专利名称：点名定位装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种适用于课堂的准确点名，防止学生替别人应答的点名定位装置。
背景技术：
目前，各大院校都要求上课点名以确定学生的出勤率，并依此为依据帮助教师进行对学生平时分的判定，以及督促学生自觉地去课堂上课。目前的点名方式主要有按名单逐一点名或签到以及基于图像识别技术点名。按名单逐一点名主要为:教师根据名单逐一点名，有人应答则视为出勤；按名单逐一签到主要为:根据预先打印的名单，由学生在自己名字对应栏目下签名以示出勤。但是按名单逐一点名或签到都存在代替点名的情况，特别在学期刚开始时，教师还不能认识所有学生，更无法避免代替点名的情况。而目前已知的基于图像识别技术点名有:中国专利公开文件CN101763664A “一种基于图像识别技术的电子点名册”，本发明公开了一种基于图像识别技术的电子点名册，其特点是让选修某课程的学生坐在制定座位，并拍摄成反映位置关系的初始化数码照片，经过简单的图像分割，为每个座位生成对应的编码序列，然后在相应座位上填上表示座位上是否由学生坐着的数字符号I与O。在接下来的学期里，每次上课只需拍摄一张数码照片，经相同方法处理后在计算机上与初始化的照片进行比对，通过观察对应位置上的数字符号是否匹配来确定学生的出勤状况，来统计旷课次数。本发明可有效减少上课前点名的时间，且每个位置都是预先制定好的，从而大大增加了学生出勤率的准确性。其不足之处是:需要通过后期图像处理，并与预先制定的座位所应对应的学生进行比对才能判断相应学生的出勤情况，无法在点名同·时进行直观判断；且拍照设备比较昂贵，不利于该设备的普及。
实用新型内容本实用新型的目的在于解决上述问题，提供一种点名定位装置，该装置利用声电转换原理，采用声达时间差算法，能精确、快速地得出应答学生的位置，并在有人代替应答时及时给出提示。为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案。一种点名定位装置，包括声源定位模块、单片机以及报警模块；所述声源定位模块包括温度传感器和麦克风阵列；所述单片机与所述声源定位模块电性相连，用于向所述声源定位模块发出控制信号，以及对所述声源定位模块传送的信号进行分析获得应答位置；所述报警模块与所述单片机电性相连，用于在两次获得的应答位置相同时发出警报。进一步，所述麦克风阵列包括至少3个麦克风。进一步，所有所述麦克风均包括驻极体话筒和NE555芯片。进一步，所述报警模块包括蜂鸣器，所述蜂鸣器用于在两次获得的应答位置相同时发出警报声。[0012]可选的，所述的蜂鸣器采用压电式蜂鸣器。进一步，所述报警模块还包括数码管，所述数码管用于在所述蜂鸣器发出警报声时显示相应应答位置的平面坐标。本实用新型点名定位装置的积极效果是:(I)检测精度高、适用范围广；(2)操作简单，信号采集以及定位均通过单片机控制完成，对于操作者的技术要求低；(3)设备结构简单，价格低廉，有利于推广。
图1是本实用新型点名定位装置的结构示意图；图2是本实用新型点名定位装置应答位置定位示意图。图中的标号分别表示:11、声源定位模块； 111、温度传感器；112、麦克风阵列；12、单片机；121、计时器；13、报警模块；131、蜂鸣器；132、数码管。
具体实施方式
·[0024]
以下结合附图对本实用新型一种点名定位装置做详细说明。参见图1，一种点名定位装置，包括声源定位模块11、单片机12以及报警模块13。所述声源定位模块11包括温度传感器111和麦克风阵列112。所述温度传感器111用于采集学生应答时的环境温度，并将采集到的温度信号传送至所述单片机12 ;所述麦克风阵列112用于记录学生应答时，应答位置发出的声音信号到达所述麦克风阵列112中不同麦克风的时间，并将所记录的时间信号传送至所述单片机12。所述麦克风阵列112包括至少3个麦克风，所有所述麦克风均包括极体话筒和NE555芯片。其中，驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点；NE555芯片可以使发送的电信号为可调节，可根据实际测量环境做相应调整。由于声音信号到达麦克风阵列112中各个麦克风的时间不同、能量不同，故不同麦克风的声音模拟信号不同，所以到达麦克风阵列112中各个麦克风的声音信号转换的电信号也不同，所以需要对麦克风阵列112中的所有麦克风进行初始化。所述单片机12与所述声源定位模块11电性相连，用于向所述声源定位模块11发出控制信号，控制所述温度传感器111采集学生应答时的环境温度，以及控制所述麦克风阵列112采集学生应答时发出的声音信号；所述单片机12还用于对所述声源定位模块11传送的信号进行分析获得应答位置。所述单片机12可以采用凌阳61型单片机，其具有低功耗、低电压以及指令系统功能强、效率高的优点。所述单片机12还可以包括一计时器121，设定所述计时器121每0.5秒向所述声源定位模块11发出控制信号，使其工作。所述单片机12根据所述温度传感器111传送的温度信号，通过查表法得出声速。因为固定温度的声速是确定的，根据记录的温度通过查表法即可得出相应的声速；且查表法比利用算法来计算声速的速度快。所述单片机12根据所述麦克风阵列112中不同麦克风传送的时间信号，得出时间差。单片机12通过所获得出的声速和时间差，利用声达时间差法得出发出应答声音的应答位置的平面坐标。所述报警模块13与所述单片机12电性相连，用于在两次获得的应答位置相同时发出警报。当单片机12对所述声源定位模块11所采集到的信号进行处理，得出同一水平位置有大于等于2次的应答声时(即两次获得的应答位置相同)，触发报警模块13发出警报以及时提示教师该位置有人替答。所述报警模块13包括蜂鸣器131，所述蜂鸣器131用于在两次获得的应答位置相同时发出警报声。可以设置警报声持续时间为I秒钟，以在达到提醒目的的同时不会造成噪声污染。所述的蜂鸣器131可以采用压电式蜂鸣器，压电式蜂鸣器是一种电声转换器件，将压电材料粘贴在金属片上，当压电材料和金属片两端施加上一个电压后，因为压电效应，蜂鸣片就会产生机械变形而发出声响。所述报警模块13还可以包括数码管132，所述数码管132用于在所述蜂鸣器131发出警报声时显示相应应答位置的平面坐标。例如交替显示应答位置的水平坐标来表示替答者的水平位置，可以实时提示教师替答者的位置，从而有效防止学生替人应答，进而促进学生们准时去上课。参见图2，本实用新型点名定位装置应答位置定位示意图。用二维算法来计算应答声的水平位置点，得出平面二维坐标。以麦克风阵列112包括3个麦克风为例，如图中所示麦克风1、麦克风2以及麦克风3。假设麦克风I所在位置为A点(即坐标原点)、麦克风2所在位置为B点，麦克风3所在位置为C点，3个麦克风设置成等腰直角三角形模式(即AC=AB)，S点即为发出应答声的学生所在应答位置的水平位置 点，S点与坐标轴X的夹角为Θ。根据三角余弦定理可得关系式:SC2=SA2 十 AC2 — 2.SA.AC.Cos (90 — Θ )(I)SB2=SA2 + AB2 - 2.SA.AB.Cos Θ(2)假定通过本实用新型的所述温度传感器111得到的当前环境中的声速为V，且麦克风I和麦克风2接收到发出应答声对应的声音信号时延差为τ ΑΒ，麦克风I和麦克风3接收到发出应答声对应的声音信号时延差为τ AC,则SA、SB、SC的关系为:SC=SA + V.τ Ac( 3 )SB=SA + V.τ AB(4)定位点S的方向角为:Sin θ =[ SA2+ 1- (SA+ v.τ Ac) 2] / (2.SA)(5)Cos Θ =[ SA2+ 1- (SA+ v.τ AB) 2] / (2.SA)(6)结合公式(I)、(2)、(3)、(4)，然后利用万能公式，分别列出d，e，f (d，e，f分别是一元二次方程的系数)，然后算出34，再利用公式(5)、(6)，得出3点的1，7值。具体公式如下:其中Longtriangle代表长，Trianglewidth代表宽。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);。通过数码管132交替显示应答超过I次(也即2次及以上)的学生的水平位置的二维坐标的x，y坐标值。通过本实用新型可以精确、快速地获得应答学生的水平位置，检测精度高，适用范围广；操作简单，检测与定位都通过单片机完成，对于操作者的技术要求低；设备结构简单，价格低廉。
`[0060]以上所述仅是本实用新型的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种点名定位装置，其特征在于，包括声源定位模块、单片机以及报警模块； 所述声源定位模块包括温度传感器和麦克风阵列； 所述单片机与所述声源定位模块电性相连，用于向所述声源定位模块发出控制信号，以及对所述声源定位模块传送的信号进行分析获得应答位置； 所述报警模块与所述单片机电性相连，用于在两次获得的应答位置相同时发出警报。
2.如权利要求1所述的点名定位装置，其特征在于，所述麦克风阵列包括至少3个麦克风。
3.如权利要求2所述的点名定位装置，其特征在于，所有所述麦克风均包括驻极体话筒和NE555芯片。
4.如权利要求1所述的点名定位装置，其特征在于，所述报警模块包括蜂鸣器，所述蜂鸣器用于在两次获得的应答位置相同时发出警报声。
5.如权利要求4所述的点名定位装置，其特征在于，所述的蜂鸣器采用压电式蜂鸣器。
6.如权利要求4所述的点名定位装置，其特征在于，所述报警模块还包括数码管，所述数码管用于在所述蜂鸣器·发出警报声时显示相应应答位置的平面坐标。
专利摘要一种点名定位装置，包括声源定位模块、单片机以及报警模块；所述声源定位模块包括温度传感器和麦克风阵列；所述单片机与所述声源定位模块电性相连，用于向所述声源定位模块发出控制信号，以及对所述声源定位模块传送的信号进行分析获得应答位置；所述报警模块与所述单片机电性相连，用于在两次获得的应答位置相同时发出警报。本实用新型利用声电转换原理，采用声达时间差算法，能精确、快速地得出应答学生的位置，并在有人代替应答时及时给出提示；检测精度高、适用范围广；操作简单、设备结构简单，价格低廉，有利于推广。
文档编号G07C1/10GK203149674SQ20132014339
公开日2013年8月21日 申请日期2013年3月27日 优先权日2013年3月27日
发明者陈倩倩, 杨鑫, 陆永耕, 李龙, 顾杰, 俞杰, 朱正清 申请人:上海电机学院