專利名稱：點名定位裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子技術領域，尤其涉及一種適用于課堂的準確點名，防止學生替別人應答的點名定位裝置。
背景技術：
目前，各大院校都要求上課點名以確定學生的出勤率，并依此為依據(jù)幫助教師進行對學生平時分的判定，以及督促學生自覺地去課堂上課。目前的點名方式主要有按名單逐一點名或簽到以及基于圖像識別技術點名。按名單逐一點名主要為:教師根據(jù)名單逐一點名，有人應答則視為出勤；按名單逐一簽到主要為:根據(jù)預先打印的名單，由學生在自己名字對應欄目下簽名以示出勤。但是按名單逐一點名或簽到都存在代替點名的情況，特別在學期剛開始時，教師還不能認識所有學生，更無法避免代替點名的情況。而目前已知的基于圖像識別技術點名有:中國專利公開文件CN101763664A “一種基于圖像識別技術的電子點名冊”，本發(fā)明公開了一種基于圖像識別技術的電子點名冊，其特點是讓選修某課程的學生坐在制定座位，并拍攝成反映位置關系的初始化數(shù)碼照片，經過簡單的圖像分割，為每個座位生成對應的編碼序列，然后在相應座位上填上表示座位上是否由學生坐著的數(shù)字符號I與O。在接下來的學期里，每次上課只需拍攝一張數(shù)碼照片，經相同方法處理后在計算機上與初始化的照片進行比對，通過觀察對應位置上的數(shù)字符號是否匹配來確定學生的出勤狀況，來統(tǒng)計曠課次數(shù)。本發(fā)明可有效減少上課前點名的時間，且每個位置都是預先制定好的，從而大大增加了學生出勤率的準確性。其不足之處是:需要通過后期圖像處理，并與預先制定的座位所應對應的學生進行比對才能判斷相應學生的出勤情況，無法在點名同·時進行直觀判斷；且拍照設備比較昂貴，不利于該設備的普及。

實用新型內容本實用新型的目的在于解決上述問題，提供一種點名定位裝置，該裝置利用聲電轉換原理，采用聲達時間差算法，能精確、快速地得出應答學生的位置，并在有人代替應答時及時給出提示。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術方案。一種點名定位裝置，包括聲源定位模塊、單片機以及報警模塊；所述聲源定位模塊包括溫度傳感器和麥克風陣列；所述單片機與所述聲源定位模塊電性相連，用于向所述聲源定位模塊發(fā)出控制信號，以及對所述聲源定位模塊傳送的信號進行分析獲得應答位置；所述報警模塊與所述單片機電性相連，用于在兩次獲得的應答位置相同時發(fā)出警報。進一步，所述麥克風陣列包括至少3個麥克風。進一步，所有所述麥克風均包括駐極體話筒和NE555芯片。進一步，所述報警模塊包括蜂鳴器，所述蜂鳴器用于在兩次獲得的應答位置相同時發(fā)出警報聲。[0012]可選的，所述的蜂鳴器采用壓電式蜂鳴器。進一步，所述報警模塊還包括數(shù)碼管，所述數(shù)碼管用于在所述蜂鳴器發(fā)出警報聲時顯示相應應答位置的平面坐標。本實用新型點名定位裝置的積極效果是:(I)檢測精度高、適用范圍廣；(2)操作簡單，信號采集以及定位均通過單片機控制完成，對于操作者的技術要求低；(3)設備結構簡單，價格低廉，有利于推廣。

圖1是本實用新型點名定位裝置的結構示意圖；圖2是本實用新型點名定位裝置應答位置定位示意圖。圖中的標號分別表示:11、聲源定位模塊； 111、溫度傳感器；112、麥克風陣列；12、單片機；121、計時器；13、報警模塊；131、蜂鳴器；132、數(shù)碼管。
具體實施方式

·[0024]
以下結合附圖對本實用新型一種點名定位裝置做詳細說明。參見圖1，一種點名定位裝置，包括聲源定位模塊11、單片機12以及報警模塊13。所述聲源定位模塊11包括溫度傳感器111和麥克風陣列112。所述溫度傳感器111用于采集學生應答時的環(huán)境溫度，并將采集到的溫度信號傳送至所述單片機12 ;所述麥克風陣列112用于記錄學生應答時，應答位置發(fā)出的聲音信號到達所述麥克風陣列112中不同麥克風的時間，并將所記錄的時間信號傳送至所述單片機12。所述麥克風陣列112包括至少3個麥克風，所有所述麥克風均包括極體話筒和NE555芯片。其中，駐極體話筒具有體積小、結構簡單、電聲性能好、價格低的特點；NE555芯片可以使發(fā)送的電信號為可調節(jié)，可根據(jù)實際測量環(huán)境做相應調整。由于聲音信號到達麥克風陣列112中各個麥克風的時間不同、能量不同，故不同麥克風的聲音模擬信號不同，所以到達麥克風陣列112中各個麥克風的聲音信號轉換的電信號也不同，所以需要對麥克風陣列112中的所有麥克風進行初始化。所述單片機12與所述聲源定位模塊11電性相連，用于向所述聲源定位模塊11發(fā)出控制信號，控制所述溫度傳感器111采集學生應答時的環(huán)境溫度，以及控制所述麥克風陣列112采集學生應答時發(fā)出的聲音信號；所述單片機12還用于對所述聲源定位模塊11傳送的信號進行分析獲得應答位置。所述單片機12可以采用凌陽61型單片機，其具有低功耗、低電壓以及指令系統(tǒng)功能強、效率高的優(yōu)點。所述單片機12還可以包括一計時器121，設定所述計時器121每0.5秒向所述聲源定位模塊11發(fā)出控制信號，使其工作。所述單片機12根據(jù)所述溫度傳感器111傳送的溫度信號，通過查表法得出聲速。因為固定溫度的聲速是確定的，根據(jù)記錄的溫度通過查表法即可得出相應的聲速；且查表法比利用算法來計算聲速的速度快。所述單片機12根據(jù)所述麥克風陣列112中不同麥克風傳送的時間信號，得出時間差。單片機12通過所獲得出的聲速和時間差，利用聲達時間差法得出發(fā)出應答聲音的應答位置的平面坐標。所述報警模塊13與所述單片機12電性相連，用于在兩次獲得的應答位置相同時發(fā)出警報。當單片機12對所述聲源定位模塊11所采集到的信號進行處理，得出同一水平位置有大于等于2次的應答聲時(即兩次獲得的應答位置相同)，觸發(fā)報警模塊13發(fā)出警報以及時提示教師該位置有人替答。所述報警模塊13包括蜂鳴器131，所述蜂鳴器131用于在兩次獲得的應答位置相同時發(fā)出警報聲?？梢栽O置警報聲持續(xù)時間為I秒鐘，以在達到提醒目的的同時不會造成噪聲污染。所述的蜂鳴器131可以采用壓電式蜂鳴器，壓電式蜂鳴器是一種電聲轉換器件，將壓電材料粘貼在金屬片上，當壓電材料和金屬片兩端施加上一個電壓后，因為壓電效應，蜂鳴片就會產生機械變形而發(fā)出聲響。所述報警模塊13還可以包括數(shù)碼管132，所述數(shù)碼管132用于在所述蜂鳴器131發(fā)出警報聲時顯示相應應答位置的平面坐標。例如交替顯示應答位置的水平坐標來表示替答者的水平位置，可以實時提示教師替答者的位置，從而有效防止學生替人應答，進而促進學生們準時去上課。參見圖2，本實用新型點名定位裝置應答位置定位示意圖。用二維算法來計算應答聲的水平位置點，得出平面二維坐標。以麥克風陣列112包括3個麥克風為例，如圖中所示麥克風1、麥克風2以及麥克風3。假設麥克風I所在位置為A點(即坐標原點)、麥克風2所在位置為B點，麥克風3所在位置為C點，3個麥克風設置成等腰直角三角形模式(即AC=AB)，S點即為發(fā)出應答聲的學生所在應答位置的水平位置 點，S點與坐標軸X的夾角為Θ。根據(jù)三角余弦定理可得關系式:SC2=SA2 十 AC2 — 2.SA.AC.Cos (90 — Θ )(I)SB2=SA2 + AB2 - 2.SA.AB.Cos Θ(2)假定通過本實用新型的所述溫度傳感器111得到的當前環(huán)境中的聲速為V，且麥克風I和麥克風2接收到發(fā)出應答聲對應的聲音信號時延差為τ ΑΒ，麥克風I和麥克風3接收到發(fā)出應答聲對應的聲音信號時延差為τ AC,則SA、SB、SC的關系為:SC=SA + V.τ Ac( 3 )SB=SA + V.τ AB(4)定位點S的方向角為:Sin θ =[ SA2+ 1- (SA+ v.τ Ac) 2] / (2.SA)(5)Cos Θ =[ SA2+ 1- (SA+ v.τ AB) 2] / (2.SA)(6)結合公式(I)、(2)、(3)、(4)，然后利用萬能公式，分別列出d，e，f (d，e，f分別是一元二次方程的系數(shù))，然后算出34，再利用公式(5)、(6)，得出3點的1，7值。具體公式如下:其中Longtriangle代表長，Trianglewidth代表寬。d=4*pow ((Longtriangle) * (Trianglewidth), 2)—4*pow(v*Longtriangle*(timeC — timeA) , 2)—4*pow(Trianglewidth*v*(timeB — timeA), 2);[0049]e= — 4*(pow(Longtriangle，2) *pow (v* (timeC — timeA), 3) 一pow(Longtriangle^Trianglewidth,2)(timeC ——timeA) + pow(Trianglewidth，2)*pow(v*(timeB — timeA), 3) — pow (Longtriangle*Trianglewidth，2)*v*(timeB —timeA));f= — (pow(Longtriangle，2)*pow(v*(timeC — timeA)，4) 一2*pow(Longtriangle*Trianglewidth*v，2)* (pow ((timeC 一 timeA)，2) +pow((timeB — timeA), 2)) + pow(Longtriangle，2)*pow (Trianglewidth，4) + pow (Longtrianglej4)^pow (Trianglewidth,2) + pow(Trianglewidth,2)^pow (v^ (timeB ——timeA)，4));sa= (e 一 pow ((e*e — 4*d*f)，0.5)) / ( — 2*d);x=(sa氺sa + Longtriangle^Longtriangle ——(sa + v* (timeB — timeA) )*(sa + v* (timeB — timeA)))/ (Longtriangle*2);y=(sa*sa + Trianglewidth^Trianglewidth —(sa + v* (timeC 一 timeA)) * (sa + v* (timeC 一 timeA)))/ (Trianglewidth*2);。通過數(shù)碼管132交替顯示應答超過I次(也即2次及以上)的學生的水平位置的二維坐標的x，y坐標值。通過本實用新型可以精確、快速地獲得應答學生的水平位置，檢測精度高，適用范圍廣；操作簡單，檢測與定位都通過單片機完成，對于操作者的技術要求低；設備結構簡單，價格低廉。
`[0060]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施例，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員，在不脫離本實用新型結構的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種點名定位裝置，其特征在于，包括聲源定位模塊、單片機以及報警模塊； 所述聲源定位模塊包括溫度傳感器和麥克風陣列； 所述單片機與所述聲源定位模塊電性相連，用于向所述聲源定位模塊發(fā)出控制信號，以及對所述聲源定位模塊傳送的信號進行分析獲得應答位置； 所述報警模塊與所述單片機電性相連，用于在兩次獲得的應答位置相同時發(fā)出警報。
2.如權利要求1所述的點名定位裝置，其特征在于，所述麥克風陣列包括至少3個麥克風。
3.如權利要求2所述的點名定位裝置，其特征在于，所有所述麥克風均包括駐極體話筒和NE555芯片。
4.如權利要求1所述的點名定位裝置，其特征在于，所述報警模塊包括蜂鳴器，所述蜂鳴器用于在兩次獲得的應答位置相同時發(fā)出警報聲。
5.如權利要求4所述的點名定位裝置，其特征在于，所述的蜂鳴器采用壓電式蜂鳴器。
6.如權利要求4所述的點名定位裝置，其特征在于，所述報警模塊還包括數(shù)碼管，所述數(shù)碼管用于在所述蜂鳴器·發(fā)出警報聲時顯示相應應答位置的平面坐標。
專利摘要一種點名定位裝置，包括聲源定位模塊、單片機以及報警模塊；所述聲源定位模塊包括溫度傳感器和麥克風陣列；所述單片機與所述聲源定位模塊電性相連，用于向所述聲源定位模塊發(fā)出控制信號，以及對所述聲源定位模塊傳送的信號進行分析獲得應答位置；所述報警模塊與所述單片機電性相連，用于在兩次獲得的應答位置相同時發(fā)出警報。本實用新型利用聲電轉換原理，采用聲達時間差算法，能精確、快速地得出應答學生的位置，并在有人代替應答時及時給出提示；檢測精度高、適用范圍廣；操作簡單、設備結構簡單，價格低廉，有利于推廣。
文檔編號G07C1/10GK203149674SQ20132014339
公開日2013年8月21日 申請日期2013年3月27日 優(yōu)先權日2013年3月27日
發(fā)明者陳倩倩, 楊鑫, 陸永耕, 李龍, 顧杰, 俞杰, 朱正清 申請人:上海電機學院