一种基于超声波的信息交换系统及其交换方法
【专利摘要】本发明涉及信息处理技术，具体涉及一种室内小范围高精度的基于超声波的信息交换系统及其交换方法。其具体方案如下：本信息交换系统由超声波发射装置、移动终端以及服务器组成，超声波发射装置设置在特定位置，用于发送预先调制好含有设备编码以及位置识别码的超声波信号；移动终端上的既有麦克风用于接收超声波并将其解码成设备编码和位置编码，通过移动网络发送至服务器，获取编码的服务器向移动终端即时推送位置服务信息。本发明的优点是，信息交换系统安全可靠防伪性高，移动终端用户可随时定位并获取周边服务信息，对于移动终端的硬件配置要求低，超声波发射装置建设费用低，适宜大规模推广普及。
【专利说明】一种基于超声波的信息交换系统及其交换方法【技术领域】
[0001]本发明涉及信息处理技术，具体涉及一种室内小范围高精度的基于超声波的信息交换系统及其交换方法。
【背景技术】
[0002]随着信息通信技术的发展以及智能手机的普及，移动终端的定位技术也呈多元化发展趋势，这给位置服务的开展和扩大带来了无限商机。所谓位置服务(LBS，LocationBased Services)又称定位服务,是指通过移动终端和移动网络的配合,确定移动用户的实际地理位置，从而提供用户所需要的与位置相关的服务信息以及积分奖励的一种形式。
[0003]目前，移动终端的定位技术主要包括:基于GPS、NFC (近距离无线通讯)、RFID (射频识别技术)、WIFI热点、蓝牙或手机二维码等方式来达到定位，然而上述的定位技术在商业使用中均存在一定的不足之处，其中GPS无法实现在室内的高精度定位；NFC以及RFID的定位都存在必要的硬件基础支持，改制手机增加芯片等方案显然不利于商业应用的普适性以及便捷性；WIFI热点定位技术面临着热点建设费用较高、硬件支持率较低等缺点，所述的蓝牙定位技术同样存在此种问题；而手机二维码定位是通过移动终端上的摄像头识读二维码获取地理信息，所以对于手机的拍摄像素具有较高要求，同样不具有普及适用性。因此大家都在寻求新的技术方案，由于所有的手机和移动终端均具有麦克风，假若通过超声波方式定位，现有的所有手机等移动终端均满足硬件方面的要求，因此较易满足商业推广的普适性。
[0004]根据专利申请号“201110287685.9”所公开的一种移动终端超声波通信系统及方法，该系统主要包括超声波发生器和移动终端，该移动终端接收超声波并从中解调出预置的地理信息数据，从而达到定位的目的。该发明的不足之处在于移动终端只能解调出提前预置在超声波发生器中的数据，无法`实时获取最新的服务信息以及积分等数据，并且该超声波发生器所发出的地理位置数据无法获得远程验证，移动终端用户较易接收到伪造设备所发出的错误信息甚至诈骗信息。
[0005]综上所述，现有的定位技术存在设备成本高、布置不变、不利于普及以及安全性欠缺的问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种基于超声波的信息交换系统及其交换方法，该信息交换系统通过移动终端上的既有麦克风接收超声波发射装置向外发射出的预置有设备编码和位置识别码的超声波信号，并通过移动终端内的解调模块将其解码成设备编码和位置编码向服务器发送以进行地理位置验证，同时通过服务器向移动终端推送与该地理位置相关的服务信息，以达到基于超声波定位的位置服务。
[0007]本发明目的实现由以下技术方案完成:
[0008]—种基于超声波的信息交换系统及其交换方法，其特征在于所述的信息交换系统主要包括超声波发射装置、移动终端和服务器；
[0009]所述的超声波发射装置由处理器、超声波放大器和超声波发射单元组成，所述的每个超声波发射装置均设有不同的设备编码和位置识别码，所述处理器内部设有加密模块用于设备编码与位置识别码之间加密关系的设定；
[0010]所述的移动终端内置有处理超声波信号的解调模块；其中所述的解调模块设有超声波信号采集口以及数据输出口，所述的超声波信号采集口与所述移动终端既有麦克风相连，所述的数据输出口与所述移动终端既有无线网络模块相连；
[0011]所述的服务器与所述的既有无线网络模块经无线网络相连接。
[0012]所述的解调模块内设置有解密功能块，用于验证设备编码与位置识别码之间加密关系。
[0013]所述的处理器上设置有一外部通讯接口。
[0014]所述的处理器内部设置有存储器，该存储器内部存储有所述的设备编码和位置识别码，并通过设置在处理器上的I/o 口或D/A转换口输出调制好的超声波信号。
[0015]所述的超声波发射单兀为一电声转换器。
[0016]所述服务器内设有存储器，该存储器内存储有信息数据包，用于与所述移动终端之间的信息交换。
[0017]所述的移动终端可以为手机、平板电脑或笔记本电脑。
[0018]在面积较大的区域，需要放置多个超声波发射装置，每个超声波发射装置的设备编码和位置识别码各不相同，当用户的移动终端处于有效区域内的时候，移动终端通过麦克风接收调制后的超声波信息，并通过软件处理其中信号强度最好的超声波信号并从中解调出编码信息。
[0019]本发明的优点是，信息交换系统安全可靠防伪性高，移动终端用户可随时定位并获取周边服务信息，对于移动终端的硬件配置要求低，超声波发射装置建设费用低，适宜大规模推广普及。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明的信息交换系统示意图；
[0021]图2为本发明的超声波放大器工作原理图；
[0022]图3为本发明的超声波发射流程图；
[0023]图4为本发明的优选超声波放大器工作原理图。
【具体实施方式】
[0024]以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解:
[0025]如图1-4，图中标记1-4分别为:移动终端1、超声波发射装置2、服务器3、麦克风4。
[0026]实施例1:如图1所示,本实施例涉及信息处理技术,具体涉及一种室内小范围高精度的基于超声波的信息交换系统及其交换方法。本信息交换系统主要由移动终端1、超声波发射装置2和服务器3组成。每个超声波发射装置2均分配有不同的设备编码和位置识别码，这两个编码之间具有特定的加密运算关系。当超声波发射装置2向外发出预置有信息的超声波信号时，移动终端I上的既有麦克风4接收该超声波信号，并通过一解调模块完成超声波信号的解码，从而得知超声波发射装置2的位置编码，其后移动终端2通过无线网络或移动通信网络向服务器3发送位置编码，获取位置编码的服务器3即时向移动终端I推送位置信息以及该位置周边的服务信息。
[0027]超声波发射装置2安装公共场所或大商场室内，并视商家室内具体情况布置。其中超声波发射装置2由处理器、超声波放大器和超声波发射单元组成，所述的处理器内部设有存储器，可以存储设备编码和位置编码信息，为防止人为的伪造设备造成的错误信息，所述处理器内部设有加密模块用于设备编码与位置识别码之间加密关系的设定，这两个编码之间是经过DES加密运算得到的，在实际实施中将设备编码作为明文，将位置编码作为密文，密钥由运营方设定并保管的，每个超声波发射装置2的位置编码都是由设备编码通过密钥进行DES加密运算后获得的，并通过处理器的通讯口下载到处理器里，这些信息不会随着电源的关闭而丢失，而且可以通过外部通讯的方式更改这些内容。一个典型的实施例为超声波发射装置2采用了 AVR MEGA48作为处理器，并在该处理器内设置了 EEPROM存储器用以存储信息，我们采用其I/O 口模拟了一个uart串口，通过这个串口可以实现设备编码和位置编码的下载操作。超声波发射装置2的具体工作过程如下:首先所述处理器通过内部运算实现将数字信号(即所述的设备编码和位置识别码)调制到一个20.5KHz的超声波信号上，并将这个调制好的信号通过自身的I/O 口或D/A转换口输出；其后所述调制好的信号通过超声波放大器放大并输出，用以推动所述的超声波发射单元向外发射超声波信号。所述的超声波发射单兀是一个电声转换器，可以是电磁式扬声器、压电式蜂鸣器、压电式扬声器、静电扬声器等电声转换装置。
[0028]如图2所示，所述超声波放大器的具体工作原理为:所述需要发射的20.5khz载频信号经Rl耦合到Ql、Q2构成的电平变换电路，并通过Q3的开关控制实现功率输出，Q3的功率输出经过T的阻抗变换后驱动压电陶瓷扬声器完成发射。其中，R3是直流负载，R2是何T串联的直流阻抗，用于限制Q3的电流和阻抗匹配，Cl是电源滤波电容。
[0029]如图3所示为本实施例超声波发射的软件流程图，超声波发射装置2内的单片机上电复位后，首先进行初始化，然后通过PWM 口输出8字节的设备编码，然后跟着输出8字节的位置编码，最后等待300ms时间后再次开始发送设备编码和位置编码的循环。
[0030]移动终端I内置有用于接收超声波信号的麦克风4、无线网络模块以及处理超声波信号的解调模块，所述的解调模块在实际应用中通过一软件来实现。其中所述的解调模块设有解密功能块、超声波信号采集口以及数据输出口 ；所述的解密功能块用于验证设备编码与位置识别码之间加密关系，所述的超声波信号采集口与移动终端I上既有麦克风4相连，所述的数据输出口与移动终端I上既有无线网络模块相连；服务器3与移动终端I上既有无线网络模块经无线网络相连接。服务器3内设有存储器，该存储器内存储有信息数据包，用于与移动终端I之间的信息交换。
[0031]所述的解调模块首先通过移动终端I上既有的麦克风4采集到超声波信号，并通过解密模块运用特别的运算方法将超声波信号解码以得到设备编码和位置编码，并核对设备编码和位置编码的验证关系，即进行DES解密，如果设备编码和位置编码具有正确的DES运算关系，则该软件通过移动终端I内既有的无线网络模块向远程的服务器3发送这两个编码，当服务器3获取准确的位置编码之后与存储于其内的信息数据包相匹配，调用与该位置编码相关的数据，并向移动终端I即时推送位置信息以及该位置周边的服务信息。以下为移动终端的具体接收流程:
[0032]①初始化接受存储器，分配16个字节的存储空间，并全部置O ;
[0033]②开始接收超声波信号；
[0034]③打开定时器，接收400ms的音频数据；
[0035]④分析接收到的数据，以大于IOOms为判断依据，寻找解码的起始点。找到了就以此为开始进行16个字节的解码；
[0036]⑤解码数据的前8个字节的数据与存储在设备中的密钥进行DES运算，得到的数据与解码出的位置编码如果一致则完成一次接受过程；
[0037]⑥否则跳到2重新开始。
[0038]本实施例通过超声波发射装置2和服务器3较好地实现了室内的小范围定位。实施例2:如图4所示为本发明的优选超声波放大器工作原理图，通过数字开关器件，例如4069等电路实现一个差分驱动，其具体工作原理如下:
[0039]①需要放大的数据调制信号从UlF的13脚输入；
[0040]②经UlF完成了一次约10倍的反向模拟放大并传送到UlE的11脚；
[0041]③UlE工作在开关状态下，实现了一个信号反向作用；
[0042]④UlA和UlB完成了信号的同相放大；
[0043]⑤UlC和UlD完成了信号的反相放大；
[0044]⑥LSI是一个压电陶瓷扬声器，被U1A、U1B和U1C、U1D构成的数字差分电路驱动；
[0045]⑦Rlll和Rll2是为了提高高电平推动能力而设置的。
[0046]本实施例中，在面积较大的区域，需要放置多个超声波发射装置，每个超声波发射装置的设备编码和位置识别码各不相同，当用户的移动终端处于有效区域内的时候，移动终端通过麦克风接收调制后的超声波信息，这些超声波信息中包含了每一个相邻的超声波发射装置的不同编码信息，但由于发射源到移动终端的距离不同，信号强度存在差别。
[0047]移动终端内置的解调模块采取了自适应滤波的方式，将距离远，调制幅度小的信号当作干扰信号滤除，从而保障移动终端能够正确解调最近的超声波发射装置发送的数据。当用户恰好处在两个移动终端之间时，移动终端将不能够正确解码，但这会导致设备编码和位置识别码不能通过有效性验证，从而保证不会出现错误的信息交流；一旦用户离开了这样的特定区域，则通讯可以正常进行。
【权利要求】
1.一种基于超声波的信息交换系统及其交换方法，其特征在于所述的信息交换系统主要包括超声波发射装置、移动终端和服务器； 所述的超声波发射装置由处理器、超声波放大器和超声波发射单元组成，所述的每个超声波发射装置均设有不同的设备编码和位置识别码，所述处理器内部设有加密模块用于设备编码与位置识别码之间加密关系的设定； 所述的移动终端内置有处理超声波信号的解调模块；其中所述的解调模块设有超声波信号采集口以及数据输出口，所述的超声波信号采集口与所述移动终端既有麦克风相连，所述的数据输出口与所述移动终端既有无线网络模块相连； 所述的服务器与所述的既有无线网络模块经无线网络相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声波的信息交换系统，其特征在于所述的解调模块内设置有解密功能块，用于验证设备编码与位置识别码之间加密关系。
3.根据权利要求1所述的一种基于超声波的信息交换系统，其特征在于所述的处理器上设置有一外部通讯接口。
4.根据权利要求1所述的一种基于超声波的信息交换系统，其特征在于所述的处理器内部设置有存储器，该存储器内部存储有所述的设备编码和位置识别码，并通过设置在处理器上的I/O 口或D/A转换口输出调制好的超声波信号。
5.根据权利要求1所述的一种基于超声波的信息交换系统，其特征在于所述的超声波发射单兀为一电声转换器。
6.根据权利要求1所述的一种基于超声波的信息交换系统，其特征在于所述服务器内设有存储器，该存储器内存储有信息数据包，用于与所述移动终端之间的信息交换。
7.根据权利要求1所述的一种基于超声波的信息交换系统，其特征在于所述的移动终端可以为手机、平板电脑或笔记本电脑。
8.根据权利要求1所述的一种基于超声波的信息交换系统及其交换方法，其特征在于:在面积较大的区域，需要放置多个超声波发射装置，每个超声波发射装置的设备编码和位置识别码各不相同，当用户的移动终端处于有效区域内的时候，移动终端通过麦克风接收调制后的超声波信息，并通过软件处理其中信号强度最好的超声波信号并从中解调出编码息。
【文档编号】H04B11/00GK103490827SQ201210192700
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年6月12日 优先权日:2012年6月12日
【发明者】毛洁明, 曲映晖 申请人:上海君戈网络科技有限公司