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集成聲吶的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備及其適用的空間環(huán)境探測(cè)系統(tǒng)的制作方法

文檔序號(hào):11947194閱讀:264來(lái)源:國(guó)知局
集成聲吶的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備及其適用的空間環(huán)境探測(cè)系統(tǒng)的制作方法與工藝

本發(fā)明涉及空間環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種集成聲吶的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備及其適用的空間環(huán)境探測(cè)系統(tǒng)。



背景技術(shù):

隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用范圍的擴(kuò)張,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和設(shè)備獲得了高速發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以是各種信息傳感器和控制器,也可以是各種智能化的家用電器。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通過(guò)多種方式接入互聯(lián)網(wǎng),形成一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)從人向物的延伸。

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間,通常遵循某種無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。802.11Wi-Fi無(wú)線(xiàn)通信標(biāo)準(zhǔn)是目前應(yīng)用范圍最廣的無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一,在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域,Wi-Fi物聯(lián)網(wǎng)接入方式更是應(yīng)用最廣,成本最低,可擴(kuò)展性最好的物聯(lián)網(wǎng)接入方式之一。

同時(shí),人工智能技術(shù)也在快速發(fā)展中,當(dāng)人工智能技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合,構(gòu)成智能物聯(lián)網(wǎng)時(shí),將會(huì)要求物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對(duì)自己所處環(huán)境有一定感知、包括溫度、濕度、光線(xiàn)以及空間環(huán)境等綜合環(huán)境信息。

對(duì)于溫度、濕度、光線(xiàn)等簡(jiǎn)單本體(local)信息,可以將溫度、濕度、光線(xiàn)傳感器加載于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上獲得。而空間環(huán)境信息,作為一項(xiàng)關(guān)鍵的環(huán)境信息,其獲取方法相對(duì)復(fù)雜,通常需要根據(jù)空間填充介質(zhì),空間范圍大小和具體應(yīng)用需要,選取合適的技術(shù)類(lèi)型和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

常用的獲取空間環(huán)境信息的空間探測(cè)技術(shù)有:無(wú)線(xiàn)電雷達(dá)探測(cè)、光學(xué)雷達(dá)探測(cè),由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備功率相對(duì)有限,應(yīng)用場(chǎng)景簡(jiǎn)單,應(yīng)用范圍較?。ㄏ啾却笮蜔o(wú)線(xiàn)電雷達(dá)等),應(yīng)用空間介質(zhì)多樣(氣體、液體等),因此,上述空間探測(cè)技術(shù)不具普及和適用性。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的在于提供一種集成聲吶的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備及其適用的空間環(huán)境探測(cè)系統(tǒng),在需要探測(cè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備所處空間環(huán)境信息的應(yīng)用場(chǎng)景中,利用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上的聲吶進(jìn)行空間探測(cè),并可以在本地進(jìn)行空間環(huán)境信息分析,也可以利用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的無(wú)線(xiàn)連接,將獲得的空間環(huán)境信息發(fā)送給更強(qiáng)的信息處理設(shè)備,以進(jìn)行更詳細(xì)的空間環(huán)境信息處理和分析。

為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):

一種集成聲吶的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,其特征是:

所述的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備包含一個(gè)或多個(gè)聲吶傳感器模塊,對(duì)應(yīng)不同空間方位的信息采集。

上述的集成聲吶的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,其中,還包含:

無(wú)線(xiàn)傳輸和控制模塊,其輸入端通信連接聲吶傳感器模塊,其輸出端通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信連接外部信號(hào)處理單元,該無(wú)線(xiàn)傳輸和控制模塊通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信將未經(jīng)處理或經(jīng)過(guò)初步處理的空間信息發(fā)送給信號(hào)處理單元。

上述的集成聲吶的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,其中:

所述的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備還包含基本功能模塊。

上述的集成聲吶的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,其中:

所述基本功能模塊為任意應(yīng)用功能設(shè)備。

上述的集成聲吶的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,其中:

所述的聲吶傳感器模塊為超聲波波段的聲吶傳感器,或由可感聲波波段的音響設(shè)備和聲音采集設(shè)備以及空間探測(cè)信號(hào)處理模塊共同構(gòu)成,或是上述兩個(gè)波段的組合傳感器系統(tǒng)。

一種空間環(huán)境探測(cè)系統(tǒng),其特征是,包含:

分布設(shè)置在空間環(huán)境中的一個(gè)或多個(gè)所述的集成聲吶的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,其對(duì)不同空間方位信息進(jìn)行采集。

一種空間環(huán)境探測(cè)系統(tǒng),其中,還包含:

信號(hào)處理單元,其無(wú)線(xiàn)通信連接所述的集成聲吶的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,接收物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備發(fā)送的未經(jīng)處理或經(jīng)過(guò)初步處理的空間信息;

所述的信號(hào)處理單元為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的獨(dú)立設(shè)備或與在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的接入點(diǎn)集成。

上述的空間環(huán)境探測(cè)系統(tǒng),其中,還包含:

功能設(shè)備,所述物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對(duì)聲吶傳感器模塊采集的空間信息進(jìn)行解析使用,并根據(jù)解析結(jié)果通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)方式對(duì)功能設(shè)備進(jìn)行控制。

上述的空間環(huán)境探測(cè)系統(tǒng),其中,還包含:

功能設(shè)備,其連接所述的信號(hào)處理單元;

所述聲吶傳感器模塊將采集的空間信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給信號(hào)處理單元,信號(hào)處理單元根據(jù)空間信息的解析結(jié)果對(duì)功能設(shè)備進(jìn)行控制。

上述的空間環(huán)境探測(cè)系統(tǒng),其中:

所述空間環(huán)境探測(cè)系統(tǒng)還包含監(jiān)控設(shè)備。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):聲吶傳感器節(jié)點(diǎn)布設(shè)簡(jiǎn)單靈活,與無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備集成,可以實(shí)現(xiàn)空間信息的本地采集;同時(shí)易于實(shí)現(xiàn)聲吶傳感器大間距布設(shè)和大數(shù)量布設(shè),空間位置多樣,因此空間探測(cè)范圍覆蓋跨度大,信號(hào)樣本采集豐富,從而可以在信號(hào)處理單元中實(shí)現(xiàn)更好的空間信息提取算法。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的集成聲吶的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖;

圖2為本發(fā)明的基于集成聲吶的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的空間環(huán)境探測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施例一系統(tǒng)圖;

圖3為本發(fā)明的基于集成聲吶的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的空間環(huán)境探測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施例二系統(tǒng)圖;

圖4為本發(fā)明的基于集成聲吶的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的空間環(huán)境探測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施例三系統(tǒng)圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖,通過(guò)詳細(xì)說(shuō)明一個(gè)較佳的具體實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。

一種集成聲吶的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,其包含一個(gè)或多個(gè)聲吶傳感器模塊101,聲吶傳感器模塊101具有發(fā)射聲波探測(cè)信號(hào),并采集空間反射的探測(cè)信號(hào)的功能,對(duì)應(yīng)不同空間方位的信息采集;所述物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信連接外接的信號(hào)處理單元,將未經(jīng)處理或經(jīng)過(guò)初步處理的空間信息發(fā)送給信號(hào)處理單元。上述集成聲吶的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以利用可感聲波或超聲波等機(jī)械波,通過(guò)探測(cè)聲波在介質(zhì)空間中傳播并在空間障礙物處的反射波,進(jìn)行的空間探測(cè)和障礙物探測(cè),具體的,該物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通過(guò)聲吶傳感模塊101探測(cè)采集空間信號(hào),并可對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行空間信息提取,也可將采集到的信號(hào)或經(jīng)過(guò)初步處理的空間信息,通過(guò)無(wú)線(xiàn)連接發(fā)送給更高一級(jí)處理單元進(jìn)行更詳細(xì)的空間信息分析和處理,或者配合其他應(yīng)用的信號(hào)處理需要,即實(shí)現(xiàn)了在本地進(jìn)行空間環(huán)境信息分析利用,也實(shí)現(xiàn)了將獲得的空間環(huán)境信息發(fā)送給更強(qiáng)的信息處理設(shè)備,進(jìn)行詳細(xì)的空間環(huán)境信息處理或空間建模等更復(fù)雜的分析的功能。即,本發(fā)明中的所述物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以視具體的應(yīng)用需要,具備簡(jiǎn)單到復(fù)雜的不同的空間探測(cè)信號(hào)處理分析能力,如有些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要本地處理分析空間環(huán)境信息,以配合其他功能模塊應(yīng)用(例如實(shí)施例一),有些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備不需要本地處理功能,只需要將采集到的空間探測(cè)信息傳輸給無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的信號(hào)處理單元(例如實(shí)施例二、實(shí)施例三)。

所述物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備還包含無(wú)線(xiàn)傳輸和控制模塊103以及基本功能模塊102,無(wú)線(xiàn)傳輸和控制模塊103的輸入端通信連接聲吶傳感器模塊101,其輸出端無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信連接信號(hào)處理單元,基本功能模塊102通信連接無(wú)線(xiàn)傳輸和控制模塊103。

所述基本功能模塊102為任意應(yīng)用功能設(shè)備,如家電控制、照明控制、其他數(shù)據(jù)采集處理等,如圖1中所示為本發(fā)明的集成聲吶的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的一種實(shí)施方式,該物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以具有兩個(gè)聲吶傳感器模塊101(如,對(duì)應(yīng)不同空間方位的采集),基本功能模塊102和聲吶傳感器模塊101均通過(guò)控制信號(hào)與數(shù)據(jù)接口與無(wú)線(xiàn)傳輸與控制模塊103連接,所示控制信號(hào)與數(shù)據(jù)接口可以為標(biāo)準(zhǔn)接口如UART、SPI、I2S、USB、SDIO、I2C等,也可以為非標(biāo)準(zhǔn)私有定義接口。

所述集成聲吶的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以為支持其他應(yīng)用功能的無(wú)線(xiàn)設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等加上聲吶傳感器模塊構(gòu)成,如Wi-Fi燈組設(shè)備附加聲吶傳感器模塊、Wi-Fi家用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備附加聲吶傳感器模塊等,也可以為僅具有聲吶空間探測(cè)傳感功能的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。

所述的聲吶傳感器模塊101為超聲波波段的聲吶傳感器,或由可感聲波波段的音響設(shè)備和聲音采集設(shè)備以及空間探測(cè)信號(hào)處理模塊共同構(gòu)成,或是上述兩個(gè)波段的組合傳感器系統(tǒng)。上述聲吶傳感器工作頻率可以為較高頻段的可感聲波,如7kHz至 20kHz,也可以為超聲波頻段。對(duì)于一個(gè)聲吶探測(cè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō),聲吶探測(cè)頻率較低,可探測(cè)空間范圍較大,探測(cè)精度較差;頻率較高,可探測(cè)空間范圍較小,探測(cè)精度較高。

本實(shí)施例中,所述的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可以為任意無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸模式,目前,802.11 Wi-Fi無(wú)線(xiàn)通信標(biāo)準(zhǔn)是應(yīng)用范圍最廣的無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一,在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域,Wi-Fi 物聯(lián)網(wǎng)接入方式更是應(yīng)用最廣,成本最低,可擴(kuò)展性最好的物聯(lián)網(wǎng)接入方式之一,本發(fā)明中主要以Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)為例。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種空間環(huán)境探測(cè)系統(tǒng),其包含:

信號(hào)處理單元,其無(wú)線(xiàn)通信連接所述的集成聲吶的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,接收物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備發(fā)送的未經(jīng)處理或經(jīng)過(guò)初步處理的空間信息,所述無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備一般通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸模塊鏈接到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)處理單元。信號(hào)處理單元可以為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的獨(dú)立設(shè)備,也可以與網(wǎng)絡(luò)中其他設(shè)備功能集成,如在Wi-Fi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的接入點(diǎn)(AP)與信號(hào)處理單元集成。上述信號(hào)處理單元主要負(fù)責(zé)對(duì)其收到的各聲吶傳感器節(jié)點(diǎn)采集的空間探測(cè)信號(hào)進(jìn)行空間信息提取等信號(hào)處理,以滿(mǎn)足各種實(shí)時(shí)應(yīng)用和非實(shí)時(shí)應(yīng)用的要求。信號(hào)處理單元通過(guò)采集到的空間探測(cè)信號(hào),可以提取出空間距離信息,障礙物位置信息,室內(nèi)空間范圍,甚至室內(nèi)家具物品表面材質(zhì)信息等,具體的,該模塊功能可以利用軟件方式靈活實(shí)現(xiàn)。

所述的空間環(huán)境探測(cè)系統(tǒng)還可以包含:

功能設(shè)備,所述物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對(duì)聲吶傳感器模塊101采集的空間信息進(jìn)行解析使用,并根據(jù)解析結(jié)果通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)方式對(duì)功能設(shè)備進(jìn)行控制。

所述的空間環(huán)境探測(cè)系統(tǒng)還可以包含:

功能設(shè)備,其連接所述的信號(hào)處理單元;所述聲吶傳感器模塊101將采集的空間信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給信號(hào)處理單元,信號(hào)處理單元根據(jù)空間信息的解析結(jié)果對(duì)功能設(shè)備進(jìn)行控制。

所述空間環(huán)境探測(cè)系統(tǒng)還包含監(jiān)控設(shè)備。

實(shí)施例一

如圖2所示為一個(gè)市面常見(jiàn)的Wi-Fi桌面放置式陣列麥克風(fēng),本實(shí)施例中的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備內(nèi)置三個(gè)麥克風(fēng)、三個(gè)聲吶傳感器101、混音器以及信號(hào)處理模塊和Wi-Fi傳輸模塊。在該設(shè)備開(kāi)始工作的時(shí)候,通過(guò)內(nèi)置的三個(gè)聲吶傳感器101探測(cè)設(shè)備所在平面的360°二維空間信息,并由信號(hào)處理器進(jìn)行空間環(huán)境信息提取。三個(gè)麥克風(fēng)用來(lái)采集設(shè)備所在空間的聲音信號(hào)??臻g環(huán)境信息用來(lái)協(xié)助混音器對(duì)三個(gè)麥克風(fēng)的麥克風(fēng)陣列所采集的聲音信息進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)提取和處理。本實(shí)施例中的Wi-Fi鏈路,只用來(lái)將混音器提取的語(yǔ)音信息發(fā)送給揚(yáng)聲器進(jìn)行播放,系統(tǒng)所獲得的空間信息,不需要通過(guò)Wi-Fi無(wú)線(xiàn)鏈路進(jìn)行傳送。

實(shí)施例二

如圖3所示為一個(gè)Wi-Fi無(wú)線(xiàn)懸掛式麥克風(fēng)陣列,每一個(gè)Wi-Fi無(wú)線(xiàn)懸掛式麥克風(fēng)上都內(nèi)置一個(gè)聲吶傳感器101。該設(shè)備不進(jìn)行任何信號(hào)處理,麥克風(fēng)采集的聲音信息和聲吶傳感器101采集的空間探測(cè)信息,都通過(guò)相應(yīng)的Wi-Fi鏈路傳輸至Wi-Fi接入點(diǎn),由信號(hào)處理單元提取空間環(huán)境信息和進(jìn)行其他語(yǔ)音信號(hào)分離和提取。如實(shí)施例一,本實(shí)施例中設(shè)備所得空間信息也可以用于輔助信號(hào)處理單元進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)處理。

實(shí)施例三

如圖4所示為一個(gè)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,具體為一個(gè)Wi-Fi無(wú)線(xiàn)液體容器自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng),用來(lái)監(jiān)控容器中液體容量,和液體底部沉積物的形態(tài)。圖中C1和C2為兩個(gè)液體容器,用于存儲(chǔ)某種液體,斜線(xiàn)部分代表液體部分,底部灰色部分代表容器中的沉積物質(zhì)。圖中S1和S2為兩個(gè)漂浮式Wi-Fi無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備,聲吶傳感器101置于該物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備底部(圖中未顯示),周期性的用聲吶傳感器101向液體中以一定的扇區(qū)寬度垂直發(fā)送聲波信號(hào),并接收底部反射信號(hào)。本實(shí)施例中的兩個(gè)漂浮式監(jiān)控設(shè)備S1和S2可以不進(jìn)行任何探測(cè)信號(hào)的處理,而是將接收到的探測(cè)信號(hào)通過(guò)與Wi-Fi接入點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)鏈接,發(fā)送給接入點(diǎn),并由接入點(diǎn)設(shè)備上的信號(hào)處理單元處理空間監(jiān)測(cè)信息;或者也可以在漂浮式監(jiān)控設(shè)備S1和S2上進(jìn)行部分空間信息提取,將初步處理結(jié)果發(fā)送給Wi-Fi接入點(diǎn)上的信號(hào)處理單元進(jìn)行綜合處理。最終獲得的容器中液體部分深度,以及液體底部沉積物的表面形態(tài)信息,提供給監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行容器存儲(chǔ)的綜合管理。若容器豎壁上標(biāo)有刻度,則可以在該物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備上配置攝像頭,在聲吶傳感器101進(jìn)行底部掃描的同時(shí),利用攝像頭讀取容器中液體表面高度的刻度信息,以利于監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控液體底部沉積物厚度。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹,但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后,對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此,本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。

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