CN111314839A - 一种可辨别声源方向的挂件及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可辨别声源方向的挂件及其实现方法，挂件包括挂件本体、控制器、信号转换模块、放大电路、麦克风阵列、指示灯、震动马达和人体检测传感器；所述控制器分别连接人体检测传感器、信号转换模块、指示灯和震动马达；第一单指向麦克风、第二单指向麦克风、第三单指向麦克风、信号转换模块连接放大电路。根据麦克风阵列中各麦克风接收声音能量的差异，控制器判断声源的方向，并控制指示灯闪烁以及震动马达震动来提醒使用者。

Description

一种可辨别声源方向的挂件及其实现方法

技术领域

本发明属于电子产品技术领域，具体地，涉及一种可辨别声源方向的挂件及其实现方法。

背景技术

在当今时代，聋哑人群的人数日益增加，据相关资料统计说明，我国听力语言残疾的人数居视力残疾、肢残、智残等五大残疾之首，为2057万人，占中国人口总数的1.67％。丧失听力会给聋哑人的日常生活带来诸多不便，同时聋哑人的道路出行也存在着严重的安全隐患。

目前，市面上有一些面向聋哑人群的辅助产品，如：助听器，具有语音识别功能的智能眼镜。对于不同的聋哑人，助听器的效果不尽相同，佩戴助听器对于神经性耳聋患者效果甚微。长久佩戴助听器会导致耳朵很不舒服，还有可能引发中耳炎等不良后果。具有语音识别功能的智能眼镜，只能识别语音的内容，不能指示声源的方向，不具备识别噪声源的功能，在道路出行时无法识别汽车的鸣笛；而且这种产品往往价格昂贵，不为一般家庭所能接受。因此，为了给聋哑人提供道路出行的安全保障以及日常生活的便利，发明一款能够有效提醒聋哑人声源及其方位的产品显得尤其重要。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可辨别声源方向的挂件及其实现方法，所述挂件结构轻巧，可与眼镜、帽子等物件组合佩戴，操作方便，辨别声源方向的准确率高，为聋哑人提供一种使用方便的挂件，保障聋哑人道路出行的安全，提供日常生活的便利。

本发明的技术方案如下：

一种可辨别声源方向的挂件，包括挂件本体，所述挂件本体还包括控制器、信号转换模块、放大电路、麦克风阵列、指示灯、震动马达和人体检测传感器；

所述麦克风阵列设置在所述挂件本体四周，麦克风阵列包括第一单指向麦克风、第二单指向麦克风和第三单指向麦克风；

所述第一单指向麦克风的拾音方向沿所述挂件本体的正前方；

所述第二单指向麦克风的拾音方向与第一单指向麦克风的拾音方向沿逆时针旋转方向相差预设角度θ；

所述第三单指向麦克风的拾音方向与第一单指向麦克风的拾音方向沿顺时针旋转方向相差预设角度θ；

所述麦克风阵列采集到的声音模拟小信号，经放大电路放大后输出至信号转换模块，信号转换模块将模拟信号转换成对应的数字信号后，再把数字信号发送至控制器；

所述人体检测传感器用于检测所述挂件本体是否处于被佩戴状态；若检测到所述挂件本体处于被佩戴状态，则发送中断信号给控制器；反之，继续检测；

所述控制器接收到中断信号后，将对信号转换模块发送的数字信号进行解析，判断出声源的方向，并控制指示灯闪烁以及震动马达震动来提醒使用者；

所述指示灯通过发出不同颜色和不同亮度的灯光来指示不同方向和不同强度的声源。

所述的可辨别声源方向的挂件，其中，所述挂件本体上还设置有用于为挂件中各个模块进行供电的电源管理模块。

所述的可辨别声源方向的挂件，其中，所述挂件本体上还设置有电源按键；所述电源按键连接所述电源管理模块。

所述的可辨别声源方向的挂件，其中，所述挂件本体上还设置有夹子，可将挂件本体固定于眼镜架或帽檐上。

所述的可辨别声源方向的挂件，其中，所述预设角度θ为90°。

一种上述的可辨别声源方向的挂件的实现方法，其中，包括以下步骤：

S1、所述麦克风阵列采集到的声音模拟小信号，经放大电路放大后输出至信号转换模块，信号转换模块将模拟信号转换成对应的数字信号后，再把数字信号发送至控制器，执行步骤S2；

S2、所述人体检测传感器检测所述挂件本体是否处于被佩戴状态，若检测到所述挂件本体处于被佩戴状态，则发送中断信号给控制器并执行步骤S3，反之执行步骤S2继续检测；

S3、所述控制器接收到中断信号后，将对信号转换模块发送的数字信号进行解析，判断出声源的方向，并控制指示灯闪烁以及震动马达震动来提醒使用者；

所述的可辨别声源方向的挂件的实现方法，其中，步骤S3具体包括：

S31、所述麦克风阵列接收声音，其中第一单指向麦克风接收的声音能量为第一能量E1，第二单指向麦克风接收的声音能量为第二能量E2，第三单指向麦克风接收的声音能量为第三能量E3，比较第一能量E1、第二能量E2和第三能量E3的大小，得出麦克风阵列所接收声音能量的最大值E_max；

S32、所述控制器根据各麦克风接收声音能量的差异判断声源的方向；

当所述第一能量E1分别大于第二能量E2和第三能量E3时，判断声源位于所述挂件本体正前方；

当所述第二能量E2分别大于第一能量E1和第三能量E3时，判断声源位于所述挂件本体左侧方；

当所述第三能量E3分别大于第一能量E1和第二能量E2时，判断声源位于所述挂件本体右侧方；

S33、当声源位于所述挂件本体正前方，控制器控制指示灯发红色灯光；

当声源位于所述挂件本体左侧方，控制器控制指示灯发黄色灯光；

当声源位于所述挂件本体右侧方，控制器控制指示灯发蓝色灯光；

S34、根据麦克风阵列所接收声音能量的最大值E_max，控制器调节输出的PWM波的占空比，E_max值越大，控制器输出的PWM波的占空比越高，指示灯则会越亮；

当E_max值大于所设定的声音能量警戒值E_alarm时，控制器控制震动马达震动。

有益效果：本发明提供的可辨别声源方向的挂件及其实现方法，根据麦克风阵列中各麦克风接收声音能量的差异，控制器判断出声源的方向，并控制指示灯闪烁以及震动马达震动来提醒使用者，使佩戴所述挂件的聋哑人可以注意到周围环境的响动以及在马路上行走可以“听到”汽车的鸣笛声，从而达到提供聋哑人日常生活的便利和保障聋哑人日常道路出行的安全的目的。

附图说明

图1为本发明的可辨别声源方向的挂件的结构框图；

图2为本发明的可辨别声源方向的挂件的实现方法的流程图；

图3为本发明的可辨别声源方向的挂件的一种佩戴方法的一个角度的示意图；

图4为本发明的可辨别声源方向的挂件的一种佩戴方法的另一个角度的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种可辨别声源方向的挂件及其实现方法。为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，其为本发明的可辨别声源方向的挂件的结构框图。如图所示，所述可辨别声源方向的挂件，包括挂件本体1、控制器101、信号转换模块102、放大电路103、麦克风阵列、指示灯107、震动马达108和人体检测传感器109；所述控制器101分别连接信号转换模块102、指示灯107、震动马达108和人体检测传感器109；第一单指向麦克风105、第二单指向麦克风106、第三单指向麦克风104、信号转换模块102连接放大电路103。

其中，所述麦克风阵列采集到的声音模拟小信号，经放大电路103放大后输出至信号转换模块102，信号转换模块102将模拟信号转换成对应的数字信号后，再把数字信号发送至控制器101；所述人体检测传感器109用于检测所述挂件本体1是否处于被佩戴状态；若检测到所述挂件本体1处于被佩戴状态，则发送中断信号给控制器101；反之，继续检测；所述控制器101接收到中断信号后，将对信号转换模块102发送的数字信号进行解析，判断出声源的方向，并控制指示灯闪烁107以及震动马达108震动来提醒使用者；所述指示灯107通过发出不同颜色和不同亮度的灯光来指示不同方向和不同强度的声源。

具体来说，所述麦克风阵列中各麦克风为驻极体麦克风，当麦克风接收到声音信号时，会将声音信号将转换为小电压交流模拟信号，并输出至放大电路103；

进一步地，所述麦克风阵列包括第一单指向麦克风105、第二单指向麦克风106和第三单指向麦克风104。其中，第一单指向麦克风105、第二单指向麦克风106和第三单指向麦克风104三者的拾音方向均不同，所述第一单指向麦克风105的拾音方向沿所述挂件本体1的正前方；所述第二单指向麦克风106的拾音方向与第一单指向麦克风105的拾音方向沿逆时针旋转方向相差预设角度θ；所述第三单指向麦克风104的拾音方向与第一单指向麦克风105的拾音方向沿顺时针旋转方向相差预设角度θ。这样，当麦克风阵列采集周围环境的声音信息时，各麦克风所接收到的声音的能量是不一样的，根据麦克风阵列中各麦克风接收声音能量的差异，控制器判断出声源的方向。

进一步地，所述预设角度θ为90°，这样可以令第一单指向麦克风105、第二单指向麦克风106和第三单指向麦克风104分别定向拾取所述挂件本体1正前方、正左方、正右方的声音信息；所述预设角度θ的取值并不是限定为90°，可以根据实际需求进行调整，例如将预设角度θ设为145°，第二单指向麦克风106和第三单指向麦克风104则可拾取所述挂件本体1正后方和两边侧方的声音信息。

所述放大电路103为共射极放大电路，由NPN型三极管组成；在NPN型三极管的基极与发射级之间接有100nF的电容C1，用于隔离麦克风输入的小电压交流模拟信号中的直流成分；在NPN型三极管的集电极与发射级之间接有100nF的电容C2，用于滤除放大电路103输出信号中的交流成分；放大电路103将放大后的直流模拟信号输出至信号转换模块102。

所述信号转换模块102为模拟-数字转换器ADC(Analog-to Digital Converter)，通过SPI总线与控制器101连接，用于将放大电路103输出的直流模拟信号转换为控制器IO口所能读取的数字信号。

所述控制器101可以生成PWM波，并控制指示灯107发出不同亮度的灯光来指示声源的强度。

进一步地，阐述PWM波的原理及控制器生成PWM波的方法：PWM(Pulse-Width-Modulation)指的是脉冲宽度调制，可以生成一种占空比可变、可控的脉冲波形；控制器101中内置定时器TIM，可以利用定时器TIM生成PWM波；定时器TIM中的ARR寄存器和CCR寄存器与PWM波的生成紧密相关，ARR寄存器中的装载值用于设置所生成的PWM波的周期，CCR寄存器中的装载值用于设置所生成的PWM波的占空比；我们对ARR寄存器写入常量period_num，对CCR寄存器写入变量dutyratio_num，通过选定合适的period_num值的大小来设定生成的PWM的周期，通过改变变量dutyratio_num值的大小来改变生成的PWM波的占空比。为了使生成的PWM波的占空比大小可以反映麦克风阵列所接收声音能量的最大值E_max的大小，令

dutyratio_num＝K*E_max(a)

其中K为比例系数，需根据实际情况选定该参数的值；由方程(a)可知，生成的PWM波的占空比将随麦克风阵列所接收声音能量的最大值E_max的增大而增大、减小而减小，也即指示灯所发出灯光的亮度将随声源强度的增大而增大、减小而减小。

进一步地，所述的可辨别声源方向的挂件中，所述挂件本体1上还设置有用于为挂件中各个模块进行供电的电源管理模块。另外，所述挂件本体1上还设置有电源按键111；所述电源按键111连接所述电源管理模块。

进一步地，所述的可辨别声源方向的挂件中，所述挂件本体1上还设置有夹子110，可将挂件本体1固定于眼镜架2或帽檐上，本发明提供了所述挂件的一种佩戴方式，如图3和图4所示。

本发明还提供了一种上述的可辨别声源方向的挂件的实现方法，如图2所示，

包括以下步骤：

S100、所述麦克风阵列采集到的声音模拟小信号，经放大电路放大后输出至信号转换模块，信号转换模块将模拟信号转换成对应的数字信号后，再把数字信号发送至控制器，执行步骤S200；

S200、所述人体检测传感器检测所述挂件本体是否处于被佩戴状态，若检测到所述挂件本体处于被佩戴状态，则发送中断信号给控制器并执行步骤S300；反之，执行步骤S200继续检测；

S300、所述控制器接收到中断信号后，将对信号转换模块发送的数字信号进行解析，判断出声源的方向，并控制指示灯闪烁以及震动马达震动来提醒使用者。

进一步地，所述的可辨别声源方向的挂件的实现方法，所述步骤S300具体包括：

S31、所述麦克风阵列接收声音，其中第一单指向麦克风接收的声音能量为第一能量E1，第二单指向麦克风接收的声音能量为第二能量E2，第三单指向麦克风接收的声音能量为第三能量E3，比较第一能量E1、第二能量E2和第三能量E3的大小，得出麦克风阵列所接收声音能量的最大值E_max；

S32、所述控制器根据各麦克风接收声音能量的差异判断声源的方向；

当所述第一能量E1分别大于第二能量E2和第三能量E3时，判断声源位于所述挂件本体正前方；

当所述第二能量E2分别大于第一能量E1和第三能量E3时，判断声源位于所述挂件本体左侧方；

当所述第三能量E3分别大于第一能量E1和第二能量E2时，判断声源位于所述挂件本体右侧方；

S33、当声源位于所述挂件本体正前方，控制器控制指示灯发红色灯光；

当声源位于所述挂件本体左侧方，控制器控制指示灯发黄色灯光；

当声源位于所述挂件本体右侧方，控制器控制指示灯发蓝色灯光；

S34、根据麦克风阵列所接收声音能量的最大值E_max，控制器调节输出的PWM波的占空比，E_max值越大，控制器输出的PWM波的占空比越高，指示灯则会越亮；

当E_max值大于所设定的声音能量警戒值E_alarm时，控制器控制震动马达震动。

综上所述，本发明提供的可辨别声源方向的挂件及其实现方法，其中，可辨别声源方向的挂件包括挂件本体、控制器、信号转换模块、放大电路、麦克风阵列、指示灯、震动马达和人体检测传感器；所述麦克风阵列包括第一单指向麦克风、第二单指向麦克风和第三单指向麦克风；所述控制器分别连接人体检测传感器、信号转换模块、指示灯和震动马达；第一单指向麦克风、第二单指向麦克风、第三单指向麦克风、信号转换模块连接放大电路。根据麦克风阵列中各麦克风接收声音能量的差异，控制器判断出声源的方向，并控制指示灯闪烁以及震动马达震动来提醒使用者，使佩戴所述挂件的聋哑人可以注意到周围环境的响动以及在马路上行走可以“听到”汽车的鸣笛声，从而达到提供聋哑人日常生活的便利和保障聋哑人日常道路出行的安全的目的。

Claims (6)

1.一种可辨别声源方向的挂件，包括挂件本体，其特征在于，

还包括控制器、信号转换模块、放大电路、麦克风阵列、指示灯、震动马达和人体检测传感器；

所述麦克风阵列设置在所述挂件本体四周，麦克风阵列包括第一单指向麦克风、第二单指向麦克风和第三单指向麦克风；

所述第一单指向麦克风的拾音方向沿所述挂件本体的正前方；

所述第二单指向麦克风的拾音方向与第一单指向麦克风的拾音方向沿逆时针旋转方向相差预设角度θ；

所述第三单指向麦克风的拾音方向与第一单指向麦克风的拾音方向沿顺时针旋转方向相差预设角度θ；

所述麦克风阵列采集到的声音模拟小信号，经放大电路放大后输出至信号转换模块，信号转换模块将模拟信号转换成对应的数字信号后，再把数字信号发送至控制器；

所述人体检测传感器用于检测所述挂件本体是否处于被佩戴状态；若检测到所述挂件本体处于被佩戴状态，则发送中断信号给控制器；反之，继续检测；

所述控制器接收到中断信号后，将对信号转换模块发送的数字信号进行解析，判断出声源的方向，并控制指示灯闪烁以及震动马达震动来提醒使用者；

所述指示灯通过发出不同颜色和不同亮度的灯光来指示不同方向和不同强度的声源。

2.根据权利要求1所述的可辨别声源方向的挂件，其特征在于，

所述挂件本体上还设置有用于为挂件中各个模块进行供电的电源管理模块。

3.根据权利要求1所述的可辨别声源方向的挂件，其特征在于，

所述挂件本体上还设置有电源按键；所述电源按键连接所述电源管理模块。

4.根据权利要求1-3任意之一所述的可辨别声源方向的挂件，其特征在于，

所述挂件本体上还设置有夹子，可将挂件本体固定于眼镜架或帽檐上。

5.根据权利要求1所述的可辨别声源方向的挂件，其特征在于，

所述预设角度θ为90°。

6.一种权利要求1所述的可辨别声源方向的挂件的实现方法，其特征在于，

包括以下步骤：

S1、所述麦克风阵列采集到的声音模拟小信号，经放大电路放大后输出至信号转换模块，信号转换模块将模拟信号转换成对应的数字信号后，再把数字信号发送至控制器，执行步骤S2；

S2、所述人体检测传感器检测所述挂件本体是否处于被佩戴状态，若检测到所述挂件本体处于被佩戴状态，则发送中断信号给控制器并执行步骤S3；反之，执行步骤S2继续检测；

S3、所述控制器接收到中断信号后，将对信号转换模块发送的数字信号进行解析，判断出声源的方向，并控制指示灯闪烁以及震动马达震动来提醒使用者；

所述步骤S3具体包括：

S31、所述麦克风阵列接收声音，其中第一单指向麦克风接收的声音能量为第一能量E1，第二单指向麦克风接收的声音能量为第二能量E2，第三单指向麦克风接收的声音能量为第三能量E3，比较第一能量E1、第二能量E2和第三能量E3的大小，得出麦克风阵列所接收声音能量的最大值E_max；

S32、所述控制器根据各麦克风接收声音能量的差异判断声源的方向；

当所述第一能量E1分别大于第二能量E2和第三能量E3时，判断声源位于所述挂件本体正前方；

当所述第二能量E2分别大于第一能量E1和第三能量E3时，判断声源位于所述挂件本体左侧方；

当所述第三能量E3分别大于第一能量E1和第二能量E2时，判断声源位于所述挂件本体右侧方；

S33、当声源位于所述挂件本体正前方，控制器控制指示灯发红色灯光；

当声源位于所述挂件本体左侧方，控制器控制指示灯发黄色灯光；

当声源位于所述挂件本体右侧方，控制器控制指示灯发蓝色灯光；

S34、根据麦克风阵列所接收声音能量的最大值E_max，控制器调节输出的PWM波的占空比，E_max值越大，控制器输出的PWM波的占空比越高，指示灯则会越亮；

当E_max值大于所设定的声音能量警戒值E_alarm时，控制器控制震动马达震动。

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