本實用新型涉及身份識別裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種手機聲波近場控制面板系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前市場上的家電、中央控制系統(tǒng)等的近距離遙控系統(tǒng)幾乎都是采用非接觸射頻近場控制技術(shù)或者紅外遙控技術(shù)。前者采用電磁場無線通信原理，一般主機會有一個射頻接收器，控制面板會有個射頻發(fā)射器，若采用雙向通信方式，主機和控制面板都會有射頻發(fā)射/接收裝置；后者采用紅外線遙控原理，一般主機會有個紅外接收器，控制面板有個紅外發(fā)送器。接收器和發(fā)送器之間通過近距離射頻無線電通信或者紅外線通信，傳遞控制面板的身份信息、控制命令等參數(shù)完成身份識別、控制命令識別等等。這類的控制、識別技術(shù)可以用于設(shè)備學校多媒體課室中央控制系統(tǒng)、會議系統(tǒng)中央控制系統(tǒng)、智能家居中央控制系統(tǒng)系統(tǒng)等等，以下簡稱“中控系統(tǒng)”。

顯而易見，使用智能手機及其配套的APP能夠代替中控系統(tǒng)的集中控制面板，這樣就要求中控系統(tǒng)要配置采用紅外、WIFI或者藍牙技術(shù)的接收設(shè)備（以下稱“射頻接收器”），利用手機APP實現(xiàn)控制功能，手機類似一個無線移動控制面板。在智能家居系統(tǒng)中，射頻接收器一戶只需安裝一個，用戶手機只會匹配一次自己家的射頻接收器，就可以長期使用。對于學校多媒體教室中央控制系統(tǒng)（以下簡稱：中控），也是根據(jù)上述原理用手機來作為移動控制面板控制教室里的電教設(shè)備。但是和家用的智能家居不同的是，一棟教學樓中教室密度極高，任課老師往往頻繁在十幾間教室輪換場地工作。上課老師若想用手機控制自己所在教室的設(shè)備，需要通過WIFI或者藍牙搜索功能鎖定指定某教室射頻接收器。在教室密度極高的教學樓這項工作極其繁瑣，稍有不慎就會連接到隔壁教室射頻接收器，其后果直接導致教學事故。因此采用WIFI或者藍牙技術(shù)進行電教設(shè)備控制的多媒體教室中控系統(tǒng)并沒有普及，十分難以推廣。

由于智能手機日漸普及，幾乎已經(jīng)人手一個，機不離身，因此采用智能手機作為“中控系統(tǒng)集中控制面板”的基于移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的控制、識別、門禁等系統(tǒng)勢必會逐步代替采用專用集中控制面板的傳統(tǒng)系統(tǒng)，有著非常大的市場前景，以上列舉的幾種采用智能手機作為身份識別設(shè)備的方案，無論是WIFI、藍牙接收器等都是基于射頻無線通信技術(shù)，需要手機具有配套的射頻部件，有以下弊端：

（1）若系統(tǒng)采用WIFI或者藍牙技術(shù)，則手機APP還需要進行幾個操作步驟的匹配過程，比較繁瑣。

（2）WIFI和藍牙在近距離，例如10米范圍內(nèi)，區(qū)別兩個以上對接設(shè)備（定位器或者接收器）時技術(shù)實現(xiàn)手段比較復雜，用戶體驗極差。

（3）若采用紅外方式，雖然可以解決近距離難以匹配的問題，但是需強制配套的手機需要全部具備紅外功能，其通用性非常不好，大量的手機沒有配備。即使配備紅外功能的手機，也需要使用者在手機上設(shè)置打開這一功能。

顯然上敘的3點弊端是智能手機替代專用“集中控制面板”的技術(shù)障礙，是導致這種應(yīng)用未能普及的真正原因。而本實用新型強調(diào)的是：采用智能手機代替“集中控制面板”的前提應(yīng)該是不變更客戶已有智能手機，只需下載某個APP即能使任何智能手機擁有“集中控制面板”功能，實現(xiàn)近距離非接觸互聯(lián)識別；不需要手機擁有紅外、WIFI或者藍牙功能，用戶在使用時無需對手機的紅外、WIFI或者藍牙功能進行設(shè)置，并且和相關(guān)部件進行匹配。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種手機聲波近場控制面板系統(tǒng)，所述制面板系統(tǒng)實時性高、保密性好、易于使用且客戶體驗好。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采取的技術(shù)方案是：一種手機聲波近場控制面板系統(tǒng)，其特征在于：包括若干個聲波近場控制面板、智能手機和服務(wù)器，所述聲波近場控制面板用于接收智能手機發(fā)出的聲波信號并根據(jù)接收的信號發(fā)出聲波信號，聲波近場控制面板通過無線的方式與所述手機進行連接，所述手機通過無線網(wǎng)絡(luò)與所述服務(wù)器進行數(shù)據(jù)交互；所述聲波近場控制面板包括聲學傳感器及放大電路、音頻信號整形及處理電路、處理器、存儲器、音頻信號發(fā)生及濾波電路以及電聲轉(zhuǎn)換器及其驅(qū)動電路，所述聲學傳感器及放大電路與所述音頻信號整形及處理電路的輸入端連接，用于拾取智能手機發(fā)出的聲音信號；所述音頻信號整形及處理電路的輸出端與所述處理器的信號輸入端連接，用于對聲音信號進行處理；所述存儲器與所述處理器雙向連接，用于存儲相關(guān)的數(shù)據(jù)及程序；所述音頻信號發(fā)生及濾波電路與所述處理器的信號輸出端連接，用于對處理器輸出的信號進行轉(zhuǎn)換并濾波；所述音頻信號發(fā)生及濾波電路的信號輸出端與所述電聲轉(zhuǎn)換器及其驅(qū)動電路的信號輸入端連接，電聲轉(zhuǎn)換器及其驅(qū)動電路用于將電信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的音頻信號并以聲波的形式發(fā)射出去；所述音頻信號整形及處理電路為FSK調(diào)制電路，所述音頻信號發(fā)生及濾波電路為FSK解調(diào)電路；所述音頻信號整形及處理電路為DTMF調(diào)制電路，所述音頻信號發(fā)生及濾波電路為DTMF解調(diào)電路。

進一步的技術(shù)方案在于：所述音頻信號整形及處理電路為A/D轉(zhuǎn)換電路，所述音頻信號發(fā)生及濾波電路為D/A轉(zhuǎn)換電路。

進一步的技術(shù)方案在于：所述聲波近場控制面板還包括耳機接口，所述智能手機上的耳機接口與所述聲波近場控制面板上的耳機接口通過雙端耳機線連接。

進一步的技術(shù)方案在于：所述聲波近場控制面板還包括藍牙或者WIFI模塊，所述智能手機上的維保APP可以在聲波近場身份識別電路作用下無需人工確認即在現(xiàn)場多個所述聲波近場控制面板中鎖定指定的其中一個所述聲波近場控制面板的藍牙或者WIFI模塊進行通信。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：采用了上述手機聲波近場控制的多媒體控制系統(tǒng)、智能家居系統(tǒng)、會議系統(tǒng)不需要移動端為特殊的手持設(shè)備，可以實現(xiàn)簡單的操作。并且比同樣采用手機作為移動端，依賴紅外，WIFI或者藍牙技術(shù)作為接收器和手機通信的多媒體控制系統(tǒng)、智能家居系統(tǒng)以及會議系統(tǒng)更加便捷，易于操作，具有很高的經(jīng)濟價值和社會效益。

本實用新型所述控制面板系統(tǒng)中設(shè)有聲波近場控制面板，其結(jié)構(gòu)簡潔，易于和手機互動識別，操作方便，對解決密集教學樓教室電教設(shè)備智能化控制提供了完善的解決方案。

本實用新型采用移動互聯(lián)網(wǎng)+的方法，通過成熟的、傳統(tǒng)的聲波傳輸和識別技術(shù)，把智能移動互聯(lián)網(wǎng)帶入傳統(tǒng)近場控制技術(shù)領(lǐng)域。在越來越普及的移動互聯(lián)網(wǎng)智能終端應(yīng)用中，具有很廣闊的普及意義。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步詳細的說明。

圖1是本實用新型實施例所述系統(tǒng)的原理框圖；

圖2是本實用新型實施例中聲波近場控制面板的第一種原理框圖；

圖3是本實用新型實施例中聲波近場控制面板的第二種原理框圖；

圖4是本實用新型實施例中聲波近場控制面板的第三種原理框圖；

圖5是本實用新型實施例中身份識別流程圖；

圖6是本實用新型實施例中聲波近場控制面板增加耳機線通信原理框圖。

圖7是本實用新型實施例中聲波近場控制面板增加藍牙/WIFI模塊的原理框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本實用新型，但是本實用新型還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實用新型內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本實用新型不受下面公開的具體實施例的限制。

系統(tǒng)原理是根據(jù)手機必備的電子聲學部件，采用聲波調(diào)制和數(shù)字化技術(shù)、數(shù)據(jù)加密認證技術(shù)，利用移動互聯(lián)網(wǎng)普及率高、手機易于連接后臺服務(wù)器等特征，使得系統(tǒng)實時性高、保密性好、易于使用，客戶體驗非常好。

目前智能手機近場控制的應(yīng)用中紅外遙控技術(shù)是最適合的，然而不是所有的手機都支持這類功能，導致其應(yīng)用一直沒能全面推廣，普及率極差。若采用WIFI或者藍牙技術(shù)，則手機和定位器的WIFI和藍牙無線技術(shù)難以控制在某個近場范圍，比如20cm以內(nèi)，所以在小范圍內(nèi)有多個接收器要分時連接時需要人工參與匹配選擇，操作繁瑣。另外，WIFI和藍牙技術(shù)主要用于聯(lián)網(wǎng)通信，支持復雜的標準通訊協(xié)議，其匹配和通信過程耗時復雜。這兩種技術(shù)適合長時間大量數(shù)據(jù)的傳輸卻不適合控制信息極少量數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用場景。而采用智能手機聲波技術(shù)則不同，由于智能手機100%全部采用音頻A/D，D/A數(shù)字技術(shù)，配有多級靈敏度調(diào)節(jié)（麥克風端）和音量調(diào)節(jié)（揚聲器端）電路，手機和接收器的信號傳輸很容易通過控制麥克風輸入靈敏度和音頻輸出音量大小實現(xiàn)很小的近場范圍一對一無需人工確認的自動匹配和通信。再者，單個手機的音頻采集和播放系統(tǒng)不是為數(shù)據(jù)通信而設(shè)計的，本身沒有復雜的握手、會話等協(xié)議，其反應(yīng)快，支持面最廣，APP編程容易，因此非常適合用于簡短身份識別和控制數(shù)據(jù)的傳輸應(yīng)用場合。

手機聲波近場控制面板系統(tǒng)的原理和聲波近場識別技術(shù)系統(tǒng)相同，利用手機必定配套的聲學系統(tǒng)實現(xiàn)手機及其需要控制的設(shè)備（例如：多媒體課室中控系統(tǒng)）的近場通信，這種通信可以是單向的，即手機發(fā)往需要控制的設(shè)備，也可以是雙向的。

如圖1所示，本實用新型實施例公開了一種手機聲波近場控制面板系統(tǒng)，包括若干個聲波近場控制面板、智能手機和服務(wù)器，所述聲波近場控制面板用于接收智能手機發(fā)出的聲波信號并根據(jù)接收的信號發(fā)出聲波信號，聲波近場控制面板通過無線的方式與所述手機進行連接，所述手機通過無線網(wǎng)絡(luò)與所述服務(wù)器進行數(shù)據(jù)交互。

教室1-n中控帶有聲波近場控制面板，教師來到某個課室，可以打開手機APP，靠近聲波近場控制面板。智能手機具有網(wǎng)絡(luò)功能和全球唯一手機號，并且APP易于采用輸入賬戶密碼等身份識別手段，易于安全識別和保密。若聯(lián)動后臺服務(wù)器，還可以實現(xiàn)教師手機才能通過聲波近場控制面板控制電教設(shè)備，避免學生和閑雜人員非授權(quán)使用。也可以通過聯(lián)動學校的排課表，自動按課程時間段授權(quán)指定老師使用設(shè)備。

在本實用新型的一個實施例中，如圖2所示，所述聲波近場控制面板包括聲學傳感器及放大電路、音頻信號整形及處理電路、處理器、存儲器、音頻信號發(fā)生及濾波電路以及電聲轉(zhuǎn)換器及其驅(qū)動電路。所述聲學傳感器及放大電路與所述音頻信號整形及處理電路的輸入端連接，用于拾取智能手機發(fā)出的聲音信號；所述音頻信號整形及處理電路的輸出端與所述處理器的信號輸入端連接，用于對聲音信號進行處理；所述存儲器與所述處理器雙向連接，用于存儲相關(guān)的數(shù)據(jù)及程序；所述音頻信號發(fā)生及濾波電路與所述處理器的信號輸出端連接，用于對處理器輸出的信號進行轉(zhuǎn)換并濾波；所述音頻信號發(fā)生及濾波電路的信號輸出端與所述電聲轉(zhuǎn)換器及其驅(qū)動電路的信號輸入端連接，電聲轉(zhuǎn)換器及其驅(qū)動電路用于將電信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的音頻信號并以聲波的形式發(fā)射出去；

圖2中，智能手機示意圖連接的箭頭表示智能手機和聲波近場控制面板的信號傳輸方向。整個系統(tǒng)的硬件成本為聲波近場控制面板成本。整體電路主要由音頻信號放大和處理電路以及處理器系統(tǒng)電路構(gòu)成，都是非常成熟和常用的中、低頻電路（低于1MHz），沒有高頻電路，只要設(shè)計合理，成本較低，易于生產(chǎn)。其成本優(yōu)勢、維護便利性大大優(yōu)于基于WIFI、藍牙技術(shù)的接收器，因為這些電路都涉及高頻電路和復雜處理器的應(yīng)用。

聲波數(shù)據(jù)信號傳輸技術(shù)可以采用以下三種技術(shù)手段，但是不局限于以下介紹的這三種。

（1）采用FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)

由于處理的信號頻率較低，所需傳輸?shù)纳矸葑R別數(shù)據(jù)很少，圖3中的處理器可以是低性能的廉價4位、8位單片機。整個聲波傳輸通信方式可以采用FSK調(diào)制解調(diào)方式。FSK解調(diào)采用單片鎖相環(huán)電路，若載波頻率較低，則可以直接放大整形后輸入單片機，通過脈沖測寬方法解調(diào)出信號。調(diào)制電路可以采用單片機外圍可控震蕩電路或者在載波頻率較低時由單片機通過內(nèi)部定時器產(chǎn)生。電路結(jié)構(gòu)圖如下。

（2）采用DTMF技術(shù)

由于處理的信號頻率較低，所需傳輸?shù)纳矸葑R別數(shù)據(jù)很少，采用電話機中大量使用的DTMF信號發(fā)生和接收解碼專用芯片，即可完成數(shù)據(jù)接收和發(fā)送，無需單片機干預編解碼。因為只需用IO口對DTMF專用芯片讀取和寫入數(shù)據(jù)，所以可以采用非常低端廉價的單片機實現(xiàn)。這種方法其實是把身份識別數(shù)據(jù)當作一串電話號碼處理即可，數(shù)據(jù)傳輸?shù)韧瑩茈娫捥柎a，在手機APP編程中也非常容易實現(xiàn)。安卓和蘋果開發(fā)包/SDK中都有現(xiàn)成的DTMF發(fā)生和解調(diào)函數(shù)調(diào)用。其技術(shù)可靠，易于實現(xiàn)，開發(fā)周期短，成本低廉。即使不采用專用DTMF芯片，處理器直接通過整形電路和低通濾波器直接編碼和解碼DTMF信號也是可行的。只是處理性能要求稍高一些而已。

（3）采用音頻數(shù)字采樣和編解碼技術(shù)

如圖4所示，這種方法把輸入的模擬音頻信號放大后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字編碼送入處理器中，進行數(shù)字解碼。輸出則處理器進行數(shù)字調(diào)制后經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出。這種方式采用軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)制和解調(diào)，靈活性高，數(shù)據(jù)傳輸速率高，但是要求較高性能的處理器及其周邊電路，成本較高。

上述的三種聲波數(shù)據(jù)信號傳輸技術(shù)在手機端可以除了調(diào)用開發(fā)平臺已經(jīng)提供的函數(shù)和控件外，還可以采用傅立葉變化技術(shù)，對采集到的聲波信號進行分析；采用三角函數(shù)信號發(fā)生合成技術(shù)生成聲波信號。

未放置侵權(quán)控制，本聲波控制面板采用動態(tài)身份認證技術(shù)，其身份數(shù)據(jù)的認證軟件執(zhí)行流程如圖5所示：

智能手機發(fā)送特定的聲波啟動信號Sn，聲波近場控制面板接收到完整的聲波啟動信號Sn，則以聲波的形式發(fā)送自身唯一標號IDn給智能手機，智能手機上傳所述IDn至服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)所述IDn產(chǎn)生動態(tài)碼Vni，智能手機獲取所述動態(tài)碼Vni并將其以聲波的形式發(fā)送給所述聲波近場控制面板，聲波近場控制面板根據(jù)動態(tài)碼Vni回傳加密碼Ani至智能手機，智能手機上傳加密碼Ani至服務(wù)器，服務(wù)器判斷加密碼Ani的合法性，若合法，則采用所述自身唯一標號IDn，若不合法則不采用所述自身唯一標號IDn。

啟動信號Sn是一串預先編制好的信號，可以是固定數(shù)字串，也可以是符合某個格式的動態(tài)數(shù)據(jù)，作為觸發(fā)接收器發(fā)送IDn的信號。接收器接收到完整的符合要求的Sn后發(fā)送自身的唯一編號IDn給手機。手機通過移動互聯(lián)網(wǎng)傳輸IDn給后臺服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)IDn生成動態(tài)碼Vni。Vni的生成函數(shù)如下：

Vni=F1n(IDn) （1）。

式（1）中n，i為自然數(shù)下標。n為某個聲波近場控制面板的序號，i為某次動態(tài)碼的序號。

服務(wù)器存儲對應(yīng)接收器的F1n代碼和數(shù)據(jù)，而聲波近場控制面板預先存儲F1n的解密函數(shù)F2n的代碼和數(shù)據(jù)，接收到Vni后通過F2n計算出Ani通過手機傳輸給服務(wù)器，其密函式為：

Ani=F2n（Vni）（2）

式（2）中n，i為自然數(shù)下標。n為某個聲波近場控制面板的序號，i為某次動態(tài)碼的序號或者某次動態(tài)碼Vni的解密碼的序號。

可見，適當選擇加密函數(shù)組F1n和解密函數(shù)組F2n，則Vni、Ani可以根據(jù)IDn唯一獲得。只要i足夠長并且某次的Vni和Ani與下次的Vn（i+1），An（i+1）相關(guān)性足夠弱即可實現(xiàn)很強的加密效果。

為了減少智能手機和聲音近場識別裝置的通信回合并且簡化加密流程，可以在聲音近場識別裝置中預存Ani和i的關(guān)系函數(shù)，其接收到啟動信號Sn后直接發(fā)送Ani和i給手機上傳給服務(wù)器認證，手機預存F2n即可。只要i足夠長，Ani與下次的An（i+1）相關(guān)性足夠弱，Ani位數(shù)足夠大，其加密效果也比較好。

F1不在手機App代碼中，因此不容易通過破解手機App破解整個系統(tǒng)。當然，某個聲波近場控制面板的F2可以通過暴力拆獲取，但是不會影響其它聲波近場控制面板的加密強度。再者，手機APP啟動后可以進行使用者識別，包括確定所用手機號（即確認SIM卡）合法性，需要使用者輸入進入密碼等，加強保密安全。

最后作為補充，本實用新型產(chǎn)生的聲波近場控制面板還配有耳機輸入口，用于特殊環(huán)境下和智能手機的有線通信，即插接耳機線通信。連接結(jié)構(gòu)如圖6所示。圖6中，接收器的耳機口音頻解調(diào)輸入接手機耳機口的立體聲輸出（左聲道或者右聲道之一）；IO信號/音頻調(diào)制輸入接手機耳機口的MIC輸入。由于手機MIC輸入口支持按鍵操作信號直接輸入，接收器的處理器可以直接發(fā)送這類信號進行輸入通信。也可以輸出調(diào)制的音頻信號進行通信。這種有線連接方式采用的調(diào)制和解調(diào)技術(shù)、加密解密技術(shù)則與本實用新型上面所敘述的無線聲波處理類似，在此不再重復說明，請參閱上面有關(guān)章節(jié)。

采用了上述手機聲波近場控制的多媒體控制系統(tǒng)、智能家居系統(tǒng)、會議系統(tǒng)不需要移動端為特殊的手持設(shè)備，可以實現(xiàn)簡單的操作。并且比同樣采用手機作為移動端，依賴WIFI或者藍牙技術(shù)作為接收器和手機通信的多媒體控制系統(tǒng)、智能家居系統(tǒng)以及會議系統(tǒng)更加便捷，易于操作，具有很高的經(jīng)濟價值和社會效益。

本實用新型所述控制面板系統(tǒng)中設(shè)有聲波近場控制面板，其結(jié)構(gòu)簡潔，易于和手機互動識別，操作方便，對解決密集教學樓教室電教設(shè)備智能化控制提供了完善的解決方案。

本實用新型采用移動互聯(lián)網(wǎng)+的方法，通過成熟的、傳統(tǒng)的聲波傳輸和識別技術(shù)，把智能移動互聯(lián)網(wǎng)帶入傳統(tǒng)近場控制技術(shù)領(lǐng)域。在越來越普及的移動互聯(lián)網(wǎng)智能終端應(yīng)用中，具有很廣闊的普及意義。