专利名称：基于网络控制的定向声音广告系统及网络控制方法
技术领域：
本发明涉及声音定向传播技术，特别涉及一种基 于网络控制的定向声音广告系 统，以及一种定向声音广告系统网络控制方法。
背景技术：
现有的户外广告音频播放系统都是采用的全向性的音频播放方式，在实践过程 中，其存在以下问题1.声音指向性较差，有的广告系统因为控制不当，容易产生噪音扰民的问题，干扰 附近居民的正常生活，不仅达不到广告的目的，而且还会招致受众的反感；2.网络控制性不强，通常这样的广告都是通过1台控制装置操作几个音频播放装 置进行广告播放，其控制的覆盖范围小、可控播放装置少、功能单一、内容切换速度慢；有鉴于此，有必要设计出一种利用了先进的网络控制技术，能够实现大范围控制 覆盖。现设计出了对数量众多的播放装置进行控制的直音音频广告播放系统，该系统能实 现声音的定向播放，不会对定向区域以外的人群产生干扰。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种基于网络控制的定向声音广告系统，充 分利用了 3G网络控制技术，通过多级服务器架构，能够实现对上千台声音播放单元的网络 控制，同时利用了定向声波衰减小、传输距离远的特点，具有定向性好、结构紧凑、控制方便 的优点。本发明的目的之二是提供一种定向声音广告系统网络控制方法。本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的本发明的基于网络控制的定向声音广告系统包括定向声音工作单元、网络接入模 块和服务器，每一定向声音工作单元通过网络接入模块与互联网实现连接，并得到固定的 IP地址，所述服务器接入互联网，通过互联网对定向声音单元实现网络控制。进一步，所述系统采用多级服务器架构，其最上层的服务器为主服务器，下层的服 务器通过交换机与其所属的上层服务器相联接并受其控制，处于最下层的服务器接入互联 网且每一最下层的服务器通过对应IP地址的方式连接至多个定向声音工作单元，并根据 其所属的上层服务器的控制命令对其连接的定向声音工作单元进行管理；进一步，所述定向声音工作单元包括外存储器、音频输出单元、定向声音发射单元 和带MP3播放功能的微控制器，所述网络接入模块、音频输出单元和外存储器分别与微控 制器的对应端口相联接，所述音频输出单元的信号输出端与定向声音发射单元的信号输入 端相联接；进一步，所述系统还包括电源单元，所述电源单元的供电输出端分别与外存储器、 音频输出单元、定向声音发射单元和微控制器的供电输入端相联接，所述电源单元的控制 端口与微控制器的对应端口相联接并受其控制；进一步，所述定向声音发射单元包括语音信号控制单元、调制处理单元、功率放大单元、阻抗匹配单元和超声波换能器，所述语音信号控制单元的信号输入端与音频输出单 元的声音输出端相联接，语音信号控制单元的信号输出端与调制处理单元的信号输入端相 联接，调制处理单元的信号输出端与功率放大单元的信号输入端相联接，功率放大单元的 信号输出端与阻抗匹配单元的信号输入端相联接，阻抗匹配单元的信号输出端与超声波换 能器的信号输入端相联接；进一步，所述超声波换能器为压电超声波换能器；进一步，所述定向声音发射单元还包括本振信号源，所述本振信号源的信号输出 端与调制处理单元的载波输入端相联接。本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的该方法包括以下步骤
1)将定向声音广告系统分为多个定向声音工作单元，每一声音工作单元通过网络 接入模块接入互联网，并分配到固定的IP地址；2)设置一台主服务器，主服务器接入互联网，并通过互联网对具有固定IP地址的 定向声音工作单元进行网络控制。进一步，在步骤2)中采用多级服务器架构，处于最上层的服务器为主服务器，下 层的服务器通过交换机与其所属的上层服务器实现数据交换并受其控制，处于最下层的服 务器接入互联网且每一最下层的服务器通过对应IP地址的方式连接至多个定向声音工作 单元，并根据其所属的上层服务器的控制命令对其连接的定向声音工作单元进行管理；进一步，所述定向声音工作单元包括了外存储器、音频输出单元、定向声音发射单 元和带MP3播放功能的微控制器，所述网络接入模块、音频输出单元和外存储器分别与微 控制器的对应端口相联接；所述定向声音发射单元包括了依次联接的语音信号控制单元、调制处理单元、功 率放大单元、阻抗匹配单元和超声波换能器，其中，语音信号控制单元接收来自音频输出单 元的音频信号，并经调制处理、功率放大、阻抗匹配后由超声波换能器输出，实现广告声音 的定向播放。本发明的有益效果是1.本发明充分利用了 3G网络控制技术，定向声音工作单元通过网络接入模块与 3G基站连接，接入到互联网中，由于每个网络接入模块在连上网络后就能得到唯一的一个 IP地址，从而在控制端上采用上网的主服务器就可以访问控制对应地址的每一个工作单 元，其控制范围大、控制的工作单元数量众多，有效地克服了传统模式控制覆盖范围小、可 控播放装置少、功能单一、内容切换速度慢的缺陷；2.本发明还可以通过主服务器和下级服务器的设置，采用多级服务器管理方式， 克服了一台服务器主机在时效上、网络带宽上存在的瓶颈，能够实现对上千台声音播放单 元的网络控制，进一步增大了控制数量；3.本发明还利用了定向声波衰减小、传输距离远的特点，能将语音信号通过调制、 放大和匹配与阻抗变换后，通过超声波换能器输出定向的调制超声波信号，利用空气的非 线性效应，该声音只在超声波行进的指定区域可以听见，并且由于声音的集中性，不会产生 不同区域之间的声音串扰，即实现“直音”效果，并且不会干扰其他区域的正常活动。本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可 以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要 求书来实现和获得。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进 一步的详细描述，其中
图1为本发明的控制连接示意图；图2为定向声音工作单元的连接示意图；图3为定向声音发射单元的连接示意图。
具体实施例方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例 仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。如图1所示，本发明的基于网络控制的定向声音广告系统包括定向声音工作单元 1、网络接入模块2、主服务器3和二级服务器4，每一定向声音工作单元1通过网络接入模 块2进行与互联网的无线连接，并得到固定的IP地址，主服务器3通过交换机与二级服务 器4的控制输入端相联接，二级服务器4的控制输出端接入互联网，每一二级服务器通过对 应IP地址的方式实现对一定数量定向声音工作单元1的管理，实现网络控制。本实施例中， 网络接入模块选用3G无线模块，可以通过3G技术实现定向声音工作单元与互联网的无线 连接，另外，本系统只采用了二级服务器架构，理论上，还可以根据所要控制的定向声音工 作单元的多少对服务器的架构方式进行调整(如三级、四级架构等)，以满足大数量级控制 的需要。如图2所示，定向声音工作单元1包括外存储器11、音频输出单元12、定向声音发 射单元13和带MP3播放功能的微控制器14，网络接入模块2、音频输出单元12和外存储器 11分别与微控制器14的对应端口相联接，音频输出单元12的信号输出端与定向声音发射 单元13的信号输入端相联接。本实施例中，外存储器11采用FLASH ROM，微控制器选用AT89C51SND1单片机，该 单片机是ATMEL公司推出的一款用于MP3播放的51系列MCU，它在ATM9C51的基础上进行 功能的扩展，与通常的51系列单片机相比，其主要的功能特点表现在硬件MP3解码模块； 可编程输出音频信号；两通道ADC输入；USB2. 1控制器；44个1/0，包括键盘输入、SPI接口， 多媒体卡接口等，用于本发明的系统非常适合。本系统还包括电源单元5，电源单元5的供电输出端分别与外存储器11、音频输出 单元12、定向声音发射单元13和微控制器14的供电输入端相联接，电源单元5的控制端口 与微控制器14的对应端口相联接并受其控制。如图3所示，所述定向声音发射单元13包括语音信号控制单元130、调制处理单元 131、功率放大单元132、阻抗匹配单元133和超声波换能器134，所述语音信号控制单元130 的信号输入端与音频输出单元12的声音输出端相联接，语音信号控制单元130的信号输出 端与调制处理单元131的信号输入端相联接，调制处理单元131的信号输出端与功率放大单元132的信号输入端相联接，功率放大单元132的信号输出端与阻抗匹配单元133的信 号输入端相联接，阻抗匹配单元133的信号输出端与超声波换能器134的信号输入端相联 接。本实施例中，超声波换能器还可以选用压电超声波换能器。定向声音发射单元13 还包括本振信号源135，本振信号源135的信号输出端与调制处理单元131的载波输入端相 联接，用于输入载波进行信号调制。本发明的系统在工作时，微控制器控制网络接入模块接入3G网络获得IP地址，通 过向固定IP地址的主服务器发送播放请求，主服务器收到播放请求后，通过互联网把要播 放的MP3文件通过网络接入模块传输到FLASH ROM中，并传回播放时间表，完成后网络接入 模块处于休眠状态。微处理器解析播放时间表，把MP3文件进行解码，送音频输出单元处理 后输出广告音频信号，该音频信号经声音定向发射单元处理后定向播放出去。微处理器在 播放中根据播放时间表监控播放系统，如出出现异常，启动网络接入模块发回主机故障代 码，警示主机该工作单元出错，同时根据时间表控制供电系统，实时开启关闭对应的工作模 ±夬，实现电能的优化利用。
基于上述的系统，本发明还提供了一种定向声音广告系统网络控制方法，包括以 下步骤1)将定向声音广告系统分为多个定向声音工作单元，每一声音工作单元通过网络 接入模块接入互联网，并分配到固定的IP地址；2)设置一台主服务器，主服务器接入互联网，并通过互联网对具有固定IP地址的 定向声音工作单元进行网络控制，作为进一步的改进，可采用多级服务器架构，即还设置多 台下级服务器，下级服务器通过交换机与其所属的上级服务器实现数据交换并受其控制， 处于最终端位置的下级服务器接入互联网且每一终端下级服务器通过对应IP地址的方式 连接至一定数量的定向声音工作单元，并根据其所属的上级服务器的控制命令对其连接的 定向声音工作单元进行管理。该方法中提到的定向声音工作单元包括了外存储器、音频输出单元、定向声音发 射单元和带MP3播放功能的微控制器，网络接入模块、音频输出单元和外存储器分别与微 控制器的对应端口相联接；定向声音发射单元包括了依次联接的语音信号控制单元、调制处理单元、功率放 大单元、阻抗匹配单元和超声波换能器，其中，语音信号控制单元接收来自音频输出单元的 音频信号，并经调制处理、功率放大、阻抗匹配后由超声波换能器输出，实现广告声音的定 向播放。本发明的组网结构特别适合于公交站台上进行定向声音广告系统的布置，其广告 终端容量可以扩展到3000个以上，每个站台的声音广告系统与中央控制系统无线连接，中 心机房控制监测各个广告站台广告情况，采用远程无线方式实现点对点广告播放、时间控 制、广告语音实时更新，广告系统错误报警等功能，通过采用声音定向传播技术还能够使声 音的播放集中在一个固定的区域内，不会对周边群众的生活产生噪音干扰，不仅广告针对 性得到加强，同时对于建设文明社会具有重要的意义。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较 佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发 明 的权利要求范围当中。
权利要求
基于网络控制的定向声音广告系统，其特征在于包括至少一个定向声音工作单元(1)、网络接入模块(2)和服务器，每一定向声音工作单元(1)通过网络接入模块(2)与互联网实现连接，并得到固定的IP地址，所述服务器接入互联网，通过互联网对定向声音单元(1)实现网络控制。
2.根据权利要求1所述的基于网络控制的定向声音广告系统，其特征在于所述系统 采用多级服务器架构，其最上层的服务器为主服务器(3)，下层的服务器通过交换机与其所 属的上层服务器相联接并受其控制，处于最下层的服务器(4)接入互联网且每一最下层的 服务器(4)通过对应IP地址的方式连接至多个定向声音工作单元，并根据其所属的上层服 务器的控制命令对其连接的定向声音工作单元(1)进行管理。
3.根据权利要求1或2所述的基于网络控制的定向声音广告系统，其特征在于所述 定向声音工作单元(1)包括外存储器(11)、音频输出单元(12)、定向声音发射单元(13)和 带MP3播放功能的微控制器(14)，所述网络接入模块(2)、音频输出单元(12)和外存储器(II)分别与微控制器(14)的对应端口相联接，所述音频输出单元(12)的信号输出端与定 向声音发射单元(13)的信号输入端相联接。
4.根据权利要求3所述的基于网络控制的定向声音广告系统，其特征在于所述系统 还包括电源单元(5)，所述电源单元(5)的供电输出端分别与外存储器(11)、音频输出单元 (12)、定向声音发射单元(13)和微控制器(14)的供电输入端相联接，所述电源单元(5)的 控制端口与微控制器(14)的对应端口相联接并受其控制。
5.根据权利要求4所述的基于网络控制的定向声音广告系统，其特征在于所述定 向声音发射单元(13)包括语音信号控制单元(130)、调制处理单元(131)、功率放大单元 (132)、阻抗匹配单元(133)和超声波换能器(134)，所述语音信号控制单元(130)的信号输 入端与音频输出单元(12)的声音输出端相联接，语音信号控制单元(130)的信号输出端与 调制处理单元(131)的信号输入端相联接，调制处理单元(131)的信号输出端与功率放大 单元(132)的信号输入端相联接，功率放大单元(132)的信号输出端与阻抗匹配单元(133) 的信号输入端相联接，阻抗匹配单元(133)的信号输出端与超声波换能器(134)的信号输 入端相联接。
6.根据权利要求5所述的基于网络控制的定向声音广告系统，其特征在于所述超声 波换能器(134)为压电超声波换能器。
7.根据权利要求6所述的基于网络控制的定向声音广告系统，其特征在于所述定向 声音发射单元(13)还包括本振信号源(135)，所述本振信号源(135)的信号输出端与调制 处理单元(131)的载波输入端相联接。
8.定向声音广告系统网络控制方法，其特征在于包括以下步骤1)将定向声音广告系统分为多个定向声音工作单元，每一声音工作单元通过网络接入 模块接入互联网，并分配到固定的IP地址；2)设置一台主服务器，主服务器接入互联网，并通过互联网对具有固定IP地址的定向 声音工作单元进行网络控制。
9.根据权利要求8所述的定向声音广告系统网络控制方法，其特征在于在步骤2)中 采用多级服务器架构，处于最上层的服务器为主服务器，下层的服务器通过交换机与其所 属的上层服务器实现数据交换并受其控制，处于最下层的服务器接入互联网且每一最下层的服务器通过对应IP地址的方式连接至多个定向声音工作单元，并根据其所属的上层服 务器的控制命令对其连接的定向声音工作单元进行管理。
10.根据权利要求8或9所述的定向声音广告系统网络控制方法，其特征在于所述定 向声音工作单元包括了外存储器、音频输出单元、定向声音发射单元和带MP3播放功能的 微控制器，所述网络接入模块、音频输出单元和外存储器分别与微控制器的对应端口相联 接；所述定向声音发射单元包括了依次联接的语音信号控制单元、调制处理单元、功率放 大单元、阻抗匹配单元和超声波换能器，其中，语音信号控制单元接收来自音频输出单元的 音频信号，并经调制处理、功率放大、阻抗匹配后由超声波换能器输出，实现广告声音的定 向播放。
全文摘要
本发明公开了一种基于网络控制的定向声音广告系统，包括定向声音工作单元、网络接入模块和服务器，每一定向声音工作单元通过网络接入模块无线的与互联网连接，并得到固定的IP地址，所述服务器接入互联网，通过对定向声音单元实现网络控制，作为进一步改进，所述系统采用多级服务器架构，下层的服务器通过交换机与其所属的上层服务器相联接并受其控制，处于最下层的服务器入互联网且连接至多个定向声音工作单元，本发明充分利用了网络控制技术，其控制范围大、控制的工作单元数量众多，有效地克服了传统模式控制覆盖范围小、可控播放装置少、功能单一、内容切换速度慢的缺陷，另外，本发明还公开了一种定向声音广告系统网络控制方法。
文档编号H04L29/06GK101867582SQ20101020117
公开日2010年10月20日 申请日期2010年6月13日 优先权日2010年6月13日
发明者张奔牛, 郑博仁 申请人:重庆交通大学