一种区域范围内目标对象的定位装置的制造方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本实用新型涉及一种定位装置，尤其涉及区域范围内目标对象的定位装置。
【背景技术】
[0002]随着智能家居行业的不断发展，在居住环境下越来越多的智能化设备和硬件得到广泛应用。随着用户在家居范围内位置的变化，相应的智能设备根据预设完成功能、参数等调整，从而提高家居生活的舒适度。在这之中，如何准确获知用户在房屋中的位置及其位置变化就成了亟待解决的技术问题。
[0003]针对上述需要，目前主流的解决方案是基于W1-Fi的定位，通过判断手机是否连入特定的W1-Fi网络来确定是否人来到该房屋，并在此基础上基于W1-Fi信号的强弱来判断人的大概位置。此种技术方案，从其技术原理而言，判断的是接入W1-Fi网络的设备所在位置。一旦这些设备并未携带于用户身上，那么确定其位置就失去了意义。
[0004]其它类似的技术方案，例如通过ZigBee或蓝牙等方式组网计算手机或定位器的位置，或者通过超声波、红外、激光、RFID信标等将房屋分割成不同的网络空间，通过计算定位器在不同的信标附近来判断定位器的位置，这些技术都是基于对手机或其它定位器的位置判断来推断用户的实际位置，而非直接得到用户的真实位置。一旦用户不携带定位器、手机等装置，定位所得位置即没有实际价值。
[0005]同时，上述定位方式对用户的生活习惯、家居装修风格、生活场景等存在一些具体的要求，需要用户在进行室内装修时就要考虑到未来的智能家居应用，难于为用户所接受，也提高了装修成本。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的不足，本实用新型公开了室内、仓库内或其它区域范围内目标对象的定位装置，通过采集目标对象的声音实现直接确定其位置，不仅安装简单，无需大规模部署，而且能够准确、实时判断目标对象的位置，便于推广应用。
[0007]具体地说，本实用新型是通过如下技术方案实现的:
[0008]—种区域范围内目标对象的定位装置，包括:
[0009]至少三个非共线的拾音器，所述拾音器用于收集区域内的声音；
[0010]拾音器均连接至同一个音频信号采集器，该音频信号采集器接收拾音器传输的声音信号并将其转换为数字信号；
[0011 ] 音频信号采集器连接运算单元，该运算单元包括存储器和处理器。其中，存储器中存储每个拾音器的位置和距离；处理器根据所连接的音频信号采集器采集对应拾音器手收集目标区域内的声音的时间差和拾音器的位置计算音源对象的位置。
[0012]在上述中，所称的区域范围，指的是有限面积下非开放空间，例如室内环境、仓库环境、商场环境等；所称的目标对象，指的是在区域范围内要定位的对象，通常是人，然而根据需要，定位动物或其它能够发出声音的对象也是可以的；所称的声音信号，可以是目标对象发出的声音，例如人说话的声音，也可以是目标对象在移动过程中形成的运动声音，例如人步行时的脚步声。
[0013]为了提高声音采集的准确度，建立多维度上的声音信号来源，可以分别在空气、固体表面等环境下安装多组定位装置。
[0014]在上述中，所称的位于空气环境中指的是通过支架或者悬挂的方式将拾音器悬空；上述所称的固体，指的是区域范围内的任何固定支撑物，包括但不限于地板，墙体，管道，支架等。
[0015]在最低的安装成本下，所述拾音器为三个，构成三角形分布，拾音器之间的距离不低于2cm。
[0016]为了提高声音采集的准确度，本领域技术人员可以理解，根据需要提高拾音器的数量和分别密度是可行的。
[0017]为了实现对目标对象声音的准确采集，所述拾音器连接有音频功率放大器和带通滤波器。其中，音频功率放大器放大目标区域内的声音，带通滤波器根据要定位的目标对象特征将背景噪声滤除。
[0018]在上述中，根据目标对象的声音特征，例如采集的是人说话的声音，带通滤波器限定频率在20_20kHz之间即可，其它的声音均被滤除，降低了后续的运算负担；采用音频功率放大器，经过放大的音频信号属于电压-时间信号，以便进入音频信号采集器的工作范围进行AD转换。
[0019]为了防止不同来源的声音信号之间产生干扰和混淆，所述拾音器上设有隔音装置，用于隔离非采集来源的声音。
[0020]具体地说，当拾音器用于采集空气传播的声音，隔音装置安装在拾音器与其支撑结构之间；当拾音器采集固体传播的声音，隔音装置贴合拾音器与固体表面。
[0021]对于区域范围内存在多个同类相似目标对象的情形，本实用新型的定位装置还设有模式识别单元，所述模式识别单元连接于运算单元与音频信号采集器之间，用于识别定位对象的具体类型。
[0022]在计算机领域中，模式识别的方法是多种多样的，其均可用于本实用新型的技术方案。一种典型的实现方案是将声音采样数据FFT变换后在模式识别单元中通过ANNs (人工神经网络算法)进行模式识别，特定目标的识别结果直接传输至运算单元使其获取得到目标对象的方位和身份。
[0023]上述的模式识别单元可以从市场上购买，市场上有多种固化ANNs等算法能够直接分析对象模式并输出识别结果的DSP或ARM通用处理器或类似的硬件包在销售。
[0024]在上述技术上，本实用新型的定位装置不仅可以在自身的存储模块中存储定位信息，可以将定位结果传输至远程的服务器或手机，以便基于定位信息实现更丰富的智能家居应用。
[0025]本实用新型的定位装置，在用户全程无需携带任何定位器的情况下即可准确实现用户位置的定位，并识别用户在家中的行走轨迹，极大提高了用户位置定位的舒适性，便于用户接受；同时，由于是基于声音特征进行定位，无论是穿鞋，光脚，洗澡，裸体等各种生活情形下都可以追踪定位用户的位置，并在此基础上预测用户行为、分析用户习惯等，为智能家居提供重要的参考信息和数据支持。
【附图说明】
[0026]图1为本实用新型的定位装置工作原理示意图；
[0027]图2为本实用新型的定位装置的一种具体实现结构图。
【具体实施方式】
[0028]在下述实施中，为了说明本实用新型定位装置的原理和实现方式，申请人以三个拾音器作为结构示意以说明本实用新型的定位装置如何得到目标对象的位置。这并非限定性的，更多的拾音器分布，基于类似的计算方式同样涵盖于本实用新型的保护范围内。
[0029]参考图1，显示了本实用新型定位装置的工作原理，在区域范围内，安装A、B、C三个拾音器，在安装以后拾音器的位置和其之间的距离为a，b，c即是确定的。若空间中有声音，声音出发后分别到达A、B、C三个拾音器。由于三个拾音器不共线，因此三个拾音器将于不同时刻接收到声音。假设分别在h，t2，t3时刻接收到声音，声音的速度是V，则声波到达三个拾音器的差值为:
[0030]TBA= 12-tir TCB= 13_t2，TCA= 13-t1D
[0031 ] 可通过下述联立方程组获得音源距离三个拾音器距离为:XA，XB, Xc:
[0032]XB-XA= Τ BAV
[0033]XC_XB=TCBV
[0034]XC-XA= Τ CAV0
[0035]根据音源的具体位置和相互距离a，b，c，即可得目标对象的位置和相对三个拾音器的发声角度。
[0036]参考图2，显示了本实用新型定位装置的一种结构实现，在装置D内，安装有三个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]开启定位装置的电源Ρ后，三个拾音器采集的音频信号传导到具有前置音频放大器的带通滤波器Gl、G2、G3，输出特定音频范围内的声音信号，声音信号传输到信号采集器Τ进行AD模数转换将声音信号分布转换为数字信号，MCU运算单元根据数字信号中所携带的拾音器收到目标对象声音的时间值计算其时间差，并根据声音的传播速度和预存储的三个拾音器的位置，根据内置的图1所示原理的算法计算出目标对象的具体位置。
[0038]对于存在多个具有类似音频特征的对象，例如多个人，在运算单元上连接模式识别单元Ζ，该模式识别单元接收来自音频信号采集器的数字信号，基于内置的算法实现对对象的识别和分类，并将其识别结果传输给运算单元。
【主权项】
1.一种区域范围内目标对象的定位装置，其特征在于包括至少三个非共线的拾音器，拾音器均连接至同一音频信号采集器，音频信号采集器连接到运算单元，所述运算单元包括存储器和处理器。2.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于所述拾音器为三个，组成三角形，拾音器之间的距离不低于2cm。3.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于所述拾音器连接有音频功率放大器和带通滤波器。4.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于所述拾音器上设有隔音装置。5.根据权利要求4所述的定位装置，其特征在于隔音装置安装在拾音器与其支撑结构之间；和/或隔音装置贴合拾音器与固体表面。6.根据权利要求1所述的定位装置，其特征在于还设有模式识别单元，所述模式识别单元连接于运算单元与音频信号采集器之间。
【专利摘要】本实用新型公开了一种区域范围内目标对象的定位装置，包括至少三个非共线的拾音器,拾音器均连接至同一音频信号采集器，音频信号采集器连接到运算单元，所述运算单元包括存储器和处理器。本实用新型公开的定位装置利用声音实现对目标对象的定位，无需定位对象安装任何传感器即可准确追踪用户的位置，提高了用户的应用体验，极大改善了在智能家居等应用环境下的适用性。
【IPC分类】G01S5/22
【公开号】CN205091456
【申请号】CN201520582393
【发明人】张亚光
【申请人】张亚光
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年8月5日