本實(shí)用新型涉及空間環(huán)境監(jiān)測技術(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)境探測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著無線通信技術(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，通常遵循某種無線連接技術(shù)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。802.11Wi-Fi無線通信標(biāo)準(zhǔn)是目前應(yīng)用范圍最廣的無線接入技術(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)備對自己所處環(huán)境有一定感知、包括溫度、濕度、光線以及空間環(huán)境等綜合環(huán)境信息。

對于溫度、濕度、光線等簡單本體（local）信息，可以將溫度、濕度、光線傳感器加載于物聯(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)境信息的空間探測技術(shù)有：無線電雷達(dá)探測、光學(xué)雷達(dá)探測，由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備功率相對有限，應(yīng)用場景簡單，應(yīng)用范圍較?。ㄏ啾却笮蜔o線電雷達(dá)等），應(yīng)用空間介質(zhì)多樣（氣體、液體等），因此，上述空間探測技術(shù)不具普及和適用性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型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)境探測系統(tǒng)，在需要探測物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備所處空間環(huán)境信息的應(yīng)用場景中，利用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上的聲吶進(jìn)行空間探測，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)備的無線連接，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，本實(shí)用新型通過以下技術(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：

無線傳輸和控制模塊，其輸入端通信連接聲吶傳感器模塊，其輸出端通過無線網(wǎng)絡(luò)通信連接外部信號處理單元，該無線傳輸和控制模塊通過無線網(wǎng)絡(luò)通信將未經(jīng)處理或經(jīng)過初步處理的空間信息發(fā)送給信號處理單元。

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)備以及空間探測信號處理模塊共同構(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，其對不同空間方位信息進(jìn)行采集。

一種空間環(huán)境探測系統(tǒng)，其中，還包含：

信號處理單元，其無線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)過初步處理的空間信息；

所述的信號處理單元為無線網(wǎng)絡(luò)中的獨(dú)立設(shè)備或與在無線網(wǎng)絡(luò)中的接入點(diǎn)集成。

上述的空間環(huán)境探測系統(tǒng)，其中，還包含：

功能設(shè)備，所述物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對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)果通過有線或無線方式對功能設(shè)備進(jìn)行控制。

上述的空間環(huán)境探測系統(tǒng)，其中，還包含：

功能設(shè)備，其連接所述的信號處理單元；

所述聲吶傳感器模塊將采集的空間信息通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給信號處理單元，信號處理單元根據(jù)空間信息的解析結(jié)果對功能設(shè)備進(jìn)行控制。

上述的空間環(huán)境探測系統(tǒng)，其中：

所述空間環(huán)境探測系統(tǒng)還包含監(jiān)控設(shè)備。本實(shí)用新型與現(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)簡單靈活，與無線物聯(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，因此空間探測范圍覆蓋跨度大，信號樣本采集豐富，從而可以在信號處理單元中實(shí)現(xiàn)更好的空間信息提取算法。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的集成聲吶的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的基于集成聲吶的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的空間環(huán)境探測系統(tǒng)的實(shí)施例一系統(tǒng)圖；

圖3為本實(shí)用新型的基于集成聲吶的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的空間環(huán)境探測系統(tǒng)的實(shí)施例二系統(tǒng)圖；

圖4為本實(shí)用新型的基于集成聲吶的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的空間環(huán)境探測系統(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，通過詳細(xì)說明一個(gè)較佳的具體實(shí)施例，對本實(shí)用新型做進(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)射聲波探測信號，并采集空間反射的探測信號的功能，對應(yīng)不同空間方位的信息采集；所述物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通過無線網(wǎng)絡(luò)通信連接外接的信號處理單元，將未經(jīng)處理或經(jīng)過初步處理的空間信息發(fā)送給信號處理單元。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，通過探測聲波在介質(zhì)空間中傳播并在空間障礙物處的反射波，進(jìn)行的空間探測和障礙物探測，具體的，該物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通過聲吶傳感模塊101探測采集空間信號，并可對采集到的信號進(jìn)行空間信息提取，也可將采集到的信號或經(jīng)過初步處理的空間信息，通過無線連接發(fā)送給更高一級處理單元進(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，本實(shí)用新型中的所述物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以視具體的應(yīng)用需要，具備簡單到復(fù)雜的不同的空間探測信號處理分析能力，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信息傳輸給無線網(wǎng)絡(luò)中的信號處理單元（例如實(shí)施例二、實(shí)施例三）。

所述物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備還包含無線傳輸和控制模塊103以及基本功能模塊102，無線傳輸和控制模塊103的輸入端通信連接聲吶傳感器模塊101，其輸出端無線網(wǎng)絡(luò)通信連接信號處理單元，基本功能模塊102通信連接無線傳輸和控制模塊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中所示為本實(shí)用新型的集成聲吶的物聯(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均通過控制信號與數(shù)據(jù)接口與無線傳輸與控制模塊103連接，所示控制信號與數(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)用功能的無線設(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)備以及空間探測信號處理模塊共同構(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。對于一個(gè)聲吶探測系統(tǒng)來說，聲吶探測頻率較低，可探測空間范圍較大，探測精度較差；頻率較高，可探測空間范圍較小，探測精度較高。

本實(shí)施例中，所述的無線網(wǎng)絡(luò)可以為任意無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模式，目前，802.11 Wi-Fi無線通信標(biāo)準(zhǔn)是應(yīng)用范圍最廣的無線接入技術(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，本實(shí)用新型中主要以Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)為例。

本實(shí)用新型還公開了一種空間環(huán)境探測系統(tǒng)，其包含：

信號處理單元，其無線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)過初步處理的空間信息，所述無線物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備一般通過無線傳輸模塊鏈接到無線網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)或多個(gè)信號處理單元。信號處理單元可以為無線網(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無線網(wǎng)絡(luò)中的接入點(diǎn)（AP）與信號處理單元集成。上述信號處理單元主要負(fù)責(zé)對其收到的各聲吶傳感器節(jié)點(diǎn)采集的空間探測信號進(jìn)行空間信息提取等信號處理，以滿足各種實(shí)時(shí)應(yīng)用和非實(shí)時(shí)應(yīng)用的要求。信號處理單元通過采集到的空間探測信號，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)境探測系統(tǒng)還可以包含：

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

所述的空間環(huán)境探測系統(tǒng)還可以包含：

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

所述空間環(huán)境探測系統(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、混音器以及信號處理模塊和Wi-Fi傳輸模塊。在該設(shè)備開始工作的時(shí)候，通過內(nèi)置的三個(gè)聲吶傳感器101探測設(shè)備所在平面的360°二維空間信息，并由信號處理器進(jìn)行空間環(huán)境信息提取。三個(gè)麥克風(fēng)用來采集設(shè)備所在空間的聲音信號。空間環(huán)境信息用來協(xié)助混音器對三個(gè)麥克風(fēng)的麥克風(fēng)陣列所采集的聲音信息進(jìn)行語音信號提取和處理。本實(shí)施例中的Wi-Fi鏈路，只用來將混音器提取的語音信息發(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Wi-Fi無線鏈路進(jìn)行傳送。

實(shí)施例二

如圖3所示為一個(gè)Wi-Fi無線懸掛式麥克風(fēng)陣列，每一個(gè)Wi-Fi無線懸掛式麥克風(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采集的空間探測信息，都通過相應(yīng)的Wi-Fi鏈路傳輸至Wi-Fi接入點(diǎn)，由信號處理單元提取空間環(huán)境信息和進(jìn)行其他語音信號分離和提取。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處理單元進(jìn)行語音信號處理。

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無線液體容器自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，用來監(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無線物聯(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，并接收底部反射信號。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)行任何探測信號的處理，而是將接收到的探測信號通過與Wi-Fi接入點(diǎn)的無線鏈接，發(fā)送給接入點(diǎn)，并由接入點(diǎn)設(shè)備上的信號處理單元處理空間監(jiān)測信息；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。

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