CN111650946A - 一种可以自动跟随的智能蓝牙音箱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可以自动跟随的智能蓝牙音箱。主要包括：主电路板，蓝牙阵列天线，扬声器，锂电池，编码减速直流电机，超声波避障传感器，防跌落传感器等。蓝牙阵列天线在传输音频信号的同时还可以检测蓝牙音源的位置，并根据蓝牙信号的远近，跟随蓝牙音源移动，从而可以使音箱始终保持在蓝牙音源附近，方便使用者在不同房间走动时，蓝牙音箱可以持续的提供不间断的完美的听音乐体验。
Description
技术领域
本发明涉及一种蓝牙阵列天线技术以及自动跟随技术，具体为一种可以自动跟随的智能蓝牙音箱。
背景技术
自动跟随技术是依靠对特定目标的识别，进行自动跟随的技术，近年来有了很大发展，无论是在探测方式还是可靠性方面都有了长足进步。其中以UWB超宽带测距为基础的自动跟随设备在跟随精度和可靠性方面取得了很好的效果，但是其缺点在于模块成本高，与现有的蓝牙，wifi 等技术不兼容。在这种情况下，以蓝牙阵列天线为基础的定向定位方法成为了另外一种选择，其利用多个蓝牙天线之间接收到的信号之间的相位差计算蓝牙信号源的角度，可以利用现有的蓝牙模块，而且可以利用手机的蓝牙功能实现定向，不需要再额外增加设备，有着更加广阔的应用潜力。
蓝牙音箱作为主流的消费电子产品，在音乐播放领域有着广泛的应用，市场上所有的音乐播放器几乎都有蓝牙连接功能，但是普通的蓝牙音箱只能放置在特定地点静止不动，当手机通过蓝牙音箱播放音乐时，通常人们还需要拿着手机在房间中走动，当人们从一个房间走到另一个房间的时候，蓝牙音箱无法跟随移动，影响了人们听音乐的体验。如果能够实现蓝牙音箱在播放音乐的时候自动跟随手机的位置，就可以带给人更好的听音乐体验。
申请号201521014645.7的实用新型专利是利用在不同的房间放置多套音箱，利用传感器探测到人体在哪个房间而决定开启哪个房间的音箱，虽然可以实现类似的功能，但是硬件投资大，设备连接复杂，不适合推广。
发明内容
技术方案：
为了实现上述目的，本发明公开了一种可以自动跟随的智能蓝牙音箱。主要包括如下模块：（1）主电路板，（2）蓝牙阵列天线，（3）扬声器（4）锂电池，（5）编码减速直流电机，（6）车轮（7）超声波避障传感器，（8）防跌落传感器，（10）底板，（11）上下外壳。
其中主电路板上包含有（1）单片机，（2）蓝牙模块，（3）电池充电模块，（4）电机驱动模块，（5）音频功放模块，（6）6轴加速度计和陀螺仪模块，（7）USB接口，图2为主电路板上的功能模块示意图。
蓝牙阵列天线由至少三个排列在一条直线上的单极子天线组成，天线单元之间的距离小于蓝牙波长，蓝牙天线位于音箱的上部，天线平面水平安装。
蓝牙模块位于主电路板上，其功能是负责收发数字信号以及音频信号，处理阵列天线接收的信号的相位差信息以及信号的强度信息，以获得蓝牙信号的方位数据。
扬声器与功放模块，用于实现蓝牙音箱的音乐播放功能和语音播放功能，功放模块位于主电路板上，两个扬声器分别位于上部分外壳的下方，左右对称放置，提供左右两声道的音频。
电池与充电电路，可充电锂离子电池位于底板的下部，用于为蓝牙音箱与跟随***提供动力，充电电路位于主电路板上，负责为锂离子电池充电和进行电池管理。
左右两个电机安装于底板左右两端，电机为直流编码减速电机，用于驱动车轮行走。
车轮安装于左右两个电机的电机轴上，电机可以通过差速控制音箱转向、直行和后退。
加速度计和陀螺仪，加速度计和陀螺仪，优选的使用6轴加速度计MPU6050，其用于感知音箱的姿态，检测音箱是否被拿起，保持音箱在跟随行走时的平衡。
超声波避障传感器，两个超声波传感器安装于音箱前进方向的左右两边，负责为音箱提供避障服务，感知前方是否有障碍物
防跌落传感器用于检测桌面或楼梯边缘，防止音箱从高处跌落。
USB接口位于主电路板上，负责蓝牙音箱与电脑的连接，也作为充电电源接口。
单片机，位于主电路板上，用于接收各个传感器的数据，处理蓝牙模块发来的信息，计算蓝牙发射源的位置，以及驱动跟随***工作。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1. 自动跟随智能蓝牙音箱立体结构示意图。主要包括如下模块：（1）主电路板，（2）蓝牙阵列天线，（3）扬声器（4）锂电池，（5）编码减速直流电机，（6）车轮（7）超声波避障传感器，（8）防跌落传感器，（10）底板，（11）上下外壳。
图2. 主电路板功能模块示意图。
具体实施方式
蓝牙音箱的音频信号源为手机或其他带有蓝牙功能的音乐播放器。以手机为例，当音箱上的蓝牙模块与手机配对成功以后，音箱在通过蓝牙模块接收来自手机的音频信号时，会同时接收到手机发送的定位数据包。当音箱顶部的蓝牙阵列天线接收到定位数据包以后，根据阵列天线上不同的天线单元之间的相位差，就可计算出手机所在的方位，同时还可以根据蓝牙信号的强度计算出手机离音箱的距离。当人们拿着手机移动到其他房间时，蓝牙信号的强度会减弱，当减弱到一定程度时，说明手机已经离开蓝牙音箱比较远，需要音箱移动到手机附近。这时单片机会发出指令，根据蓝牙信号源方位，驱动电机带动车轮跟随行走，跟随过程中，会根据阵列天线所测到的方向，自动调整跟随方向，音箱的转向由左右轮的差速控制。行走过程中超声波传感器会检测前方距离，当遇到障碍物时，音箱会自动转向避开障碍物，然后继续跟随蓝牙信号源行走，直到蓝牙信号强度重新回到预设值。当防跌落传感器检测到物体边缘时，会控制音箱停止行走，防止音箱跌落损坏。蓝牙音箱的跟随距离范围可以在手机客户端做调整，以适应不同的跟随距离要求。
智能跟随蓝牙音箱有三种跟随模式，分别是静止，自主判断跟随和召唤模式，当处于静止模式时，蓝牙音箱不会主动跟随蓝牙信号源，只是作为静态音箱来使用；当处于自主判断跟随模式时，蓝牙音箱会根据信号强弱，自主决定是否跟随信号源；当处于召唤模式时，只有当蓝牙信号源或者被跟随手机发出跟随请求时，蓝牙音箱才会开始跟踪程序，从而可以提供更方便的跟随模式。
Claims (7)
1.一种可以自动跟随的智能蓝牙音箱，其特征在于，包括如下模块：（1）主电路板，（2）蓝牙阵列天线，（3）扬声器（4）锂电池，（5）编码减速直流电机，（6）车轮，（7）超声波避障传感器，（8）防跌落传感器，（10）底板，（11）上下外壳。
2.根据权利要求1所述的蓝牙阵列天线，其特征在于所述蓝牙阵列天线由馈电点排列在一条直线上的至少三个平行等距排列的单极子蓝牙天线单元所组成，并且所述蓝牙天线单元馈电点之间的距离小于蓝牙波长，所述蓝牙天线平面水平安装在音箱顶部。
3.根据权利要求1所述的可以自动跟随的智能蓝牙音箱，其特征在于：蓝牙阵列天线的定位原理为AOA与RSSI相结合，角度数据由阵列天线上各天线单元接收到信号的相位差计算得到，距离数据由接收到的蓝牙信号的强度计算得到。
4.根据权利要求1所述的主电路板，其特征在于：所述主电路板上包含有（1）单片机，（2）蓝牙模块，（3）电池充电模块，（4）电机驱动模块，（5）音频功放模块，（6）6轴加速度计和陀螺仪模块，（7）USB接口。
5.根据权利要求1所述的可以自动跟随的智能蓝牙音箱，其特征在于：所述编码减速直流电机的数量为2，所述电机安装于所述底板的左右两侧，每个电机轴上安装有一个车轮。
6.根据权利要求1所述的可以自动跟随的智能蓝牙音箱，其特征在于：所述超声波避障传感器的数量为2，安装于音箱前进方向的左右两边，探测面向前。
7.根据权利要求1所述的可以自动跟随的智能蓝牙音箱，其特征在于：所述防跌落传感器位于音箱的下方靠前位置，探测面朝下安装。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113115207A (zh) * | 2021-04-08 | 2021-07-13 | 深圳市智莱科技股份有限公司 | 室内定位方法、装置、设备及计算机可读存储介质 |
| CN113115223A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-07-13 | 长城汽车股份有限公司 | 载物车自动跟随控制方法及控制装置 |
| TWI779600B (zh) * | 2021-05-11 | 2022-10-01 | 東元電機股份有限公司 | 跟隨可攜式電子裝置移動之充電車 |
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