CN106447867A - 一种基于指纹和声纹的智能门锁及其检测方法 - Google Patents

一种基于指纹和声纹的智能门锁及其检测方法 Download PDF

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李木子
张慧洁
王付军
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Abstract

本发明涉及智能门锁领域，特别是一种基于指纹的智能门锁，包括指纹智能锁体、音频传感器、音频信号调理模块、音频信号数字采集模块和指纹传感器；所述音频信号调理模块接收所述音频传感器采集的音频信号，并对所述音频信号进行处理；所述音频信号数字采集模块将模拟音频信号转换为数字音频信号；所述智能锁体接收所述数字音频信号，分析所述数字音频信号的特征值，若所述特征值超过背景噪声阈值，则向所述指纹传感器发送开启指令，接收所述指纹传感器采集的指纹数据。本发明的另一方面提供了一种基于该智能门锁的检测方法。该智能门锁及其检测方法同时提高了智能门锁的使用寿命和稳定性，兼具低功耗和环保的有益效果。

Description

一种基于指纹和声纹的智能门锁及其检测方法
技术领域
本发明涉及智能门锁领域，特别是一种基于指纹和声纹的智能门锁及其检测方法。
背景技术
当前基于指纹的智能门锁，其指纹传感器必须保持持续不间断工作或待机状态。这种工作状态有以下几个方面的局限性：
1、由于持续性工作或待机状态，功耗水平较高，不利于使用电池方案的智能门锁；
2、持续的工作状态导致设备易老化；
3、持续的工作指示灯造成夜间光污染严重。
由于使用电池方案的智能锁对指纹传感器功耗非常敏感，因此当前亟需一种新的技术方案来解决如何智能管理指纹识别传感器的工作状态，使其只在真正需要工作时才进入工作模式。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种基于指纹和声纹的智能门锁及其检测方法。为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种基于指纹和声纹的智能门锁，包括指纹智能锁体、音频传感器、音频信号调理模块、音频信号数字采集模块和指纹传感器；
所述音频信号调理模块接收所述音频传感器采集的音频信号，并对所述音频信号进行处理；
所述音频信号数字采集模块将模拟音频信号转换为数字音频信号；
所述智能锁体接收所述数字音频信号，分析所述数字音频信号的特征值，若所述特征值超过背景噪声阈值，则向所述指纹传感器发送开启指令，接收所述指纹传感器采集的指纹数据。
进一步地，所述音频传感器为传声器、压电式振动传感器或电感式振动传感器。
进一步地，所述音频信号调理模块对所述音频信号的处理包括降噪和滤波。
进一步地，所述数字音频信号的特征值选取区别于背景噪声的振幅、频率、相位、幅度谱、频谱、相位谱、功率谱和能量谱中的任意一项或几项。
优选地，所述数字音频信号的特征值选取幅度谱，即所述数字音频信号各频率的幅度特征信息。
进一步地，所述智能锁体包括锁体、中央处理模块和接口模块。
进一步地，所述中央处理模块接收所述数字音频信号，分析其特征值，若所述特征值超过背景噪声阈值，则向所述指纹传感器发送开启指令，接收所述指纹传感器采集的指纹数据。
本发明的另一方面提供一种基于指纹和声纹的智能门锁的检测方法，其基础原理是：当用户接近门锁时，其行动产生的声音振动将明显区别于常规背景噪声，所述行动产生的声音包括通常的脚步声、说话声等。利用这些声音的声纹特征，即音频信号属性特征，可以判别当前是否需要启动指纹传感器以供用户使用。当没有这些声纹特征时，向所述指纹传感器发送休眠指令以节省能耗。
一种基于指纹和声纹的智能门锁检测方法，包括以下步骤：
S1，设定背景噪声阈值；
S2，采集音频信号，分析所述音频信号特征值是否超过阈值；
S3，根据分析结果，向指纹传感器发送开启或关闭指令。
进一步地，步骤S1包括：
S1a，采集所述智能门锁安装环境的背景音频信号；
S1b，分析所述背景音频信号的噪声特征；
S1c，根据噪声特征设定背景噪声阈值。
具体地，步骤S1a中所述安装环境所述智能门锁的实际应用场景，采集时段选择较为安静的时间段，例如夜晚时段。另一方面，若用户拒绝采集背景噪声数据，系统自动选择通用特征阈值，所述通用特征阈值根据实际应用经验统计而得。
进一步地，步骤S2包括：
S2a，间隔性读取固定时间长度的音频传感器数据；
S2b，计算所读取的音频传感器数据的音频信号特征值；
S2c，判定音频信号特征值是否超过背景噪声阈值。
进一步地，读取的音频传感器数据经过音频信号调理模块进行信号处理，然后经过音频信号ADC数字采集模块将模拟信号转换为数字信号，最后传输到所述智能锁体进行储存和分析。
进一步地，所述间隔性读取的间隔频率根据实际应用环境进行确定和优化。例如，当读取的数据固定长度为0.5s，则最大的间隔频率为2Hz。对于需要最小化功耗的应用场景，或者在夜间活动频率较少时，将所述间隔频率设置为低值，如0.1Hz～0.5Hz；对于需要设备反应更灵敏是，则将所述间隔频率设置为高值，如0.5Hz～2Hz。
进一步地，步骤S3包括：
S3a，若所述音频信号特征值超过背景噪声阈值，则开启指纹传感器；
S3b，若等待时间内所述指纹传感器未向所述智能锁体传输数据，则关闭或休眠所述指纹传感器，返回S2a。
进一步地，所述音频信号特征值包括振幅、频率、相位、幅度谱、频谱和相位谱。
进一步地，所述等待时间根据实际应用场景和能耗要求确定。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提供的基于指纹和声纹的智能门锁以及基于所述智能门锁的智能门锁检测方法解决了传统指纹传感器持续工作或待机导致的功耗水平高的问题，有效节省了能耗，延迟了设备使用时间，避免了工作指示灯的光污染干扰。综上所述，该智能门锁及其检测方法同时提高了智能门锁的使用寿命和稳定性，兼具低功耗和环保的有益效果。
附图说明：
图1为本发明提供的基于指纹和声纹的智能门锁结构图；
图2为本发明提供的基于指纹和声纹的智能门锁检测方法流程图；
图中标记：1-智能锁体，2-音频传感器，3-音频信号调理模块，4-音频信号数字采集模块，5，接口模块，6-指纹传感器。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
一种基于指纹和声纹的智能门锁，如图1所示，包括指纹智能锁体1、音频传感器2、音频信号调理模块3、音频信号数字采集模块4和指纹传感器6；
所述音频信号调理模块3接收所述音频传感器2采集的音频信号，并对所述音频信号进行处理；
所述音频信号数字采集模块4将模拟音频信号转换为数字音频信号；
所述智能锁体1接收所述数字音频信号，分析所述数字音频信号的特征值，若所述特征值超过背景噪声阈值，则向所述指纹传感器6发送开启指令，接收所述指纹传感器6采集的指纹数据。
进一步地，所述音频传感器2为传声器、压电式振动传感器或电感式振动传感器。
进一步地，所述音频信号调理模块3对所述音频信号的处理包括降噪和滤波，有利于提取准确的特征值。
进一步地，所述数字音频信号的特征值选取区别于背景噪声的幅度谱，即所述数字音频信号各频率的幅度特征信息。
具体地，对所述数字音频信号做频谱变换，分析所述数字音频信号在各频率的幅度特征。对应地，选取背景噪声的幅度谱特征进行比对。
进一步地，所述智能锁体1包括锁体、中央处理模块和接口模块5。
进一步地，所述中央处理模块接收所述数字音频信号，分析其幅度谱特征值，若所述幅度谱特征值超过背景噪声幅度谱阈值，即所述数字音频信号中心频率幅度值超过所述背景噪声中相应频率的幅度阈值，则向所述指纹传感器发送开启指令，接收所述指纹传感器采集的指纹数据。
本发明的另一方面提供一种基于指纹和声纹的智能门锁的检测方法，其基础原理是：当用户接近门锁时，其行动产生的声音振动将明显区别于常规背景噪声，所述行动产生的声音包括通常的脚步声、说话声等。利用这些声音的声纹特征，即音频信号属性特征，可以判别当前是否需要启动指纹传感器以供用户使用。当没有这些声纹特征时，向所述指纹传感器发送休眠指令以节省能耗。
一种基于指纹和声纹的智能门锁检测方法，包括以下步骤：
S1，设定背景噪声阈值；
S2，采集音频信号，分析所述音频信号特征值是否超过阈值；
S3，根据分析结果，向指纹传感器发送开启或关闭指令。
进一步地，步骤S1包括：
S1a，采集所述智能门锁安装环境的背景音频信号；
S1b，分析所述背景音频信号的噪声特征；
S1c，根据噪声特征设定背景噪声阈值。
具体地，步骤S1a中所述安装环境所述智能门锁的实际应用场景，采集时段选择较为安静的时间段，例如夜晚时段。另一方面，若用户拒绝采集背景噪声数据，系统自动选择通用特征阈值，所述通用特征阈值根据实际应用经验统计而得。
进一步地，如图2所示，步骤S2包括：
S2a，间隔性读取固定时间长度的音频传感器数据；
S2b，计算所读取的音频传感器数据的音频信号特征值；
S2c，判定音频信号特征值是否超过背景噪声阈值。
进一步地，读取的音频传感器数据经过音频信号调理模块进行信号处理，然后经过音频信号ADC数字采集模块将模拟信号转换为数字信号，最后传输到所述智能锁体进行储存和分析。
进一步地，所述间隔性读取的间隔频率根据实际应用环境进行确定和优化。例如，当读取的数据固定长度为0.5s，则最大的间隔频率为2Hz。对于需要最小化功耗的应用场景，或者在夜间活动频率较少时，将所述间隔频率设置为低值，如0.1Hz～0.5Hz；对于需要设备反应更灵敏是，则将所述间隔频率设置为高值，如0.5Hz～2Hz。
进一步地，如图2所示，步骤S3包括：
S3a，若所述音频信号特征值超过背景噪声阈值，则开启指纹传感器；
进一步地，若所述音频信号特征值小于背景噪声阈值，则返回S2a；
S3b，若等待时间内所述指纹传感器未向所述智能锁体传输数据，则关闭或休眠所述指纹传感器，返回S2a。
进一步地，所述音频信号特征值选取幅度谱信息。
进一步地，所述等待时间根据实际应用场景和能耗要求确定。
实施例2
实施例2提供一种基于指纹和声纹的智能门锁及其检测方法，与实施例1的区别在于，选取数字音频信号的振幅作为特征值，智能门锁向指纹传感器发送开启指令的判定条件为所述数字音频信号的振幅超过背景噪声的振幅。
进一步地，所述数字音频信号的振幅包括间隔性读取的固定时长的音频信号的平均振幅或该时长内某一时刻的瞬时振幅。
进一步地，所述背景噪声的振幅为预设背景噪声阈值时采集时长内的平均振幅。
实施例3
实施例3提供一种基于指纹和声纹的智能门锁及其检测方法，与实施例1、2的区别在于，选取数字音频信号的振幅和幅度谱的组合特征作为特征值，智能门锁向指纹传感器发送开启指令的判定条件为所述数字音频信号的组合特征超过背景噪声的组合特征。
进一步地，振幅和幅度谱的组合包括相加或者相乘。
进一步地，所述振幅包括瞬时振幅或平均振幅。
进一步地，根据数字音频信号相比背景噪声的差异程度确定所述振幅和幅度谱的相加权重。
优选地，根据所述智能门锁实际应用场景多次试验，统计不同参数特征的差异程度，确定各参数权重。

Claims (10)

1.一种基于指纹和声纹的智能门锁，其特征在于，包括指纹智能锁体、音频传感器、音频信号调理模块、音频信号数字采集模块和指纹传感器；
所述音频信号调理模块接收所述音频传感器采集的音频信号，并对所述音频信号进行处理；
所述音频信号数字采集模块将模拟音频信号转换为数字音频信号；
所述智能锁体接收所述数字音频信号，分析所述数字音频信号的特征值，若所述特征值超过背景噪声阈值，则向所述指纹传感器发送开启指令，接收所述指纹传感器采集的指纹数据。
2.根据权利要求1所述的智能门锁，其特征在于，所述音频传感器为传声器、压电式振动传感器或电感式振动传感器。
3.根据权利要求1所述的智能门锁，其特征在于，所述音频信号调理模块对所述音频信号的处理包括降噪和滤波。
4.根据权利要求1所述的智能门锁，其特征在于，所述数字音频信号的特征值选取振幅、频率、相位、幅度谱、频谱、相位谱、功率谱和能量谱中的任意一项或几项。
5.根据权利要求1所述的智能门锁，其特征在于，所述智能锁体包括锁体、中央处理模块和接口模块。
6.一种基于指纹和声纹的智能门锁检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，设定背景噪声阈值；
S2，采集音频信号，分析所述音频信号特征值是否超过阈值；
S3，根据分析结果，向指纹传感器发送开启或关闭指令。
7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，步骤S1包括：
S1a，采集所述智能门锁安装环境的背景音频信号；
S1b，分析所述背景音频信号的噪声特征；
S1c，根据噪声特征设定背景噪声阈值。
8.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，步骤S2包括：
S2a，间隔性读取固定时间长度的音频传感器数据；
S2b，计算所读取的音频传感器数据的音频信号特征值；
S2c，判定音频信号特征值是否超过背景噪声阈值。
9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，步骤S3包括：
S3a，若所述音频信号特征值超过背景噪声阈值，则开启指纹传感器；
S3b，若等待时间内所述指纹传感器未向所述智能锁体传输数据，则关闭或休眠所述指纹传感器，返回S2a。
10.根据权利要求6-9任一项所述的检测方法，其特征在于，所述音频信号特征值选取振幅、频率、相位、幅度谱、频谱、相位谱、功率谱和能量谱中的任意一项或几项。
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