、G2、G3，輸出特定音頻范圍內(nèi)的聲音信號(hào)，聲音信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)采集器Τ進(jìn)行AD模數(shù)轉(zhuǎn)換將聲音信號(hào)分布轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，MCU運(yùn)算單元根據(jù)數(shù)字信號(hào)中所攜帶的拾音器收到目標(biāo)對(duì)象聲音的時(shí)間值計(jì)算其時(shí)間差，并根據(jù)聲音的傳播速度和預(yù)存儲(chǔ)的三個(gè)拾音器的位置，根據(jù)內(nèi)置的圖1所示原理的算法計(jì)算出目標(biāo)對(duì)象的具體位置。
[0038]對(duì)于存在多個(gè)具有類(lèi)似音頻特征的對(duì)象，例如多個(gè)人，在運(yùn)算單元上連接模式識(shí)別單元Ζ，該模式識(shí)別單元接收來(lái)自音頻信號(hào)采集器的數(shù)字信號(hào)，基于內(nèi)置的算法實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)象的識(shí)別和分類(lèi)，并將其識(shí)別結(jié)果傳輸給運(yùn)算單元。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種區(qū)域范圍內(nèi)目標(biāo)對(duì)象的定位裝置，其特征在于包括至少三個(gè)非共線(xiàn)的拾音器，拾音器均連接至同一音頻信號(hào)采集器，音頻信號(hào)采集器連接到運(yùn)算單元，所述運(yùn)算單元包括存儲(chǔ)器和處理器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位裝置，其特征在于所述拾音器為三個(gè)，組成三角形，拾音器之間的距離不低于2cm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位裝置，其特征在于所述拾音器連接有音頻功率放大器和帶通濾波器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位裝置，其特征在于所述拾音器上設(shè)有隔音裝置。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的定位裝置，其特征在于隔音裝置安裝在拾音器與其支撐結(jié)構(gòu)之間；和/或隔音裝置貼合拾音器與固體表面。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位裝置，其特征在于還設(shè)有模式識(shí)別單元，所述模式識(shí)別單元連接于運(yùn)算單元與音頻信號(hào)采集器之間。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種區(qū)域范圍內(nèi)目標(biāo)對(duì)象的定位裝置，包括至少三個(gè)非共線(xiàn)的拾音器,拾音器均連接至同一音頻信號(hào)采集器，音頻信號(hào)采集器連接到運(yùn)算單元，所述運(yùn)算單元包括存儲(chǔ)器和處理器。本實(shí)用新型公開(kāi)的定位裝置利用聲音實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)對(duì)象的定位，無(wú)需定位對(duì)象安裝任何傳感器即可準(zhǔn)確追蹤用戶(hù)的位置，提高了用戶(hù)的應(yīng)用體驗(yàn)，極大改善了在智能家居等應(yīng)用環(huán)境下的適用性。
【IPC分類(lèi)】G01S5/22
【公開(kāi)號(hào)】CN205091456
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520582393
【發(fā)明人】張亞光
【申請(qǐng)人】張亞光
【公開(kāi)日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年8月5日