CN116048263A - 一种基于人体感应的设备终端唤醒及休眠系统 - Google Patents

一种基于人体感应的设备终端唤醒及休眠系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及唤醒及休眠系统，具体涉及一种基于人体感应的设备终端唤醒及休眠系统，包括毫米波模块、主控芯片和设备终端；毫米波模块，安装于键盘或鼠标内部，通过持续发射调频连续波FMCW，并对发射波信号和反射波信号进行信号处理，根据信号处理结果判断物体运动状态及物体是否存在呼吸和心跳；主控芯片，安装于键盘或鼠标内部，接收毫米波模块发送的判断信号，并与设备终端建立通讯连接，同时基于判断信号发送相应的唤醒命令或休眠命令；本发明提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的无法对设备进行准确地远距离提前唤醒，以及不能使得设备准确地自动进入休眠状态的缺陷。

Description

一种基于人体感应的设备终端唤醒及休眠系统
技术领域
本发明涉及唤醒及休眠系统，具体涉及一种基于人体感应的设备终端唤醒及休眠系统。
背景技术
现有技术中，设备唤醒方式主要有按键唤醒和语音唤醒。其中，按键唤醒是在设备上设计一个供操作的按键，当设备处于待唤醒状态时，用户按下按键后唤醒设备；语音唤醒是当设备处于待唤醒状态时，用户需要对设备说出预设的固定唤醒词即可唤醒设备，而固定唤醒词可以是几个汉字或者一个单词，例如“你好”、“早上好”等。采用语音唤醒方式时，设备处于待唤醒状态会不断监听周围环境的声音，并分析是否匹配到固定唤醒词，如果匹配成功，则设备会立刻被唤醒激活。
按键唤醒方式主要有以下缺陷：
1)设备需要在进行工业品外观设计时设计唤醒按键，这种设计可能会影响美观；
2)按键操作需要用户贴近设备手动进行，无法对设备进行远距离提前唤醒，唤醒操作不够智能和便捷；
3)按键唤醒必须触碰到设备指定位置处的唤醒按键，可能会因误操作而出现无法唤醒的情况。
语音唤醒方式可以在不接触设备的情况下，使用语音来唤醒设备，这种方式和人类语言交流一样方便快速，但是其主要有以下缺陷：
语音唤醒方式需要对设备说出预设的固定唤醒词，在某些情况下，设备的语音识别会错误地识别非固定唤醒词而被唤醒，因而该方式的误唤醒率较高。
此外，运用类似的原理将按键唤醒方式和语音唤醒方式应用于设备休眠时，也会存在上述类似的缺陷。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种基于人体感应的设备终端唤醒及休眠系统，能够有效克服现有技术所存在的无法对设备进行准确地远距离提前唤醒，以及不能使得设备准确地自动进入休眠状态的缺陷。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种基于人体感应的设备终端唤醒及休眠系统，包括毫米波模块、主控芯片和设备终端；
毫米波模块，安装于键盘或鼠标内部，通过持续发射调频连续波FMCW，并对发射波信号和反射波信号进行信号处理，根据信号处理结果判断物体运动状态及物体是否存在呼吸和心跳；
主控芯片，安装于键盘或鼠标内部，接收毫米波模块发送的判断信号，并与设备终端建立通讯连接，同时基于判断信号发送相应的唤醒命令或休眠命令。
优选地，所述毫米波模块包括毫米波发射单元、毫米波接收单元、数字信号处理器和控制器；
毫米波发射单元，在控制器的控制下向物体持续发射随时间变化频率线性提高的线性调频脉冲；
毫米波接收单元，接收物体对线性调频脉冲的反射信号；
数字信号处理器，对线性调频脉冲及对应的反射信号进行混频，生成一个具有新的频率的中频信号；
控制器，基于中频信号的分析结果判断物体运动状态，并基于反射信号的相位变化情况判断物体是否存在呼吸和心跳，根据物体运动状态及物体是否存在呼吸和心跳生成反映人体靠近或远离的判断信号。
优选地，所述中频信号采用下式表示：
Figure BDA0004055265750000031
其中，IF表示中频信号，s为频率增量与时间的比值，d为毫米波模块与物体之间的距离，t为毫米波传输时间，c为光速，
Figure BDA0004055265750000032
为初始相位。
优选地，所述初始相位
Figure BDA0004055265750000033
为中频信号IF起点对应时间点的线性调频脉冲及对应的反射信号之间的相位差，所述初始相位
Figure BDA0004055265750000034
采用下式表示：
Figure BDA0004055265750000035
其中，fS为线性调频脉冲的初始调频频率，τ为毫米波接收单元接收到反射信号的延时时间，
Figure BDA0004055265750000036
d为毫米波模块与物体之间的距离，c为光速；
所述初始相位
Figure BDA0004055265750000038
采用下式表示：
Figure BDA0004055265750000037
优选地，所述线性调频脉冲为波形为正弦波的毫米波，所述线性调频脉冲的相关参数包括：
fS＝24GHz，B＝2GHz，T0＝20μs，W＝100MHz/μs
其中，fS为初始调频频率，B为频率带宽，T0为线性变化频率时间，W为线性调频斜率。
优选地，所述控制器基于中频信号的分析结果判断物体运动状态，包括：
当物体移动时，毫米波发射单元发射时间间隔为TC的线性调频脉冲，通过数字信号处理器对线性调频脉冲及对应的反射信号进行混频，对物体进行距离检测；
对于每个线性调频脉冲的距离FFT将在同一位置出现峰值，但是相位不同，通过测得该相位差对物体进行移动速度检测；
根据距离检测结果和移动速度检测结果，判断物体是否位于预设距离范围内及物体处于靠近状态或远离状态。
优选地，所述控制器基于反射信号的相位变化情况判断物体是否存在呼吸和心跳，包括：
基于物体运动状态找到目标物体，根据呼吸和心跳会引起反射信号的相位变化，对反射信号的相位变化情况进行分析，根据分析结果判断目标物体是否存在呼吸和心跳。
优选地，所述对反射信号的相位变化情况进行分析，根据分析结果判断物体是否存在呼吸和心跳，包括：
以预设时间间隔TC’测量关于目标物体反射信号的组数据，对预设数量的组数据进行滤波处理，并对滤波处理后组数据的相位变化情况进行分析，根据分析结果判断目标物体是否存在呼吸和心跳。
优选地，所述控制器根据物体运动状态及物体是否存在呼吸和心跳生成反映人体靠近或远离的判断信号，包括：
当目标物体存在呼吸和心跳，并且目标物体位于预设距离范围内，同时目标物体处于靠近状态时，控制器生成反映人体靠近的判断信号，并将该判断信号发送给主控芯片；
当目标物体存在呼吸和心跳，并且目标物体位于预设距离范围内，同时目标物体处于远离状态时，控制器生成反映人体远离的判断信号，并将该判断信号发送给主控芯片。
优选地，所述主控芯片接收毫米波模块发送的判断信号，并与设备终端建立通讯连接，同时基于判断信号发送相应的唤醒命令或休眠命令，包括：
当主控芯片接收到反映人体靠近的判断信号时，主控芯片进入工作模式及靠近使用模式，并通过控制状态指示灯和氛围指示灯发生相应的变化来进行交互，同时主控芯片与设备终端进行提前通讯连接，并在建立通讯连接后通过发送唤醒命令来唤醒设备终端；
当主控芯片接收到反映人体远离的判断信号时，主控芯片进入待机模式及远离休眠模式，并通过控制状态指示灯和氛围指示灯发生相应的变化来进行交互，同时主控芯片通过发送休眠命令来使得设备终端进入休眠状态。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明所提供的一种基于人体感应的设备终端唤醒及休眠系统，具有以下有益效果：
1)毫米波模块对线性调频脉冲及对应的反射信号进行混频生成中频信号，并基于中频信号的分析结果判断物体运动状态，基于反射信号的相位变化情况判断物体是否存在呼吸和心跳，根据物体运动状态及物体是否存在呼吸和心跳生成反映人体靠近或远离的判断信号，主控芯片接收到反映人体靠近的判断信号时与设备终端进行提前通讯连接，并在建立通讯连接后通过发送唤醒命令来唤醒设备终端，从而能够实现对设备的远距离提前唤醒，有效提升用户的操作体验；
2)同时，主控芯片接收到反映人体远离的判断信号时通过发送休眠命令来使得设备终端进入休眠状态，从而能够使得设备自动进入休眠状态；
3)本申请技术方案中，驱使设备唤醒及进入休眠状态均是通过毫米波模块基于物体运动状态及物体是否存在呼吸和心跳生成的判断信号实现的，而毫米波模块对于物体运动状态及物体是否存在呼吸和心跳的误判率非常低，因此能够有效提高设备远距离提前唤醒及设备自动进入休眠状态的准确度。
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的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的系统示意图；
图2为本发明中线性调频脉冲的频率随时间变化的示意图；
图3为本发明中主控芯片基于毫米波模块发送的判断信号向设备终端发送唤醒命令的示意图；
图4为本发明中主控芯片基于毫米波模块发送的判断信号向设备终端发送休眠命令的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种基于人体感应的设备终端唤醒及休眠系统，如图1所示，包括毫米波模块、主控芯片和设备终端；
毫米波模块(毫米波模块始终处于正常工作状态)，安装于键盘或鼠标(键盘、鼠标始终处于正常工作状态)内部，通过持续发射调频连续波FMCW，并对发射波信号和反射波信号进行信号处理，根据信号处理结果判断物体运动状态及物体是否存在呼吸和心跳；
主控芯片，安装于键盘或鼠标内部，接收毫米波模块发送的判断信号，并与设备终端建立通讯连接，同时基于判断信号发送相应的唤醒命令或休眠命令。
1)毫米波模块包括毫米波发射单元、毫米波接收单元、数字信号处理器和控制器；
毫米波发射单元，在控制器的控制下向物体持续发射随时间变化频率线性提高的线性调频脉冲；
毫米波接收单元，接收物体对线性调频脉冲的反射信号；
数字信号处理器，对线性调频脉冲及对应的反射信号进行混频，生成一个具有新的频率的中频信号；
控制器，基于中频信号的分析结果判断物体运动状态，并基于反射信号的相位变化情况判断物体是否存在呼吸和心跳，根据物体运动状态及物体是否存在呼吸和心跳生成反映人体靠近或远离的判断信号。
①线性调频脉冲为波形为正弦波的毫米波，线性调频脉冲的频率随时间的变化情况如图2所示，线性调频脉冲的相关参数包括：
fS＝24GHz，B＝2GHz，T0＝20μs，W＝100MHz/μs
其中，fS为初始调频频率，B为频率带宽，T0为线性变化频率时间，W为线性调频斜率。
②中频信号采用下式表示：
Figure BDA0004055265750000071
其中，IF表示中频信号，s为频率增量与时间的比值，d为毫米波模块与物体之间的距离，t为毫米波传输时间，c为光速，
Figure BDA0004055265750000072
为初始相位。
初始相位
Figure BDA0004055265750000073
为中频信号IF起点对应时间点的线性调频脉冲及对应的反射信号之间的相位差，初始相位
Figure BDA0004055265750000074
采用下式表示：
Figure BDA0004055265750000075
其中，fS为线性调频脉冲的初始调频频率，τ为毫米波接收单元接收到反射信号的延时时间，
Figure BDA0004055265750000076
d为毫米波模块与物体之间的距离，c为光速；
初始相位
Figure BDA0004055265750000081
采用下式表示：
Figure BDA0004055265750000082
③控制器基于中频信号的分析结果判断物体运动状态，包括：
当物体移动时，毫米波发射单元发射时间间隔为TC的线性调频脉冲，通过数字信号处理器对线性调频脉冲及对应的反射信号进行混频，对物体进行距离检测；
对于每个线性调频脉冲的距离FFT将在同一位置出现峰值，但是相位不同，通过测得该相位差对物体进行移动速度检测；
根据距离检测结果和移动速度检测结果，判断物体是否位于预设距离范围内及物体处于靠近状态或远离状态。
④控制器基于反射信号的相位变化情况判断物体是否存在呼吸和心跳，包括：
基于物体运动状态找到目标物体，根据呼吸和心跳(人体胸腔)会引起反射信号的相位变化，对反射信号的相位变化情况进行分析，根据分析结果判断目标物体是否存在呼吸和心跳。
其中，对反射信号的相位变化情况进行分析，根据分析结果判断物体是否存在呼吸和心跳，包括：
以预设时间间隔TC’(50ms)测量关于目标物体反射信号的组数据，对预设数量(600组)的组数据进行滤波处理(滤除人体走动及其他相关波形)，并对滤波处理后组数据的相位变化情况进行分析，根据分析结果判断目标物体是否存在呼吸和心跳。
⑤控制器根据物体运动状态及物体是否存在呼吸和心跳生成反映人体靠近或远离的判断信号，包括：
当目标物体存在呼吸和心跳，并且目标物体位于预设距离范围内，同时目标物体处于靠近状态时，控制器生成反映人体靠近的判断信号，并将该判断信号发送给主控芯片；
当目标物体存在呼吸和心跳，并且目标物体位于预设距离范围内，同时目标物体处于远离状态时，控制器生成反映人体远离的判断信号，并将该判断信号发送给主控芯片。
2)如图3、4所示，主控芯片接收毫米波模块发送的判断信号，并与设备终端建立通讯连接，同时基于判断信号发送相应的唤醒命令或休眠命令，包括：
当主控芯片接收到反映人体靠近的判断信号时，主控芯片进入工作模式及靠近使用模式，并通过控制状态指示灯和氛围指示灯发生相应的变化来进行交互(也可以选择不通过控制状态指示灯和氛围指示灯发生相应的变化来进行交互)，同时主控芯片与设备终端进行提前通讯连接(通过2.4G无线连接、蓝牙无线连接、USB有线连接等方式)，以此消除用户等待通讯连接的时间，并在建立通讯连接后通过发送唤醒命令来唤醒设备终端；
当主控芯片接收到反映人体远离的判断信号时，主控芯片进入待机模式及远离休眠模式，并通过控制状态指示灯和氛围指示灯发生相应的变化来进行交互(也可以选择不通过控制状态指示灯和氛围指示灯发生相应的变化来进行交互)，同时主控芯片通过发送休眠命令来使得设备终端进入休眠状态。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于人体感应的设备终端唤醒及休眠系统，其特征在于：包括毫米波模块、主控芯片和设备终端；
毫米波模块，安装于键盘或鼠标内部，通过持续发射调频连续波FMCW，并对发射波信号和反射波信号进行信号处理，根据信号处理结果判断物体运动状态及物体是否存在呼吸和心跳；
主控芯片，安装于键盘或鼠标内部，接收毫米波模块发送的判断信号，并与设备终端建立通讯连接，同时基于判断信号发送相应的唤醒命令或休眠命令。
2.根据权利要求1所述的基于人体感应的设备终端唤醒及休眠系统，其特征在于：所述毫米波模块包括毫米波发射单元、毫米波接收单元、数字信号处理器和控制器；
毫米波发射单元，在控制器的控制下向物体持续发射随时间变化频率线性提高的线性调频脉冲；
毫米波接收单元，接收物体对线性调频脉冲的反射信号；
数字信号处理器，对线性调频脉冲及对应的反射信号进行混频，生成一个具有新的频率的中频信号；
控制器，基于中频信号的分析结果判断物体运动状态，并基于反射信号的相位变化情况判断物体是否存在呼吸和心跳，根据物体运动状态及物体是否存在呼吸和心跳生成反映人体靠近或远离的判断信号。
3.根据权利要求2所述的基于人体感应的设备终端唤醒及休眠系统，其特征在于：所述中频信号采用下式表示：
Figure FDA0004055265740000011
其中，IF表示中频信号，s为频率增量与时间的比值，d为毫米波模块与物体之间的距离，t为毫米波传输时间，c为光速，
Figure FDA0004055265740000012
为初始相位。
4.根据权利要求3所述的基于人体感应的设备终端唤醒及休眠系统，其特征在于：所述初始相位
Figure FDA0004055265740000021
为中频信号IF起点对应时间点的线性调频脉冲及对应的反射信号之间的相位差，所述初始相位
Figure FDA0004055265740000022
采用下式表示：
Figure FDA0004055265740000023
其中，fS为线性调频脉冲的初始调频频率，τ为毫米波接收单元接收到反射信号的延时时间，
Figure FDA0004055265740000024
d为毫米波模块与物体之间的距离，c为光速；
所述初始相位
Figure FDA0004055265740000025
采用下式表示：
Figure FDA0004055265740000026
5.根据权利要求4所述的基于人体感应的设备终端唤醒及休眠系统，其特征在于：所述线性调频脉冲为波形为正弦波的毫米波，所述线性调频脉冲的相关参数包括：
fS＝24GHz，B＝2GHz，T0＝20μs，W＝100MHz/μs
其中，fS为初始调频频率，B为频率带宽，T0为线性变化频率时间，W为线性调频斜率。
6.根据权利要求2所述的基于人体感应的设备终端唤醒及休眠系统，其特征在于：所述控制器基于中频信号的分析结果判断物体运动状态，包括：
当物体移动时，毫米波发射单元发射时间间隔为TC的线性调频脉冲，通过数字信号处理器对线性调频脉冲及对应的反射信号进行混频，对物体进行距离检测；
对于每个线性调频脉冲的距离FFT将在同一位置出现峰值，但是相位不同，通过测得该相位差对物体进行移动速度检测；
根据距离检测结果和移动速度检测结果，判断物体是否位于预设距离范围内及物体处于靠近状态或远离状态。
7.根据权利要求6所述的基于人体感应的设备终端唤醒及休眠系统，其特征在于：所述控制器基于反射信号的相位变化情况判断物体是否存在呼吸和心跳，包括：
基于物体运动状态找到目标物体，根据呼吸和心跳会引起反射信号的相位变化，对反射信号的相位变化情况进行分析，根据分析结果判断目标物体是否存在呼吸和心跳。
8.根据权利要求7所述的基于人体感应的设备终端唤醒及休眠系统，其特征在于：所述对反射信号的相位变化情况进行分析，根据分析结果判断物体是否存在呼吸和心跳，包括：
以预设时间间隔TC’测量关于目标物体反射信号的组数据，对预设数量的组数据进行滤波处理，并对滤波处理后组数据的相位变化情况进行分析，根据分析结果判断目标物体是否存在呼吸和心跳。
9.根据权利要求7所述的基于人体感应的设备终端唤醒及休眠系统，其特征在于：所述控制器根据物体运动状态及物体是否存在呼吸和心跳生成反映人体靠近或远离的判断信号，包括：
当目标物体存在呼吸和心跳，并且目标物体位于预设距离范围内，同时目标物体处于靠近状态时，控制器生成反映人体靠近的判断信号，并将该判断信号发送给主控芯片；
当目标物体存在呼吸和心跳，并且目标物体位于预设距离范围内，同时目标物体处于远离状态时，控制器生成反映人体远离的判断信号，并将该判断信号发送给主控芯片。
10.根据权利要求9所述的基于人体感应的设备终端唤醒及休眠系统，其特征在于：所述主控芯片接收毫米波模块发送的判断信号，并与设备终端建立通讯连接，同时基于判断信号发送相应的唤醒命令或休眠命令，包括：
当主控芯片接收到反映人体靠近的判断信号时，主控芯片进入工作模式及靠近使用模式，并通过控制状态指示灯和氛围指示灯发生相应的变化来进行交互，同时主控芯片与设备终端进行提前通讯连接，并在建立通讯连接后通过发送唤醒命令来唤醒设备终端；
当主控芯片接收到反映人体远离的判断信号时，主控芯片进入待机模式及远离休眠模式，并通过控制状态指示灯和氛围指示灯发生相应的变化来进行交互，同时主控芯片通过发送休眠命令来使得设备终端进入休眠状态。
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