CN113655881A - 基于声波控制的快捷激活系统及方法 - Google Patents

基于声波控制的快捷激活系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于声波控制的快捷激活系统，用于控制智能设备，包括：输出单元，用于输出检测声波；接收单元，用于接收检测声波的反射声波过滤单元，用于滤去环境杂波，提取反射声波；识别单元，用于识别人体生理活动过程中被反射的检测声波；存储单元，用于将识别出的高关联度反射声波进行存储；控制单元，用于根据识别结果关联操作指令，并控制智能设备进行动作。本发明既能扫描环境，识别环境特征，即时比对发现环境变化，又能进一步根据多普勒频移识别到介入物体是否有人体的生理活动特征，判断用户即将使用智能设备，进而利用控制单元激活智能设备或激活智能设备并进行其他操作，响应迅速、便捷度高。

Description

基于声波控制的快捷激活系统及方法
技术领域
本发明涉及一种基于声波控制的快捷激活系统及方法，属于声波技术领域。
背景技术
智能设备是指任何一种具有计算处理能力的设备、器械或者机器，其是智传统电器设备与计算机技术、数据处理技术、控制理论、传感器技术、网络通信技术、电力电子技术等相结合的产物。
当前，计算机技术变得越来越先进、越来越廉价后，构筑出了各种类型的智能设备，除了个人和掌上电脑，还有医学器械、地质仪器、家用设备等。同样地，物联网的发展趋势是连接所有尚未连接的、与日常生活息息相关的智能设备，但是，随着个人智能设备的增多，用户难以同一时间兼顾到所有的智能设备，例如：用户使用电脑进行办公途中，离开电脑桌，继续使用其他智能设备或休息时，电脑在预设时间内即自动进入睡眠状态，从而降低能耗，而在用户重新返回电脑前后，需要重新按键激活电脑，十分麻烦。
同样的，对于其他智能设备来说，重新激活的方式比个人和掌上电脑更加复杂，极大地增加了智能场景中不同智能设备切换使用的操作难度。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于声波控制的快捷激活系统及方法，该快捷激活系统及方法不仅解决了现有技术中智能设备从睡眠中被唤醒需要手动或语音操作，较为麻烦的问题，还提高了激活或解锁智能设备的便捷性。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于声波控制的快捷激活系统，用于控制智能设备，包括：
输出单元，用于输出检测声波；
接收单元，用于接收检测声波的反射声波；
过滤单元，用于滤去环境杂波，提取反射声波；
识别单元，用于识别人体生理活动过程中被反射的检测声波；
存储单元，用于将识别出的高关联度反射声波进行存储；
控制单元，用于根据识别结果关联操作指令，并控制智能设备进行动作。
上述技术方案中进一步改进的方案如下：
1.上述方案中，所述输出单元与接收单元安装在智能设备同侧。
2.上述方案中，所述检测声波为超声波。
3.上述方案中，所述检测声波的频率为2～5MHz。
本发明还提供了一种技术方案：一种基于声波控制的快捷激活方法，包括以下步骤：
S1：智能设备处于睡眠状态时，输出单元发出检测声波；
S2：检测声波遇到行进方向上的障碍物后，部分被反射的声波向智能设备方向传播，被接收单元收到；
S3：接收单元将收到的声波信号发送至过滤单元，过滤单元将环境杂音滤去，保留检测声波被反射后的回波；
S4：智能设备的处理器周期性比对过滤后的反射声波，绘制环境声波图并录入存储单元中；
S5：用户进入检测声波范围，检测声波被身体反射后由接收单元收到，被过滤单元滤去杂波，智能设备的处理器对比环境声波图发现区别特征后，将区别声波上传至识别单元处；
S6：识别单元将收到的区别声波与预录入的人体生理活动过程中被反射的声波进行特征比对；
其中，预录入的反射声波的波源特性与输出单元的波源一致；
S7：通过比对的区别声波被导入存储单元中作为用户特征数据存储；
未通过比对时，智能设备保持睡眠；
S8：区别声波通过识别单元的对比后，告知控制单元，控制单元激活智能设备。
1.上述方案中，在激活智能设备后，关闭输出单元和接收单元。
2.上述方案中，所述滤波单元的筛选频率为大于2MHz。
3.上述方案中，所述人体生理活动包括心跳引起的身体起伏和呼吸引起的身体起伏。
4.上述方案中，当环境中有其他超声存在时，限定滤波单元的筛选频率范围端点值与输出单元输出的检测声波频率的差值为x，x的选定原则为：
由人体生理活动过程中产生的回波，测定回波产生的频移，x取观测周期内的最大频移值。
5.上述方案中，周期性发送检测声波，并在智能设备周围建立电子围栏，飞行距离大于电子围栏的检测声波的回波被滤去。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明一种基于声波控制的快捷激活系统及方法，通过输出单元和接收单元发射和接收检测用的超声波，配合识别单元，既能扫描环境，识别环境特征，从而在有新物体进入检测范围后，即时比对发现环境的变化，又能进一步根据多普勒频移识别到介入物体是否有人体的生理活动特征，判断用户即将使用智能设备，进而利用控制单元激活智能设备或激活智能设备并进行其他操作，响应迅速、便捷度高。
2、本发明一种基于声波控制的快捷激活系统及方法，通过存储单元预存一般人体生理活动中被反射的声波，为识别单元提供比对数据库，进一步，通过在用户使用时，采用输出单元、接收单元和过滤单元的配合，录入用户个人的人体生理活动回波，作为二次比对的原始数据，提高比对精确性。
3、本发明一种基于声波控制的快捷激活系统及方法，利用心跳或呼吸产生的身体起伏，满足多普勒效应，例如：吸气时胸腔收紧，相对电脑做远离运动，呼吸时胸腔放松，相对电脑做靠近运动，在检测声波发射至胸腔被发射时，胸腔被看作在长时间轴上做规律往复运动的声源，波长及频率根据上述规律同步变化，与固定障碍物产生区别后，即能被识别单元发现，智能化程度高且实现成本低廉。
附图说明
附图1为本发明一种基于声波控制的快捷激活系统及方法的单元示意图。
附图标记说明：1、输出单元；2、接收单元；3、过滤单元；4、识别单元；5、存储单元；6、控制单元。
具体实施方式
实施例1：一种基于声波控制的快捷激活系统，参照附图1，包括：
输出单元1，这里，输出单元1为装载于智能设备中的扬声器模组，用于输出检测声波；
这里，为了避免检测声波产生噪音，影响到用户的正常作息，同时，为了提高检测精度和效果，检测声波选用超声波，其频率为2～5MHz；
这里的智能设备为笔记本电脑。
接收单元2，这里，接收单元2为装载于智能设备中的麦克风模组，用于接收检测声波的反射声波；
其中，输出单元1及接收单元2均位于电脑前端。
过滤单元3，这里，过滤单元3为滤波模组，用于滤去环境杂波，提取反射声波。
识别单元4，用于识别人体生理活动过程中被反射的检测声波；
这里，人体生理活动为呼吸或心跳引起的胸腔起伏。
存储单元5，用于将识别出的高关联度反射声波进行存储。
控制单元6，用于根据识别结果关联操作指令，并控制智能设备进行动作；
这里控制单元6根据识别结果按照预设程序选择激活电脑，或者激活电脑并控制电脑做出响应动作(调用程序)等。
实施例2：一种基于声波控制的快捷激活方法，参照附图1，包括以下步骤：
S0：用户在使用智能设备时，输出单元1发出检测声波，检测声波在空气中传播并遇到用户的胸腔，被胸腔反射的声波被智能设备上的接收单元2收到，通过过滤单元3滤去杂音后，保留胸腔部分反射会的声波数据并存储进存储单元5中，作为比对数据；这里，智能设备为笔记本电脑。
S01：下载一般人体活动(呼吸)过程中被反射的声波信息，采集信息特征作为比对依据，这里，信息特征为回波振荡规律。
S02：笔记本电脑中预设有编辑模组，用户可在编辑模组中写入个性化指令，例如：写入激活笔记本电脑，点亮屏幕，或者激活笔记本电脑，播放音乐等。
S1：用户停止使用并离开笔记本电脑一段时间(预设时间5min、10min、15min等)后，笔记本电脑自动进入睡眠状态，此时，输出单元1开始工作，持续性或周期性的发出检测声波；
这里，检测声波为超声波，频率为4MHz，超声波集束性强，对细微波动感知能力强，检测效果更好。
S2：检测声波遇到行进方向上的障碍物后，部分被发射的声波向智能设备方向传播，被接收单元2收到；
用户在离开笔记本电脑前后，笔记本电脑周围的环境为固定物体，且输出单元前方大概率为座椅、墙体等常规布置。
S3：接收单元2将收到的声波信号发送至过滤单元3，过滤单元3将环境杂音滤去，保留检测声波被反射后的声波；
这里，杂波指笔记本电脑所处环境中的其余声波，滤波频率为2MHz，如果在环境中发现超过2MHz的杂波，调节滤波频率，以输出单元1的输出频率为基础，向下给出一定波动范围值，取低值作为滤波阈值，这里，一定的波动范围值第一次可粗取，在检测后，根据检测结果调整该值，使得到的参数更为精准。
S4：智能设备的处理器周期性比对过滤后的反射声波，绘制环境声波图并录入存储单元5中；
在用户离开座位后，由于座椅、墙体等物体固定不动，检测声波经其反射后的回波是固定的，即时偶有人经过或移动物体，周期性的比对也能发现异常波段，排除偶发和不规律的回波后，可绘制出环境声波图作为后续比对的依据。
S5：用户进入检测声波范围，检测声波被身体反射后由接收单元2收到，被过滤单元3滤去杂波，智能设备的处理器对比环境声波图发现区别特征后，将区别声波上传至识别单元4处；
这里，还有一类特殊场景，例如：当座椅高度低于输出单元高度，且周围人活动频繁，会对检测造成了极大的干扰，此时，将输出单元1保持为周期性的发送检测声波，多段检测声波之间保留时间间隔，设置虚拟围栏，以虚拟围栏为中心，1m为半径，检测声波在空气中的传播速度已知，距离已知，可解算出围栏范围中被反射声波的飞行时间，且多段检测声波之间的时间间隔大于飞行时间，这样，超过最长飞行时间的声波同样滤去，排除掉额外的干扰。
S6：识别单元4将收到的区别声波与预录入的人体生理活动过程中的被反射声波进行特征比对；
其中，预录入的声波的波源特性与输出单元1的波源一致；
这里，进行2次比对，第一次为与数据库中的提前录入的其他人体生理活动回波进行比对，第二次为与录入的用户个人回波比对，并遵循单次否定原则。
S7：通过比对的区别声波被导入存储单元5中作为用户特征数据存储；
未通过比对时，智能设备保持睡眠。
S8：区别声波通过识别单元4的对比后，告知控制单元6，控制单元6激活智能设备；
这里，控制单元6根据识别结果按照预设程序选择激活电脑，或者激活电脑并控制电脑做出响应动作(调用程序)等。
采用上述方案，通过输出单元和接收单元发射和接收检测用的超声波，配合识别单元，既能扫描环境，识别环境特征，从而在有新物体进入检测范围后，能够即时比对发现环境变化，又能进一步根据多普勒频移识别到介入物体是否有人体的生理活动特征，判断用户即将使用智能设备，进而利用控制单元激活智能设备或激活智能设备并进行其他操作，响应迅速、便捷度高。
另外，通过存储单元预存一般人体生理活动中被反射的声波，为识别单元提供比对数据库，进一步，通过在用户使用时，采用输出单元、接收单元和过滤单元的配合，录入用户个人的人体生理活动回波，作为二次比对的原始数据，提高比对精确性。
另外，利用心跳或呼吸产生的身体起伏，满足多普勒效应，例如：吸气时胸腔收紧，相对电脑做远离运动，呼吸时胸腔放松，相对电脑做靠近运动，在检测声波发射至胸腔被发射时，胸腔被看作在长时间轴上做规律往复运动的声源，波长及频率根据上述规律同步变化，与固定障碍物产生区别后，即能被识别单元发现，智能化程度高且实现成本低廉。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于声波控制的快捷激活系统，用于控制智能设备，其特征在于，包括：
输出单元(1)，用于输出检测声波；
接收单元(2)，用于接收检测声波的反射声波；
过滤单元(3)，用于滤去环境杂波，提取反射声波；
识别单元(4)，用于识别人体生理活动过程中被反射的检测声波；
存储单元(5)，用于将识别出的高关联度反射声波进行存储；
控制单元(6)，用于根据识别结果关联操作指令，并控制智能设备进行动作。
2.根据权利要求1所述基于声波控制的快捷激活系统，其特征在于，所述输出单元(1)与接收单元(2)安装在智能设备同侧。
3.根据权利要求1所述基于声波控制的快捷激活系统，其特征在于，所述检测声波为超声波。
4.根据权利要求1所述基于声波控制的快捷激活系统，其特征在于，所述检测声波的频率为2～5MHz。
5.根据权利要求1～4所述任一项基于声波控制的快捷激活方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：智能设备处于睡眠状态时，输出单元(1)发出检测声波；
S2：检测声波遇到行进方向上的障碍物后，部分被反射的声波向智能设备方向传播，被接收单元(2)收到；
S3：接收单元(2)将收到的声波信号发送至过滤单元(3)，过滤单元(3)将环境杂音滤去，保留检测声波被反射后的回波；
S4：智能设备的处理器周期性比对过滤后的反射声波，绘制环境声波图并录入存储单元(5)中；
S5：用户进入检测声波范围，检测声波被身体反射后由接收单元(2)收到，被过滤单元(3)滤去杂波，智能设备的处理器对比环境声波图发现区别特征后，将区别声波上传至识别单元(4)处；
S6：识别单元(4)将收到的区别声波与预录入的人体生理活动过程中被反射的声波进行特征比对；
其中，预录入的反射声波的波源特性与输出单元(1)的波源一致；
S7：通过比对的区别声波被导入存储单元(5)中作为用户特征数据存储；
未通过比对时，智能设备保持睡眠；
S8：区别声波通过识别单元(4)的对比后，告知控制单元(6)，控制单元(6)激活智能设备。
6.根据权利要求5所述基于声波控制的快捷激活方法，其特征在于，在激活智能设备后，关闭输出单元(1)和接收单元(2)。
7.根据权利要求5所述基于声波控制的快捷激活方法，其特征在于，所述滤波单元(3)的筛选频率为大于2MHz。
8.根据权利要求5所述基于声波控制的快捷激活方法，其特征在于，所述人体生理活动包括心跳引起的身体起伏和呼吸引起的身体起伏。
9.根据权利要求5所述基于声波控制的快捷激活方法，其特征在于，当环境中有其他超声存在时，限定滤波单元(3)的筛选频率范围端点值与输出单元(1)输出的检测声波频率的差值为x，x的选定原则为：
由人体生理活动过程中产生的回波，测定回波产生的频移，x取观测周期内的最大频移值。
10.根据权利要求5所述基于声波控制的快捷激活方法，其特征在于，周期性发送检测声波，并在智能设备周围建立电子围栏，飞行距离大于电子围栏的检测声波的回波被滤去。
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