CN113359139A - 智能设备、开关装置、电子设备和交互设备 - Google Patents

智能设备、开关装置、电子设备和交互设备 Download PDF

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CN113359139A CN202010140367.9A CN202010140367A CN113359139A CN 113359139 A CN113359139 A CN 113359139A CN 202010140367 A CN202010140367 A CN 202010140367A CN 113359139 A CN113359139 A CN 113359139A
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Abstract

本发明实施例提供了一种智能设备，所述智能设备包括：超声波传感器，包括发射器和接收器，所述发射器基于出射信号发射出射波，所述接收器基于接收到的所述出射波的回波形成回波信号；号筒，与所述超声波传感器相对应，设置成引导所述出射波以及归拢所述回波；控制器，与所述发射器和所述接收器电性连接，用于生成所述出射信号和接收所述回波信号，并根据所述出射信号和所述回波信号进行目标检测。由于本发明实施例的智能设备包括号筒，并且号筒与超声波传感器相对应，能够利用号筒引导出射波和归拢回波，因此能够提高检测用户操作的精确度，从而改善了交互体验。

Description

智能设备、开关装置、电子设备和交互设备
技术领域
本发明实施例涉及声学技术领域，尤其涉及一种智能设备、开关装置、电子设备和交互设备。
背景技术
在目前的诸如超声距离检测、超声手势识别、VR(虚拟现实)障碍躲避等对超声技术的应用中，是基于超声在传播过程中遇到障碍物反射后的多普勒原理，由此实现了智能设备中的多种智能化的交互体验。
通常，超声波的辐射功率越高，受障碍物反射后接收到的能量越强，越有利于超声波的各种应用。新一代的智能设备中采用超声波用于与用户的交互操作。然而，交互体验可以进一步改善。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种智能设备、开关装置、电子设备和交互设备，以进一步改善交互体验。
第一方面，提供了一种智能设备。所述智能设备包括：超声波传感器，包括发射器和接收器，所述发射器基于出射信号发射出射波，所述接收器基于接收到的所述出射波的回波形成回波信号；号筒，与所述超声波传感器相对应，设置成引导所述出射波以及归拢所述回波；控制器，与所述发射器和所述接收器电性连接，用于生成所述出射信号和接收所述回波信号，并根据所述出射信号和所述回波信号进行目标检测。
第二方面，提供了一种开关装置，包括：超声波传感器，包括发射器和接收器，所述发射器基于出射信号发射出射波，所述接收器基于接收到的所述出射波的回波形成回波信号；号筒，与所述超声波传感器相对应，设置成引导所述出射波以及归拢所述回波；开关电路，所述开关电路与所述发射器和所述接收器电性连接，用于生成所述出射信号和接收所述回波信号，并根据所述出射信号和所述回波信号进行目标检测，以执行接通和关断操作。
第三方面，提供了一种电子设备，包括第二方面所述的开关装置。
第四方面，提供了一种交互设备，包括显示部件和手势识别部件。所述手势识别部件包括：超声波传感器，包括发射器和接收器，所述发射器基于出射信号发射出射波，所述接收器基于接收到的所述出射波的回波形成回波信号；号筒，与所述超声波传感器相对应，设置成引导所述出射波以及归拢所述回波；识别控制器，与所述发射器和所述接收器电性连接，用于生成所述出射信号和接收所述回波信号，并根据所述出射信号和所述回波信号进行目标识别。
根据本发明实施例提供的方案，由于智能设备包括号筒，并且号筒与所述超声波传感器相对应，能够利用号筒引导出射波和归拢回波，因此能够提高检测用户操作的精确度，从而改善了交互体验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1A为本发明实施例一的智能设备的示意性结构图。
图1B为本发明实施例一的智能设备的示意图。
图2为本发明实施例二的智能设备的号筒的俯视图和截面图。
图3A为本发明实施例三的一个实施方式的智能设备的指数号筒的示意性结构图。
图3B为本发明实施例三的一个实施方式的智能设备的指数号筒的性能的示意图。
图4为本发明实施例四的智能设备的示意性结构图。
图5为本发明实施例五的开关装置的示意图。
图6为本发明实施例六的交互设备的示意图。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明实施例保护的范围。
下面结合本发明实施例附图进一步说明本发明实施例具体实现。
图1A为本发明实施例一的智能设备的示意性结构图。图1A的智能设备100包括：
超声波传感器10，包括发射器11和接收器12，发射器11基于出射信号发射出射波，接收器12基于接收到的出射波的回波形成回波信号；
号筒20，与超声波传感器10相对应，设置成引导出射波，以及归拢回波；
控制器30，与发射器11和接收器12电性连接，用于生成出射信号和接收回波信号，并根据所述出射信号和所述回波信号进行目标检测。
应理解，通常，超声是指频率大于20kHz的声波。本发明实施例的智能设备可以包括扬声器，扬声器的位置可以是任意的，比如在号筒的侧壁延伸的曲面的内侧或外侧，由于号筒对于扬声器所辐射的声波和超声波传感器辐射的超声波具有不同的指向性效果，即，频率越高指向性越强，因此即使当扬声器设置在号筒内，也可以在保证音响效果的前提下提高超声的识别距离，提高检测的精确性。
由于本发明实施例的智能设备包括号筒，并且号筒与所述超声波传感器相对应，能够利用号筒引导出射波和归拢回波，因此能够提高检测用户操作的精确度，从而改善了交互体验。
另外，由于号筒与所述超声波传感器相对应，引导出射波和归拢回波采用相同的号筒，因此能够减小智能设备的体积，方便移动或携带，并且有利于工业设计一体化。
换句话说，本发明实施例的智能设备有效地提升辐射功率，提高了检测距离，大大增加超声检测在智能设备上的使用覆盖性，提高了超声应用(距离检测、手势控制等)的有效控制距离。另外，当识别距离较短时，容易产生底噪问题，从而对算法要求较高，利用本发明实施例的方案避免的该问题。另外，利用扬声器发射超声波，使得器件的设计难度增大，采用本发明实施例的方案，减小了器件的设计难度。
另外，本发明实施例的方案与将扬声器本身用作超声源，不需要提高扬声器的驱动功率，无需扬声器保持在较高音量或较高功率的状态，使得扬声器本身辐射的声波(例如，智能设备播放的音乐)不受到并发场景的影响。
图1B示出的智能设备包括号筒、超声波传感器和控制器，对目标物体进行检测。号筒提高了目标物体检测的指向性。
在本发明的另一实现方式中，回波通过出射波经目标物体反射而产生，控制器具体用于基于出射信号和回波信号判定目标物体的空间状态。
应理解，空间状态包括但不限于位置和姿态。位置包括但不限于诸如距离的相对位置或坐标位置。
例如，控制器可以具体用于基于目标物体的移动速度和移动方向判定目标物体的姿态。例如，控制器可以具体用于基于发射出射信号和接收回波信号的时间差来判断目标物体的距离。
在本发明的另一实现方式中，控制器具体用于基于目标物体的移动速度和移动方向判定目标物体的姿态，对于目标物体的移动速度，例如，控制器可以具体用于基于出射信号指示的出射波的频率与回波信号指示的回波的频率之间的频率差，判断目标物体的移动速度。应理解，超声波具有较强的多普勒效应，如果出射信号指示的出射波的频率与回波信号指示的回波的频率之间的频率差较大，则目标物体的移动速度较大，否则，目标物体的移动速度较小。
例如，对于目标物体的移动方向，控制器具体用于基于发射出射信号和接收回波信号的时间差以及出射信号指示的出射波的频率与回波信号指示的回波的频率之间的频率差，判断目标物体的移动方向。
在本发明的另一实现方式中，控制器具体用于：基于出射信号对回波信号进行降噪处理，并且通过比较降噪处理后的回波信号和出射信号来判定目标物体的空间状态。由于本发明实施例设置了号筒，因此，能够将上述的降噪处理的算法进行简化，或者，在通常的降噪算法的情况下，本发明实施例的方案能够得到更好的降噪效果，有利于控制器进一步判定目标物体的空间状态。
在本发明的另一实现方式中，控制器与扬声器电性连接，控制器具体还用于基于目标检测的结果对扬声器进行控制。例如，可以基于目标物体的距离来判断对扬声器的控制是否有效，例如，在多种智能设备的场景下，不同的智能设备的合理操控距离可能不同，因此，可以利用对于距离的检测来判定(例如)目标物体的操纵距离是否在预定阈值内，如果在预定阈值内，则进行目标物体的姿态的判断，否则，不进行响应。例如，可以基于目标物体的姿态来对扬声器进行控制，例如，音量调大控制、音量调小控制、开关控制等。可以将不同的目标物体的姿态与不同的控制相关联。
对于发射频率，例如，扬声器的频率覆盖范围低于超声波传感器的谐振频率的覆盖范围，应理解，该谐振频率为超声波传感器工作时发射的超声频率。对于发射功率的控制，例如，扬声器的发射功率通过第一模拟电路控制，超声波传感器的发射功率通过第二模拟电路控制。应理解，第一模拟电路和第二模拟电路进行独立的控制，此外，第一模拟电路和第二模拟电路可以为不同的电路，也可以为相同的电路。当第一模拟电路和第二模拟电路为相同的电路时，可以通过切换操作来实现上述的独立控制。由于扬声器的发射功率和超声波传感器的发射功率进行了独立控制，因此，在保证利用扬声器为用户提供音频服务时，提高了控制的精度。
在本发明的一个实施方式中，智能设备的扬声器设置在号筒外侧。即，扬声器设置在号筒的侧壁或其延长线所限定的区域的外部。由于扬声器设置在号筒的外侧，因此号筒对扬声器辐射的声场的影响达到最小。
在本发明的一个实施方式中，控制器与扬声器电性连接，控制器具体用于基于出射信号和回波信号对扬声器进行控制。例如，控制器可以基于出射信号和回拨信号对环境或者目标物体的状态(例如，用户的手势或姿态)进行检测，并且基于检测的结果对扬声器进行(例如)音量控制，从而使扬声器与用户的交互密切地关联在一起，提供了用户与智能设备交互的流畅性。
在本发明的另一实现方式中，扬声器的发射功率与超声波传感器的发射功率通过不同的模拟电路被独立地控制。由此，扬声器的功率与超声波传感器的发射功率被独立地控制，即，智能设备的用于用户交互的部分与音频播放的部分的功率控制相对的分离，使得更好地实现了灵活性，例如，某些场景下用户交互比较频繁，对超声波识别精度要求高；另一些场景中，对音频播放的音响效果要求高，而对与用户的交互要求较低。本发明实施例的方案提供了上述的灵活控制。
在本发明的另一实现方式中，扬声器的频率覆盖范围低于超声波传感器的谐振频率。由此，将扬声器辐射的声波的频率与超声波传感器辐射的声波分离开，避免了全频扬声器带来的弊端。
在本发明的另一实现方式中，号筒的横截面为旋转对称或中心对称的至少一种。优选地，号筒的横截面积既为旋转对称，也是中心对称，例如，圆形。图2为本发明实施例二的智能设备的号筒的俯视图和截面图，如图(A)所示，号筒的侧壁为凹面。如图(B)所示，号筒的横截面为中心对称。
在本发明的另一实现方式中，号筒为指数号筒。文中的指数号筒指截面积连续变化的管子结构。图3A为本发明实施例三的一个实施方式的智能设备的指数号筒的示意性结构图，如图所示，智能设备的指数号筒的侧壁可以为凸面也可以为凹面，本发明实施例对此不作限定。具体地，指数号筒包括喉部和口部，例如，喉部的半径为a0，横截面积为S0；口部的半径为aL，横截面积为SL；号筒的长度为L。号筒的各参数满足关系SL＝SOeML。M为蜿蜒指数。当辐射的声波频率、蜿蜒指数、号筒管口半径满足一定关系时，辐射声功率可以得到显著加强。基于不同的开口尺寸、蜿蜒角度，可以让辐射声功率得以不同程度的加强。由于受不同产品的尺寸限制，此处可基于实际产品形态和应用要求做调试。例如，指数号筒的蜿蜒系数大于预设值，使得指数号筒的口部的半径和长度使其适配在智能设备的壳体中。由于目前传感器的超声应用频率较高(如40kHz)，便可以在较小管口尺寸下，也可以让辐射声功率得以加强。另外，由于指数号筒的口部的半径和长度使其适配在智能设备的壳体中，因此在保证了号筒的指向性效果的同时提高了智能设备内部构造的紧凑，有利于减小智能设备的体积。
在本发明的另一实现方式中，指数号筒的截止频率小于超声波传感器的谐振频率。应理解，对于无限长的号筒存在截止频率，低于截止频率的声波不能在号筒中传播。但在实际应用中，不存在无限长的号筒，因此当号筒在工作频率的下限频率时，如果有KaL≥1(K为超声波的波数)，则可以将有限长的号筒看成为无限长的号筒，以保证口部辐射的辐射阻远远大于辐射抗，并且与频率无关。例如，上述的波数K＝ω/C0＝2πf/C0,其中，C0为空气中的声速。同时，fc＝mC0/4π，其中，fc为截止频率。
在本发明的另一实现方式中，号筒的喉部的半径与蜿蜒系数的乘积大于10。在另一实现方式中，出射波的波数与号筒的口部的半径的乘积大于5。
参数满足上述关系的号筒，具有良好的效果。通常的智能设备的识别距离为3米，利用本发明实施例的方案，能够适当地将识别距离延长至6米。图3B为本发明实施例三的一个实施方式的智能设备的指数号筒的性能的示意图，从图中可以看出，加入号筒后，在6m处拾取到的能量与未加入号筒前3m处拾取的能量相同。可见加入号筒可以提升超声的辐射声功率，提升该应用的识别距离。
在本发明的另一实现方式中，智能设备包括一一对应的多个号筒和多个超声波传感器，多个号筒被设置成均匀地朝向不同的方向。此外，智能设备可以包括多个扬声器，多个扬声器被设置成朝向不同的方向。例如，多个扬声器可以与多个号筒交替布置。例如，智能设备可以为智能音箱。
例如，智能设备的壳体具有对称结构，对称结构具有周向，多个扬声器与多个号筒在壳体的内部沿着壳体的周向交替布置。
例如，智能设备的壳体为圆柱形，例如实现为智能设备。例如，智能设备设置有多个号筒，分别与多个超声波传感器相对应，控制器分别与多个超声波传感器的多个发射器和多个接收器电性连接，多个号筒被设置成朝向不同的径向。例如，多个号筒沿着外壳的周向均匀地分配在不同的径向上。
在本发明的另一实现方式中，智能设备包括多个扬声器，多个扬声器被设置成朝向不同的径向，多个扬声器与多个号筒交替布置。例如，可以为在壳体的纵向交替排布为至少两层，例如四层。例如，可以在壳体的周向上交替排布。应理解，本发明实施例对号筒以及扬声器的数目不作限定。此外，不一定为一个号筒邻近一个扬声器的方式交替排布，还可以为一个号筒邻近两个扬声器，或者两个号筒邻近一个扬声器的方式排布，本发明对此不作限定，并且可以依据器件的紧凑程度、扬声器的体积、号筒的体积、智能设备的体积中的任一者来设置，由于采用了上述的排布，使得用户在不同方向可以获得相同或相似的音响效果或超声波检测的精度，并且可以使智能设备设计成具有更小的体积。
图4为本发明实施例三的智能设备的示意性结构图，如图所示，在(A)中，号筒的数目为两个，扬声器的数目为两个，并且在壳体的纵向上交替排布。在(B)中，号筒的数目为两个，扬声器的数目为两个，并且在壳体的周向上交替的排布。
图5为本发明实施例五的电子设备的示意图。图5的电子设备包括开关装置510、设备控制器520和电源530。开关装置510包括超声波传感器511，包括发射器5111和接收器5112，发射器5111基于出射信号发射出射波，接收器5112基于接收到的出射波的回波形成回波信号。所述开关装置510还包括号筒512，与超声波传感器511相对应，设置成引导出射波以及归拢回波；开关电路513，开关电路513与发射器5111和接收器5112电性连接，用于生成出射信号和接收回波信号，并根据出射信号和回波信号进行目标检测，以执行接通和关断操作。
图6为本发明实施例六的交互设备的示意图。图6的交互设备包括显示部件610和手势识别部件620。手势识别部件620包括：超声波传感器，包括发射器和接收器，发射器基于出射信号发射出射波，接收器基于接收到的出射波的回波形成回波信号；号筒，与超声波传感器相对应，设置成引导出射波以及归拢回波；识别控制器，与发射器和接收器电性连接，用于生成出射信号和接收回波信号，并根据出射信号和回波信号进行目标识别。
在本发明的另一实现方式中，所述手势识别部件沿所述显示部件的周边布置。
在本发明的另一实现方式中，所述显示部件的周边包括第一区域621和第二区域622，其中，所述识别控制器(未示出)还用于分别独立地控制布置在所述第一区域和所述第二区域的手势识别部件的开关。如图6的上侧附图所示，显示部件周围布置有手势识别部件(未接通)。如图6的下侧的附图所示，左侧的第一区域未接通，右侧第二区域未接通。
应理解，所示交互设备可以为虚拟现实(VR)设备或增强现实(AR)设备。
需要指出，根据实施的需要，可将本发明实施例中描述的各个部件/步骤分割为更多部件/步骤，也可将两个或多个部件/步骤或者部件/步骤的部分操作组合成新的部件/步骤，以实现本发明实施例的目的。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明实施例的范围。
以上实施方式仅用于说明本发明实施例，而并非对本发明实施例的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明实施例的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明实施例的范畴，本发明实施例的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (24)

1.一种智能设备，包括：
超声波传感器，包括发射器和接收器，所述发射器基于出射信号发射出射波，所述接收器基于接收到的所述出射波的回波形成回波信号；
号筒，与所述超声波传感器相对应，设置成引导所述出射波以及归拢所述回波；
控制器，与所述发射器和所述接收器电性连接，用于生成所述出射信号和接收所述回波信号，并根据所述出射信号和所述回波信号进行目标检测。
2.根据权利要求1所述的智能设备，其中，所述回波通过所述出射波经目标物体反射而产生，所述控制器具体用于基于所述出射信号和所述回波信号判定所述目标物体的空间状态。
3.根据权利要求2所述的智能设备，其中，所述控制器具体用于基于所述目标物体的移动速度和移动方向判定目标物体的姿态。
4.根据权利要求2所述的智能设备，其中，所述控制器具体用于基于发射所述出射信号和接收所述回波信号的时间差来判断所述目标物体的距离。
5.根据权利要求2所述的智能设备，其中，所述控制器具体用于基于所述出射信号指示的所述出射波的频率与所述回波信号指示的所述回波的频率之间的频率差，判断所述目标物体的移动速度。
6.根据权利要求2所述的智能设备，其中，所述控制器具体用于基于发射所述出射信号和接收所述回波信号的时间差以及所述出射信号指示的所述出射波的频率与所述回波信号指示的所述回波的频率之间的频率差，判断所述目标物体的移动方向。
7.根据权利要求2所述的智能设备，其中，所述控制器具体用于：基于所述出射信号对所述回波信号进行降噪处理，并且通过比较降噪处理后的回波信号和所述出射信号来判定所述目标物体的空间状态。
8.根据权利要求1所述的智能设备，其中，所述号筒为指数号筒。
9.根据权利要求8所述的智能设备，其中，所述指数号筒的横截面为旋转对称或中心对称的至少一种。
10.根据权利要求8所述的智能设备，其中，所述指数号筒的截止频率小于所述超声波传感器的谐振频率。
11.根据权利要求8所述的智能设备，其中，所述指数号筒的蜿蜒系数大于预设值，使得所述指数号筒的口部的半径和长度使其适配在所述智能设备的壳体中。
12.根据权利要求1所述的智能设备，其中，所述智能设备包括一一对应的多个所述号筒和多个所述超声波传感器，多个所述号筒被设置成均匀地朝向不同的方向。
13.根据权利要求1所述的智能设备，其中，所述智能设备还包括：设置在所述号筒外侧的扬声器。
14.根据权利要求13所述的智能设备，其中，所述控制器与所述扬声器电性连接，所述控制器具体还用于基于所述目标检测的结果对所述扬声器进行控制。
15.根据权利要求13所述的智能设备，其中，所述扬声器的发射功率通过第一模拟电路控制，所述超声波传感器的发射功率通过第二模拟电路控制。
16.根据权利要求12所述的智能设备，其中，所述智能设备包括多个扬声器，多个所述扬声器被设置成朝向不同的方向，且多个所述扬声器与多个所述号筒交替布置。
17.根据权利要求13所述的智能设备，其中，所述智能设备的壳体具有对称结构，所述对称结构具有周向，多个所述扬声器与多个所述号筒在所述壳体的内部沿着所述壳体的周向交替布置。
18.根据权利要求13所述的音箱智能设备，其中，所述扬声器的频率覆盖范围低于所述超声波传感器的谐振频率的覆盖范围。
19.根据权利要求1-18任一项所述的智能设备，其中，所述智能设备为智能音箱。
20.一种开关装置，包括：
超声波传感器，包括发射器和接收器，所述发射器基于出射信号发射出射波，所述接收器基于接收到的所述出射波的回波形成回波信号；
号筒，与所述超声波传感器相对应，设置成引导所述出射波以及归拢所述回波；
开关电路，所述开关电路与所述发射器和所述接收器电性连接，用于生成所述出射信号和接收所述回波信号，并根据所述出射信号和所述回波信号进行目标检测，以执行接通和关断操作。
21.一种电子设备，包括：如权利要求20所述的开关装置。
22.一种交互设备，包括：
显示部件；
手势识别部件，其包括：
超声波传感器，包括发射器和接收器，所述发射器基于出射信号发射出射波，所述接收器基于接收到的所述出射波的回波形成回波信号；
号筒，与所述超声波传感器相对应，设置成引导所述出射波以及归拢所述回波；
识别控制器，与所述发射器和所述接收器电性连接，用于生成所述出射信号和接收所述回波信号，并根据所述出射信号和所述回波信号进行目标识别。
23.根据权利要求22所述的设备，其中，所述手势识别部件沿所述显示部件的周边布置。
24.根据权利要求23所述的设备，其中，所述显示部件的周边包括第一区域和第二区域，其中，所述识别控制器还用于分别独立地控制布置在所述第一区域和所述第二区域的手势识别部件的开关。
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