CN116600228A - 一种无线耳机与耳机收纳盒的通信系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线耳机技术领域，具体为一种无线耳机与耳机收纳盒的通信系统及方法，包括无线耳机、耳机收纳盒以及建立与两者的通信系统；通信系统包括内置于无线耳机中的蓝牙模块以及无线耳机内置识别芯片；还包括设置于耳机收纳盒内的控制芯片单元、分布在耳机收纳盒中的识别存储腔以及能源存储腔和位于能源存储腔中与无线耳机充电端匹配的充电单元和位于充电单元上的磁体传感器，本申请所设计的一种无线耳机与耳机收纳盒的通信系统能够实现耳机收纳盒与耳机本体的两种实时配对，并分别实现底层配对，耳机防丢失遗落，起到及时预警提醒的功能，高层配对实现对无线耳机的检测分析，并提醒使用处理，降低无线耳机进水损伤的几率。

Description

一种无线耳机与耳机收纳盒的通信系统及方法

技术领域

本发明涉及无线耳机技术领域，尤其是涉及一种无线耳机与耳机收纳盒的通信系统及方法。

背景技术

由于良好的便携性和声音体验，真无线立体声(true wireless stereo，TWS)耳机受到越来越多用户的青睐。TWS耳机与电子设备(例如手机、平板电脑)可以通过蓝牙进行连接，从而配合电子设备执行播放音乐，以及拨打/接听电话的功能；

通常，无线耳机与耳机收纳配合使用。耳机收纳盒可以收纳无线耳机，并为无线耳机充电。因此，耳机收纳盒需要知道耳机是否在盒，以此决定自身的状态，例如是否开启给无线耳机充电。因此耳机收纳盒需要对耳机是否在盒进行检测；

现有技术中，耳机收纳盒内部设置两个磁传感器(例如霍尔hall传感器)，磁传感器的输出端连接到耳机收纳盒的处理器(例如，MCU)；无线耳机内部有磁体，无线耳机插入或者拔出耳机收纳盒的时候耳机收纳盒内部的磁传感器检测到磁场变化，磁传感器输出状态改变，耳机收纳盒的处理器检测磁传感器的输出状态即可知道无线耳机是否在盒；

目前无线耳机的佩戴过程，受到天气环境以及人为操作影响，耳机表面存在附着汗渍或水渍以及耳机温度过高的情况，在无线耳机与耳机收纳盒存放过程中仅通过内置磁传感器直接建立通信，并完成无线耳机的检测以及充电，无法根据耳机外界因素影响对无线耳机进行自适应检测，造成通信系统建立错误，无法响应，甚至内部电子元器件损伤。

为此，提出一种无线耳机与耳机收纳盒的通信系统及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无线耳机与耳机收纳盒的通信系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种无线耳机与耳机收纳盒的通信系统，包括无线耳机、耳机收纳盒以及建立与两者的通信系统；

通信系统包括内置于无线耳机中的蓝牙模块以及无线耳机内置识别芯片；

还包括设置于耳机收纳盒内的控制芯片单元、分布在耳机收纳盒中的识别存储腔以及能源存储腔和位于能源存储腔中与无线耳机充电端匹配的充电单元和位于充电单元上的磁体传感器；

设置于耳机收纳盒表面的显示模块和警告模块，控制芯片单元与各个单元组件实现数据建立、数据反馈和预设值控制；

其中识别存储腔中内置温湿度识别传感器，温湿度识别传感器与控制芯片单元数据连接；

控制芯片单元内置NAR神经网络模型，对温湿度识别传感器采样反馈数据处理并反馈控制芯片单元。

优选地，所述通信系统中耳机收纳盒与无线耳机通信建立方式为两种：

一种为底层配对，另一种为高层配对，底层配对仅作为耳机单一数据配对，其目的在于预设范围内的配对成功与失败，并且在失败后发出通过警告模块发出预警，防止耳机丢失遗落；其中底层配对通过无线耳机蓝牙与耳机收纳盒内置控制芯片建立的通信系统；

另一种为高层配对，即底层配对方式加电子元件识别配对方式组合，目的用于对无线耳机的状态进行全面的识别、检测以及后续无线耳机存储状态的进行。

优选地，所述NAR神经网络模型：

y(t) = f (y(t - 1)，y(t- 2)，y(t - 3) ...y(t - n))

式中:

y(t)为神经网络的输出;

n为延迟阶数。

优选地，由于温湿度传感器采集原始数据时是以每隔 6 秒的频率采集并上传，因此原始数据量较庞大，日均数据在 3-4 万条左右。而由于温湿度的变化并没有那么迅速，因此其中很多数据为重复和冗余数据，在数据分析和预测时徒然增大计算量。因此，首先要对原始数据进行缩减。具体方式为每隔一个固定的时间段取样一次数据并存入新的数据库内，即对原始数据进行二次采样。经过实验，取样间隔时间为10 分钟，可以有效降低数据量，同时不会对样本数据的特征造成较大的破坏，可以基本保证数据的正确变化趋势。同时，这一措施还能有效减少采样数据的毛刺和在某一时间点的反复波动对数据预测造成的影响，为此需要对采样数据简化。

优选地，所述原始数据在完成简化后，还要对简化后的原始数据进行归一化，由于不同类型数据的取值范围差距很大，如温度的取值在零下10度到40度之间，湿度在0%-100%，而神经网络中很多激活函数的范围都是有限制的，因此需要对原始数据进行归一化处理使其范围在[0，1]之间,本文归一化处理的公式如下：

式中：

X为某点处样本值；

Xmin为最小样本值；

Xmax为最大样本值；

在神经网络进行预测并产生输出后，还需要将数据反向处理，使预测的数据可以被理解，这个过程称之为反归一化。

优选地，延迟是 NAR 神经网络的核心，其关键思想在于在预测下步时将前几步的结果作为影响因素加入预测过程。因此NAR 神经网络中的延迟越高，也就意味着预测结果与之前越长时间内的数据有关系。然而根据实际情况不同，延迟所对应的高低也不同。如在短期温湿度预测中，温湿度的走向也许与数十分钟乃至数小时前的数据有相关性，但是几个月乃至几年前的数据对下一小时的温湿度变化的影响微乎其微同样，隐层的神经元数量也是决定网络好坏和预测准确度的一个直接因素。增加神经元数量或层数能够提高网络的学习能力，提高预测精度，然而过多的神经元数量或隐层层数也会导致计算量大幅上升，并且容易带来过学习的问题，使预测准确度不升反降。因此，使用试凑法寻找合适的延迟阶数和隐层神经元数量。在确定一层隐层的情况下，不断调整，直至寻找到均方误差 (MSE)最小的组合。均方误差为评判网络性能的一个标准。

优选地，在训练网络进行了 12 次迭代后，其误差已经达到最小并收敛，即意味着NAR 神经网络已经完成了建模和训练的任务。接下来即可进行预测。为了避免因预测值成为反馈输入后造成的偏差的放大，在时序模型的预测中在每一步预测后使用真实的输出以代替预测反馈值，NAR神经网络在湿度的时序预测中跟随实际值进行变动，且误差较小。

一种无线耳机与耳机收纳盒的通信系统的通信方法，如下步骤：第一步：无线耳机通信建立，使用者通过手指触碰耳机收纳盒表面指纹传感器，指纹传感器对指纹识别，控制单元芯片对指纹数据匹配；

第二步：系统识别，控制芯片单元对无线耳机内置蓝牙进行数据配对并识别，配对成功则开启耳机收纳盒盖，使用者即可将无线耳机放置在耳机收纳盒内的存储腔中；

第三步：耳机初步放置存储腔中时，耳机杆体插接进入识别存储腔区域，系统控制磁力模块使其与耳机杆体充电端磁力端磁极相斥，耳机机身的二分之一位于识别存储区域内无法继续向下位移，此时系统对耳机进行识别感应操作；

第四步：系统通过内置建立的神经网络模型结合算法配对温湿度传感器对耳机杆体充电端口区域进行分析识别以及温湿度数据模型的建立；

第五步：识别详细数据后，系统可对数据内容进行匹配并反馈显示耳机收纳盒上的显示模块，识别数据超出预设数值，磁力模块继续运行，耳机无法正常收纳进入耳机收纳盒内，并无法实现对充电以及和耳机通信系统数据的搭建，此时系统反馈警告模块发出预警提醒操作人员对耳机进一步操作处理；

第六步：使用者对耳机进行擦拭处理后，再次将耳机杆体插接，系统重复上述步骤，对耳机二次识别，识别检测感应失败则继续重复上述步骤，成功后，控制芯片单元则控制磁力模块停止，耳机则顺利进入耳机收纳盒内能源存储腔，此时控制芯片控制耳机收纳盒内置充电端磁力传感器运行，与耳机充电端接触，然后系统与耳机搭建通信系统，对耳机内部状态数据读取并反馈显示模块；

第七步：同样通过指纹识别模块，识别并开启耳机收纳盒，耳机在取出后，充电端磁力传感器反馈控制芯片单元，控制芯片单元则对无线耳机内置蓝牙进行底层配对，配对仅作为通信系统的初步沟通，配对范围距离根据使用者设定距离，当底层配对数据断开，控制芯片单元则反馈并控制警告模块发出预警，目的在于耳机防丢失遗落。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本申请所设计的一种无线耳机与耳机收纳盒的通信系统能够实现耳机收纳盒与耳机本体的两种实时配对，并分别实现底层配对，耳机防丢失遗落，起到及时预警提醒的功能，高层配对实现对无线耳机的检测分析，并提醒使用处理，降低无线耳机进水损伤的几率；

2.本申请所设计的一种无线耳机与耳机收纳盒的通信系统能够通过内置NAR 神经网络模型，对耳机采集样本数据充分分析并处理，且能够自我学习，预测提醒用户进行处理，进一步提高对耳机存储过程中以及使用过程中的防护，减少耳机损坏几率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明的一种无线耳机与耳机收纳盒的通信系统框图；

图2为本发明的一种无线耳机与耳机收纳盒的通信方法流程图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

请参阅图1至图2，本发明提供一种技术方案：

一种无线耳机与耳机收纳盒的通信系统，包括无线耳机、耳机收纳盒以及建立与两者的通信系统；

通信系统包括内置于无线耳机中的蓝牙模块以及无线耳机内置识别芯片；

还包括设置于耳机收纳盒内的控制芯片单元、分布在耳机收纳盒中的识别存储腔以及能源存储腔和位于能源存储腔中与无线耳机充电端匹配的充电单元和位于充电单元上的磁体传感器；

设置于耳机收纳盒表面的显示模块和警告模块，控制芯片单元与各个单元组件实现数据建立、数据反馈和预设值控制；

其中识别存储腔中内置温湿度识别传感器，温湿度识别传感器与控制芯片单元数据连接；

控制芯片单元内置NAR神经网络模型，对温湿度识别传感器采样反馈数据处理并反馈控制芯片单元。

所述通信系统中耳机收纳盒与无线耳机通信建立方式为两种：

一种为底层配对，另一种为高层配对，底层配对仅作为耳机单一数据配对，其目的在于预设范围内的配对成功与失败，并且在失败后发出通过警告模块发出预警，防止耳机丢失遗落；其中底层配对通过无线耳机蓝牙与耳机收纳盒内置控制芯片建立的通信系统；

另一种为高层配对，即底层配对方式加电子元件识别配对方式组合，目的用于对无线耳机的状态进行全面的识别、检测以及后续无线耳机存储状态的进行。

优选地，所述NAR神经网络模型：

y(t) = f (y(t - 1)，y(t- 2)，y(t - 3) ...y(t - n))

式中:

y(t)为神经网络的输出;

n为延迟阶数。

由于温湿度传感器采集原始数据时是以每隔 6 秒的频率采集并上传，因此原始数据量较庞大，日均数据在 3-4 万条左右。而由于温湿度的变化并没有那么迅速，因此其中很多数据为重复和冗余数据，在数据分析和预测时徒然增大计算量。因此，首先要对原始数据进行缩减。具体方式为每隔一个固定的时间段取样一次数据并存入新的数据库内，即对原始数据进行二次采样。经过实验，取样间隔时间为 10 分钟，可以有效降低数据量，同时不会对样本数据的特征造成较大的破坏，可以基本保证数据的正确变化趋势。同时，这一措施还能有效减少采样数据的毛刺和在某一时间点的反复波动对数据预测造成的影响，为此需要对采样数据简化。

所述原始数据在完成简化后，还要对简化后的原始数据进行归一化，由于不同类型数据的取值范围差距很大，如温度的取值在零下10度到40度之间，湿度在0%-100%，而神经网络中很多激活函数的范围都是有限制的，因此需要对原始数据进行归一化处理使其范围在[0，1]之间,本文归一化处理的公式如下：

式中：

X为某点处样本值；

Xmin为最小样本值；

Xmax为最大样本值；

在神经网络进行预测并产生输出后，还需要将数据反向处理，使预测的数据可以被理解，这个过程称之为反归一化。

延迟是 NAR 神经网络的核心，其关键思想在于在预测下步时将前几步的结果作为影响因素加入预测过程。因此NAR 神经网络中的延迟越高，也就意味着预测结果与之前越长时间内的数据有关系。然而根据实际情况不同，延迟所对应的高低也不同。如在短期温湿度预测中，温湿度的走向也许与数十分钟乃至数小时前的数据有相关性，但是几个月乃至几年前的数据对下一小时的温湿度变化的影响微乎其微同样，隐层的神经元数量也是决定网络好坏和预测准确度的一个直接因素。增加神经元数量或层数能够提高网络的学习能力，提高预测精度，然而过多的神经元数量或隐层层数也会导致计算量大幅上升，并且容易带来过学习的问题，使预测准确度不升反降。因此，使用试凑法寻找合适的延迟阶数和隐层神经元数量。在确定一层隐层的情况下，不断调整，直至寻找到均方误差 (MSE)最小的组合。均方误差为评判网络性能的一个标准。

在训练网络进行了 12 次迭代后，其误差已经达到最小并收敛，即意味着 NAR 神经网络已经完成了建模和训练的任务。接下来即可进行预测。为了避免因预测值成为反馈输入后造成的偏差的放大，在时序模型的预测中在每一步预测后使用真实的输出以代替预测反馈值，NAR神经网络在湿度的时序预测中跟随实际值进行变动，提高预测准确性，且误差较小。

一种无线耳机与耳机收纳盒的通信系统的通信方法，如下步骤：

第一步：无线耳机通信建立，使用者通过手指触碰耳机收纳盒表面指纹传感器，指纹传感器对指纹识别，控制单元芯片对指纹数据匹配；

第二步：系统识别，控制芯片单元对无线耳机内置蓝牙进行数据配对并识别，配对成功则开启耳机收纳盒盖，使用者即可将无线耳机放置在耳机收纳盒内的存储腔中；

第三步：耳机初步放置存储腔中时，耳机杆体插接进入识别存储腔区域，系统控制磁力模块使其与耳机杆体充电端磁力端磁极相斥，耳机机身的二分之一位于识别存储区域内无法继续向下位移，此时系统对耳机进行识别感应操作；

第四步：系统通过内置建立的神经网络模型结合算法配对温湿度传感器对耳机杆体充电端口区域进行分析识别以及温湿度数据模型的建立；

第五步：识别详细数据后，系统可对数据内容进行匹配并反馈显示耳机收纳盒上的显示模块，识别数据超出预设数值，磁力模块继续运行，耳机无法正常收纳进入耳机收纳盒内，并无法实现对充电以及和耳机通信系统数据的搭建，此时系统反馈警告模块发出预警提醒操作人员对耳机进一步操作处理；

第六步：使用者对耳机进行擦拭处理后，再次将耳机杆体插接，系统重复上述步骤，对耳机二次识别，识别检测感应失败则继续重复上述步骤，成功后，控制芯片单元则控制磁力模块停止，耳机则顺利进入耳机收纳盒内能源存储腔，此时控制芯片控制耳机收纳盒内置充电端磁力传感器运行，与耳机充电端接触，然后系统与耳机搭建通信系统，对耳机内部状态数据读取并反馈显示模块；

第七步：同样通过指纹识别模块，识别并开启耳机收纳盒，耳机在取出后，充电端磁力传感器反馈控制芯片单元，控制芯片单元则对无线耳机内置蓝牙进行底层配对，配对仅作为通信系统的初步沟通，配对范围距离根据使用者设定距离，当底层配对数据断开，控制芯片单元则反馈并控制警告模块发出预警，目的在于耳机防丢失遗落。

本申请所设计的一种无线耳机与耳机收纳盒的通信系统能够实现耳机收纳盒与耳机本体的两种实时配对，并分别实现底层配对，耳机防丢失遗落，起到及时预警提醒的功能，高层配对实现对无线耳机的检测分析，并提醒使用处理，降低无线耳机进水损伤的几率；

本申请所设计的一种无线耳机与耳机收纳盒的通信系统能够通过内置NAR 神经网络模型，对耳机采集样本数据充分分析并处理，且能够自我学习，预测提醒用户进行处理，进一步提高对耳机存储过程中以及使用过程中的防护，减少耳机损坏几率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种无线耳机与耳机收纳盒的通信系统，其特征在于；

包括无线耳机、耳机收纳盒以及建立与两者的通信系统；

通信系统包括内置于无线耳机中的蓝牙模块以及无线耳机内置识别芯片；

还包括设置于耳机收纳盒内的控制芯片单元、分布在耳机收纳盒中的识别存储腔以及能源存储腔和位于能源存储腔中与无线耳机充电端匹配的充电单元和位于充电单元上的磁体传感器；

设置于耳机收纳盒表面的显示模块和警告模块，控制芯片单元与各个单元组件实现数据建立、数据反馈和预设值控制；

其中识别存储腔中内置温湿度识别传感器，温湿度识别传感器与控制芯片单元数据连接；

控制芯片单元内置NAR神经网络模型，对温湿度识别传感器采样反馈数据处理并反馈控制芯片单元。

2.根据权利要求1所述的一种无线耳机与耳机收纳盒的通信系统，其特征在于：所述通信系统中耳机收纳盒与无线耳机通信建立方式为两种：

一种为底层配对，另一种为高层配对，底层配对仅作为耳机单一数据配对，其目的在于预设范围内的配对成功与失败，并且在失败后发出通过警告模块发出预警，防止耳机丢失遗落；其中底层配对通过无线耳机蓝牙与耳机收纳盒内置控制芯片建立的通信系统；

另一种为高层配对，即底层配对方式加电子元件识别配对方式组合，目的用于对无线耳机的状态进行全面的识别、检测以及后续无线耳机存储状态的进行。

3.根据权利要求2所述的一种无线耳机与耳机收纳盒的通信系统，其特征在于：所述NAR神经网络模型：

y(t) = f (y(t - 1)，y(t- 2)，y(t - 3) ...y(t - n))

式中:

y(t)为神经网络的输出;

n为延迟阶数。

4.根据权利要求3所述的一种无线耳机与耳机收纳盒的通信系统，其特征在于：温湿度传感器采集原始数据时是以每隔 6 秒的频率采集并上传，每隔一个固定的时间段取样一次数据并存入新的数据库内，即对原始数据进行二次采样，取样间隔时间为 10 分钟。

5.根据权利要求4所述的一种无线耳机与耳机收纳盒的通信系统，其特征在于：所述原始数据在完成简化后，还要对简化后的原始数据进行归一化，由于不同类型数据的取值范围差距很大，如温度的取值在零下10度到40度之间，湿度在0%-100%，而神经网络中很多激活函数的范围都是有限制的，因此需要对原始数据进行归一化处理使其范围在[0，1]之间,本文归一化处理的公式如下：

式中：X为某点处样本值；Xmin为最小样本值；Xmax为最大样本值；

在神经网络进行预测并产生输出后，还需要将数据反向处理，使预测的数据可以被理解，这个过程称之为反归一化。

6.根据权利要求5所述的一种无线耳机与耳机收纳盒的通信系统，其特征在于：采用试凑法寻找合适的延迟阶数和隐层神经元数量,在确定一层隐层的情况下进行调整，直至寻找到均方误差的组合，均方误差为评判网络性能的一个标准。

7.根据权利要求6所述的一种无线耳机与耳机收纳盒的通信系统，其特征在于：在训练网络进行了 12 次迭代后，其误差已经达到最小并收敛，即意味着 NAR 神经网络已经完成了建模和训练的任务,接下来即可进行预测，为了避免因预测值成为反馈输入后造成的偏差的放大，在时序模型的预测中在每一步预测后使用真实的输出以代替预测反馈值，NAR神经网络在湿度的时序预测中跟随实际值进行变动。

8.适用于权利要求1-7任意一项所述的一种无线耳机与耳机收纳盒的通信系统的通信方法，其特征在于：如下步骤：第一步：无线耳机通信建立，使用者通过手指触碰耳机收纳盒表面指纹传感器，指纹传感器对指纹识别，控制单元芯片对指纹数据匹配；

第二步：系统识别，控制芯片单元对无线耳机内置蓝牙进行数据配对并识别，配对成功则开启耳机收纳盒盖，使用者即可将无线耳机放置在耳机收纳盒内的存储腔中。

9.根据权利要求8所述的一种无线耳机与耳机收纳盒的通信系统的通信方法，其特征在于：包括如下步骤：

第三步：耳机初步放置存储腔中时，耳机杆体插接进入识别存储腔区域，系统控制磁力模块使其与耳机杆体充电端磁力端磁极相斥，耳机机身的二分之一位于识别存储区域内无法继续向下位移，此时系统对耳机进行识别感应操作；

第四步：系统通过内置建立的神经网络模型结合算法配对温湿度传感器对耳机杆体充电端口区域进行分析识别以及温湿度数据模型的建立；

第五步：识别详细数据后，系统可对数据内容进行匹配并反馈显示耳机收纳盒上的显示模块，识别数据超出预设数值，磁力模块继续运行，耳机无法正常收纳进入耳机收纳盒内，并无法实现对充电以及和耳机通信系统数据的搭建，此时系统反馈警告模块发出预警提醒操作人员对耳机进一步操作处理。

10.根据权利要求9所述的一种无线耳机与耳机收纳盒的通信系统的通信方法，其特征在于：包括如下步骤：

第六步：使用者对耳机进行擦拭处理后，再次将耳机杆体插接，系统重复上述步骤，对耳机二次识别，识别检测感应失败则继续重复上述步骤，成功后，控制芯片单元则控制磁力模块停止，耳机则顺利进入耳机收纳盒内能源存储腔，此时控制芯片控制耳机收纳盒内置充电端磁力传感器运行，与耳机充电端接触，然后系统与耳机搭建通信系统，对耳机内部状态数据读取并反馈显示模块；

第七步：同样通过指纹识别模块，识别并开启耳机收纳盒，耳机在取出后，充电端磁力传感器反馈控制芯片单元，控制芯片单元则对无线耳机内置蓝牙进行底层配对，配对仅作为通信系统的初步沟通，配对范围距离根据使用者设定距离，当底层配对数据断开，控制芯片单元则反馈并控制警告模块发出预警，目的在于耳机防丢失遗落。