CN117890897A - 用于确定联网电子设备之间的距离的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于确定联网电子设备之间的距离的系统和方法。由第一设备发射包括在第一载波上携带的具有第一频率的第一测量波的第一声音信号，第一载波具有比第一频率高的第一载波频率。第二设备接收第一声音信号。第二设备限定包括在第二载波上携带的具有第一频率的第二测量波的第二声音信号，第二载波具有不同于第一载波频率的第二载波频率。第二测量波的相位被设置为使得其模拟第一测量波在第二设备上的反射。由第二设备发射第二声音信号。由第一设备接收第二声音信号。基于发射的第一测量波与接收的第二测量波之间的相移来计算第一设备与第二设备之间的距离。

Description

用于确定联网电子设备之间的距离的系统和方法

技术领域

本发明涉及确定联网电子设备之间的距离。具体地，它涉及利用由联网电子设备使用该联网电子设备的扬声器和麦克风发射的和接收的声音的特性来确定这样的距离。

背景技术

在许多应用中，需要确定第一设备与第二设备之间的距离。例如，已知使用不同的方法(例如使用卷尺、激光测距仪或声纳)来进行距离测量。这些不同的方法各有利弊。

本发明的发明人已经意识到，需要用于确定第一设备与第二设备之间的距离的附加方法，特别是针对确定安装在建筑物中的设备的系统中的设备之间的距离的情况。

发明内容

鉴于以上内容，本发明的目的在于提供确定第一设备与第二设备之间的距离的方法。

根据第一方面，提供了一种用于确定第一联网电子设备与第二联网电子设备之间的距离的方法。第一联网电子设备具有第一扬声器和第一麦克风。第二联网电子设备具有第二扬声器和第二麦克风。该方法包括使用第一扬声器来发射第一声音信号。第一声音信号包括在具有第一载波频率的第一载波上携带的具有第一频率的第一测量波。第一载波频率高于第一频率。该方法进一步包括使用第二麦克风来接收第一声音信号。该方法进一步包括在第二电子设备处限定第二声音信号。第二声音信号包括在第二载波上携带的第二测量波。第二测量波与第一测量波具有相同的频率。因此，第二测量波具有第一频率。第二载波具有不同于第一载波频率的第二载波频率。第二测量波的相位被设置为使得其模拟第一测量波在第二联网电子设备上的反射。该方法进一步包括使用第二扬声器来发射第二声音信号。该方法进一步包括使用第一麦克风来接收第二声音信号。该方法进一步包括基于发射的第一测量波与接收的第二测量波之间的相移来计算第一联网电子设备与第二联网电子设备之间的距离。

与上述一致，发明人已经意识到，通过使用声音的特性，可以确定各自配备有扬声器和麦克风的两个设备之间的距离。这是通过观察在基于声音的载波上携带的低频周期性测量波的相移来实现的。低频周期性测量波甚至可能低于20Hz。为了确定1m至50m范围内的距离，测量波的频率需要为3Hz至160Hz。这是因为测量波的波长需要长于两个设备之间的距离的一半。大多数扬声器不能再现具有如此低频率的波。通过使用发射具有如上所讨论的低频率的测量波的载波，来提供测量波。

第一载波和第二载波可以具有200Hz至20000Hz范围内的载波频率。

限定第二声音信号可以包括：将第二测量波的相位设置为与由第二麦克风接收的第一声音信号的第一测量波的相位相同。

设置第二测量波的相位可以包括：基于在第二联网电子设备处的电路分析第一声音信号时的处理时间来确定第二测量波的相位，以便确定接收的第一测量波的相位。

限定并发射第二声音信号可以包括：发射候选的第二声音信号；在用第二麦克风收听的同时，使候选的第二声音信号的第二测量波的相位移动，直到接收的第一测量波的相位与候选的第二声音信号的第二测量波的相位匹配为止；以及在接收的第一测量波的相位与候选的第二声音信号的第二测量波的相位匹配时，发射具有所匹配的相位的第二声音信号。

根据第二方面，提供了一种用于确定第一联网电子设备与第二联网电子设备之间的距离的系统。该系统包括：第一联网电子设备，具有第一扬声器和第一麦克风；以及第二联网电子设备，具有第二扬声器和第二麦克风。第一联网电子设备进一步包括第一电路，第一电路被配置为：限定包括在第一载波上携带的具有第一频率的第一测量波的第一声音信号，第一载波具有比第一频率高的第一载波频率；并且驱动第一扬声器发射第一声音信号。第二联网电子设备进一步包括第二电路，第二电路被配置为：在第一声音信号被第二麦克风登记时分析第一声音信号；限定包括在第二载波上携带的具有第一频率的第二测量波的第二声音信号，第二载波具有比第一频率高且不同于第一载波频率的第二载波频率，其中第二测量波的相位被设置为使得其模拟第一声音信号的第一测量波在第二联网电子设备上的反射；并且驱动第二扬声器发射第二声音信号。第一联网电子设备的第一电路进一步被配置为：在第二声音信号被第一麦克风登记时分析第二声音信号；确定发射的第一测量波与接收的第二测量波之间的相移；并且基于确定的相移来计算第一联网电子设备与第二联网电子设备之间的距离。

该方法的上述特征在适用时，也应用于该第二方面。为了避免不必要的重复，可参考上述内容。

通过下面给出的详细描述，进一步的适用范围将变得显而易见。然而，应理解，详细描述和具体示例仅通过举例的方式给出。

应理解，本文中使用的术语仅用于描述具体实施例的目的，并不旨在进行限制。须注意，如在说明书和所附权利要求中所使用的，冠词“一”、“该”和“所述”旨在意味着存在一个或多个元素，除非上下文另外清楚地指示。因此，例如，对“一单元”或“该单元”的引用可以包括若干个设备等。此外，用语“包含”、“包括”、“含有”以及类似的词语不排除其它元素或步骤。

附图说明

现在将参考附图更详细地描述上述的以及其它的方面。附图不应被认为是限制性的；相反，它们用于解释和理解。

如附图中所图示的，为了说明的目的，层和区的尺寸可以被夸大，并因此被提供以说明一般结构。相同的附图标记自始至终指代相同的元件。

图1示意性地图示出安装在建筑物中的联网电子设备的系统。

图2示意性地图示出联网电子设备。

图3示意性地图示出使用声音特性来确定两个联网电子设备之间的距离的方法。

图4是用于确定第一电子设备与第二电子设备之间的距离的方法的框图。

具体实施方式

现在将参考附图在下文中更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的当前优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为限于本文中所阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了彻底和完整，并且将本发明的范围充分地传达给技术人员。

图1图示出安装在建筑物50中的联网电子设备100的系统10。这种联网电子设备被示意性地图示在图2中。每个联网电子设备100具有扬声器110和麦克风120。这种联网电子设备100的示例是联网扬声器、联网监控摄像机和/或联网访问控制设备。除了扬声器110和麦克风120之外，联网电子设备100还可以包括电路130、存储器140和通信模块150。通信模块150被配置为经由联网电子设备100连接到的通信网络来发送和/或接收数据。电路130被配置为执行对联网电子设备100的功能和操作的总体控制。电路130可以包括诸如中央处理单元(CPU)、微控制器或微处理器的处理器。处理器被配置为执行存储在存储器140中的程序代码，以便执行联网电子设备100的功能和操作。存储器140可以是缓冲器、闪存、硬盘驱动器、可移动介质、易失性存储器、非易失性存储器、随机存取存储器(RAM)或者其它适当设备中的一个或多个。在典型布置中，存储器140可以包括用于长期数据储存的非易失性存储器以及用作联网电子设备100的系统存储器的易失性存储器。存储器140可以通过数据总线160与电路130、扬声器110、麦克风120和/或通信模块150交换数据。联网电子设备100的功能和操作可以以可执行逻辑例程(例如，代码行、软件程序等)的形式来体现，这些可执行逻辑例程存储在联网电子设备100的非暂时性计算机可读介质(例如，存储器140)上，并且由电路130(例如，使用处理器)执行。再者，联网电子设备100的功能和操作可以是独立的软件应用，或者形成执行与联网电子设备100相关的附加任务的软件应用的一部分。这些功能和操作可以被认为是一种方法，而联网电子设备100被配置为执行该方法。此外，虽然这些功能和操作可以在软件中实现，但这种功能也可以经由专用硬件或固件或者硬件、固件和/或软件的一些组合来执行。

对于一些应用，例如在联网电子设备100的系统10的调试期间，要确定不同的联网电子设备100之间的距离。迄今为止，存在用于确定距离的各种方法，例如，卷尺、激光测距仪或声纳。然而，对于确定安装在建筑物50中的两个联网电子设备100之间的距离而言，它们都不是最优的。

本发明的发明人已经意识到，在确定各自配备有扬声器和麦克风的两个联网电子设备100a、100b之间的距离时，可以使用声音的特性。现在将结合图3和图4来对此进行讨论。图3示意性地图示出使用声音的特性来确定两个联网电子设备100a、100b之间的距离，并且图4是用于确定第一电子设备100a与第二电子设备100b之间的距离的方法的框图。

指示第一联网电子设备100a经由其扬声器来发射S402第一声音信号300，第一声音信号300包括在具有第一载波频率的第一载波320上携带的具有第一频率的第一测量波310。沿着图3中的“正向路径”图示出第一声音信号300。

在第一声音信号300的可听距离范围内的第二联网电子设备100b被设置为经由其麦克风来收听第一声音信号300。因此，第二联网电子设备100b被设置为接收S404第一声音信号。

在接收到第一声音信号300时，第二联网电子设备100b被设置为经由其扬声器来发射S406具有第二测量波360的第二声音信号350。第二测量波360与第一测量波310具有相同的第一频率，但被携带在具有与第一载波频率不同的第二载波频率的第二载波370上。沿着图3中的“返回路径”图示出第二声音信号350。通过使用与第一载波频率不同的第二载波频率，可以将第二声音信号350与来自其它结构的第一声音信号300的回声区分开。

此外，第二联网电子设备100b被设置为使第二测量波360的相位移动，使得其模拟第一测量波310在第二联网电子设备100b上的反射。也就是说，在第二联网电子设备100b处，第二测量波360的相位将被设置为与第一测量波320的相位相同。因此，第二联网电子设备100b被设置为限定第二声音信号350，使得第二测量波360的相位被设置为使得其模拟第一测量波310在第二联网电子设备100b上的反射。可以使用第二联网电子设备100b的电路来限定第二声音信号350。因此，第二联网电子设备100b被设置为利用包括与传入的第一声音信号300的第一测量波310具有相同的相位的第二测量波360的第二声音信号350来进行应答。也就是说，第二联网电子设备100b被设置为模拟第一测量波310的反射。然而，为了将模拟的反射与其它结构上的真实反射区分开，第二联网电子设备100b被设置为在具有与第一声音信号300的载波频率不同的载波频率的第二载波370上携带第二测量波360。换句话说，限定第二声音信号350包括：将第二测量波360的相位设置为与由第二联网电子设备100b的第二麦克风接收的第一声音信号300的第一测量波310的相位相同。设置第二测量波360的相位可以包括：基于在第二联网电子设备100b处的电路分析第一声音信号300时的处理时间来确定第二测量波360的相位，以便确定接收的第一测量波310的相位。这样做，第二测量波360的相位可以以接收的第一测量波310的相位来定时。可替代地或组合地，限定并发射第二声音信号350可以包括：i)发射候选的第二声音信号；ii)在用第二联网电子设备100b的第二麦克风收听的同时，使候选的第二声音信号的第二测量波的相位移动，直到接收的第一测量波310和候选的第二声音信号的第二测量波的相位匹配为止；以及iii)当接收的第一测量波310和候选的第二声音信号的第二测量波的相位匹配时，发射具有匹配的相位的第二声音信号350。

然后，第一联网电子设备100a被设置为经由其麦克风120a来收听第二声音信号350。因此，第一联网电子设备100a被设置为接收S408第二声音信号。

然后，可以基于在第一联网电子设备100a处发射的第一测量波310和在第一联网电子设备100a处接收的第二测量波360之间的相移来确定第一联网电子设备100a与第二联网电子设备100b之间的距离。这是因为，这种相移将取决于第一联网电子设备100a与第二联网电子设备100b之间的距离。第一联网电子设备100a与第二联网电子设备100b之间的距离D可以被表示为：

其中ΔΦ是相移[以弧度表示]，并且λ是测量波的波长，被定义为：

其中f是测量波310、360的频率，即，上面讨论的第一频率。这是在假设第一联网电子设备100a与第二联网电子设备100b之间的距离在波长的一半以内的情况下进行的。因此，基于发射的第一测量波310与接收的第二测量波360之间的相移来计算S410第一联网电子设备100a与第二联网电子设备100b之间的距离D。计算S410优选地由第一联网电子设备100a的电路来执行。然而，可以在具有计算能力并且连接到第一联网电子设备100a从而可以向其传送相移或用于计算相移的信息的任何其它设备处执行计算S410。

假设人们想要测量的距离的可行范围在1米至50米之间，则第一频率应在160Hz至3.3Hz的范围内。第一载波320和第二载波370的频率应高于第一频率，因此，通常在200Hz以上。第一载波320和第二载波370的频率的上限通常为20000Hz。如上所述，第一载波320和第二载波370被设置为具有不同的载波频率。通过针对不同的载波320、370使用不同的载波频率，可以将第二声音信号350与来自建筑物中的其它结构的第一声音信号300的回声区分开。此外，可以通过将特定载波频率分配给特定联网电子设备来对联网电子设备100的身份进行编码。通常，第一声音信号300和第二声音信号350是正弦调幅信号。然而，可由载波携带的任何周期性信号都可以工作。

本领域技术人员意识到，本发明决不限于上面明确描述的内容。相反，在所附权利要求的范围内，许多的修改和变化都是可行的。

例如，在一些应用中，第一联网电子设备和第二联网电子设备都固定安装在建筑物中。在其它应用中，第一电子设备可以是便携式电子设备，例如移动电话。

此外，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，可以通过对附图、本公开和所附权利要求的研究来理解并实现各种变化。

Claims (8)

1.一种用于确定具有第一扬声器和第一麦克风的第一联网电子设备与具有第二扬声器和第二麦克风的第二联网电子设备之间的距离的方法，所述方法包括：

使用所述第一扬声器来发射包括在第一载波上携带的具有第一频率的第一测量波的第一声音信号，所述第一载波具有比所述第一频率高的第一载波频率，其中所述第一声音信号被正弦调幅；

使用所述第二麦克风来接收所述第一声音信号；

在所述第二电子设备处限定包括在第二载波上携带的具有所述第一频率的第二测量波的第二声音信号，所述第二载波具有不同于所述第一载波频率的第二载波频率，其中所述第二声音信号被正弦调幅，并且其中限定所述第二声音信号包括：将所述第二测量波的相位设置为与由所述第二麦克风接收的第一声音信号的所述第一测量波的相位相同，从而所述第二测量波的相位被设置为使得其模拟所述第一测量波在所述第二联网电子设备上的反射；

使用所述第二扬声器来发射所述第二声音信号；

使用所述第一麦克风来接收所述第二声音信号；以及

基于发射的所述第一测量波与接收的所述第二测量波之间的相移来计算所述第一联网电子设备与所述第二联网电子设备之间的所述距离。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述第一测量波和所述第二测量波的所述第一频率在3Hz至160Hz的范围内。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述第一载波和所述第二载波具有200Hz至20000Hz范围内的载波频率。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，设置所述第二测量波的所述相位包括：

基于在所述第二联网电子设备处的电路分析所述第一声音信号时的处理时间来确定所述第二测量波的所述相位，以便确定接收的所述第一测量波的所述相位。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，限定并发射所述第二声音信号包括：

发射候选的第二声音信号；

在用所述第二麦克风收听的同时，使所述候选的第二声音信号的所述第二测量波的所述相位移动，直到接收的所述第一测量波的相位与所述候选的第二声音信号的所述第二测量波的相位匹配为止；以及

在接收的所述第一测量波的所述相位与所述候选的第二声音信号的所述第二测量波的所述相位匹配时，发射具有所匹配的相位的所述第二声音信号。

6.一种用于确定第一联网电子设备与第二联网电子设备之间的距离的系统，所述系统包括：

所述第一联网电子设备，具有第一扬声器和第一麦克风；以及

所述第二联网电子设备，具有第二扬声器和第二麦克风；

其中，所述第一联网电子设备进一步包括第一电路，所述第一电路被配置为：

限定包括在第一载波上携带的具有第一频率的第一测量波的第一声音信号，所述第一载波具有比所述第一频率高的第一载波频率，其中所述第一声音信号被正弦调幅，并且

驱动所述第一扬声器发射所述第一声音信号；

其中，所述第二联网电子设备进一步包括第二电路，所述第二电路被配置为：

在所述第一声音信号被所述第二麦克风登记时分析所述第一声音信号；

限定包括在第二载波上携带的具有所述第一频率的第二测量波的第二声音信号，所述第二载波具有比所述第一频率高且不同于所述第一载波频率的第二载波频率，其中所述第二声音信号被正弦调幅，并且其中限定所述第二声音信号包括：将所述第二测量波的相位设置为与由所述第二麦克风接收的第一声音信号的所述第一测量波的相位相同，从而所述第二测量波的相位被设置为使得其模拟所述第一声音信号的所述第一测量波在所述第二联网电子设备上的反射；并且

驱动所述第二扬声器发射所述第二声音信号；

其中，所述第一联网电子设备的所述第一电路进一步被配置为：

在所述第二声音信号被所述第一麦克风登记时分析所述第二声音信号；

确定发射的所述第一测量波与接收的所述第二测量波之间的相移；并且

基于确定的所述相移来计算所述第一联网电子设备与所述第二联网电子设备之间的所述距离。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，

所述第一测量波和所述第二测量波的所述第一频率在3Hz至160Hz的范围内。

8.根据权利要求6所述的系统，其中，

所述第一载波和所述第二载波具有200Hz至20000Hz范围内的载波频率。