一种升降桌的控制方法及敲击音频采集控制系统与流程

本发明涉及升降桌控制领域，特别涉及一种升降桌的控制方法及敲击音频采集控制系统。

背景技术：

1、大多数智能产品的人机交互操作无非是实体按键、触摸按键、显示屏、操作杆等，这些操作方式存在一个共同的特定，就是需要在某一指定区域或某个指定位置，定向性的去操作某一实体，这就导致了在用户双手不方便时，如果想要控制桌面的升降，用户就不得不暂停手中的工作释放双手转而去操作其它设备，导致操作繁琐，极为不便，因而人们设计出了许多能解放双手的交互操作，例如语音识别或是震动传感，但语音识别需要在安静的环境下进行操作，在吵杂的环境下会明显降低识别率。同时，语音识别需要指定某些特定语句才能识别成功，意味着在日常生活环境中，如果正常聊天情况下收的话与桌子控制指令雷同，也会被桌子误识别到。最后，在安静环境下，或许旁人正在休息，此时在用语音控制方式可能会打扰到别人；因此，语音识别方案存在诸多不便。

2、而震动传感则需要与桌子硬连接，连接结构不可存在减震因素，否则在轻敲桌子时传感器容易感知不到，其次，由于桌腿与地面直接接触，当桌子旁有人走过或地面存在震动源的时候，也会通过桌腿被传感器捕捉到震动信号，导致误触发；需要定期校准才能保持精度，测量范围有限，并且对震动和冲击过于敏感，在桌面上存在其它震动源时容易发生误触。

3、在上述基础上，又出现了敲击控制的交互操作方式，现在市面上存在的敲击控制，是使用压力片进行敲击数据采样，当用户使用手指敲击传感器时，传感器受到压力变化，此时控制器可以读取此压力值，当压力值大于一定值则认为是一次有效敲击，这种操作方式受环境因素影响最小，但这种传感器需要装在桌板的表面，且传感器表面不能有任何的物体遮挡，影响使用的同时破坏了产品的整体性和美观性，而且压力传感器无法识别是否为使用者主动进行的敲击，无法分辨干扰，例如当一只笔掉落到压力传感器上时也有可能被误判为操作信号，从而导致误启动，再者压力传感器的成本与其面积有关，设置面积小时仍需要使用者敲击特定区域才能出发，而将桌面布满传感器会导致成本过高。

4、因而，我们需要一种升降桌的控制方法，在无需使用者在某一指定区域或某个指定位置，定向性的去操作某一实体，并且敲击音频采集的精度较高，受到环境因素的影响较小，不容易发生误触，还无需在桌板表面加装设备，不会破坏产品原本的外观设计，适用于大多数工作、生活场合，成本也相对较低。

技术实现思路

1、为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种升降桌的控制方法，改变传统的敲击控制交互的实现方式，使其能够分辨出有效的敲击音频与环境干扰音，提高敲击控制的精准度与抗干扰能力。

2、再进一步，本发明又提供了一种作用于上述升降桌的控制方法的敲击音频采集控制系统，通过将该敲击音频采集控制系统应用于升降桌上，当使用者需要控制桌面升降时，只需敲几下桌面，无需其余操作，简单方便，解放双手。

3、本发明的技术方案是这样实现的：

4、一种升降桌的控制方法，包括：

5、实时采集桌板敲击声对应产生的实时音频，将所述实时音频与静音环境下采样到的桌板被手指敲击的初始音频脉冲波形作比较，两者波峰幅度的差值大于第一预设判断阈值即判定为有效敲击行为，并设定实时音频对应的波峰脉冲为有效脉冲；

6、在该有效敲击行为下，结合敲击次数计算有效脉冲的时间间隔，当时间间隔在预设时间范围内时，根据敲击次数输出相应的控制使能信号。只有音频脉冲波峰符合的音频才会被判定为使用者主动进行的有效敲击，从而降低了环境因素的干扰。

7、作为优选，还包括去噪过程：在有环境噪音时，将采集到的实时音频进行低通滤波，得到低频的去噪音频的脉冲波形；

8、用实时音频的脉冲波形峰值减去去噪音频的脉冲波形的峰值，得到波峰差值绝对值；

9、当波峰差值绝对值大于第二预设判断阈值即判定为有效敲击行为。对采集到的实时音频进行降噪处理，进一步减小环境因素的影响。

10、作为优选，在每个预定时段完成一次采样周期，将周期内的采样数据进行存储，采样数据定义为s_raw；

11、将每个时段内的采样数据提取出最大值和最小值，分别为s_min和s_max，即s_min=min(s_raw)，s_max=max(s_raw)；

12、对于提取得出的s_min和s_max数据信号，将每个采样周期的信号连起来作为实时音频信号s1；对每次采样周期的数据进行低通滤波，得到低频的去噪音频信号s2；低通频率设置为f,低通计算周期即预定时段为t，t的单位为ms，s2 = lpf(s1, f, t)；由于低通特性会过滤掉高频信号，所以在发生敲击时，信号幅度急剧变化的信号量会被过滤掉，所以s1的波形振幅变化大于s2；

13、利用上述差异，计算s1和s2的差值的绝对值se，se = |s1 - s2|；

14、当se大于第二预设判断阈值的时候，认为该次敲击为一次有效敲击。

15、作为优选，当一次有效敲击发生时，记录此时的时间值，记为tn，tn单位为ms；两次有效敲击的时间差，记为te，te= tn-tn-1；当te的值在180ms至320ms之间时，认定为是手指正常敲击的周期，然后进行敲击计数，记为tx；te满足te>= 180 且te<= 320；

16、如果te大于320ms，则认为敲击未连续，清空tx，tx = 0；

17、当tx = 1时，桌板停止；当tx = 2时，桌子上升。当tx = 3时，桌子下降。当tx > 3时，无动作。

18、作为优选，在单个有效敲击行为下，对音频波形做判断时，如果收到连续的敲击声，且第二次的音频波形幅度值不在第一预设判断阈值内但大于第一次幅度值的75%，也认为是一次有效敲击。人体在痛觉神经的影响下，第二次敲击的力度普遍要小于第一次敲击的力度，因此即使没有在预设判断阈值内但大于前一次有效敲击的75%也可认定为一次有效敲击。

19、作为优选，对不同的测试者的操作记录及提取样本，测得人体习惯的敲击频率在3.75hz - 5.66hz之间，有效敲击间隔在176ms -266ms之间，对每次有效脉冲的产生时间进行统计，然后计算有效脉冲的时间间隔，当时间间隔在预设的时间内，认为是主动敲击的一次动作过程。在人体习惯敲击频率内的才为有效敲击，避免出现对与敲击音频脉冲接近环境音的误判。

20、作为优选，接收到两次有效敲击音频时，桌板进入上升状态，在上升到顶部后上升动作自动停止；

21、接收到三次有效敲击音频时，桌板进入下降状态，在下降到底部后下降动作自动停止。不同的敲击次数对应不同的动作，操作简单。

22、作为优选，当桌板处于上升状态或下降状态中时，在上升或下降的动作结束之前，若接收到单次有效敲击音频，则桌面立即停止上升或下降动作。单次敲击相应快速，可以在上升或下降到合适位置时立马停住。

23、一种敲击音频采集控制系统，包括，

24、音频采集模块，用于接收桌板敲击声并将所述敲击声转换成音频电信号；

25、信号放大器，连接所述音频采集模块的输出端，所述信号放大器对所述音频电信号进行放大；

26、处理模块，连接所述信号放大器的输出端，控制器根据有效敲击行为输出控制升降机构动作的使能信号；

27、升降机构，用于根据处理模块输出的使能信号作出相应的升降停动作。

28、作为优选，所述的音频采集模块集成安装于一帽状安装座内，音频采集模块通过安装座的敞口端进入安装座内部形成的空腔内，在通过端盖覆盖于敞口端上将敞口端封闭；

29、在端盖与桌板底面间设置隔垫，通过安装座连接部上的连接孔锁入螺丝将安装座固定于桌板底面；

30、将数据线接入安装座下端开有的插口。将音频采集模块固定于桌板底部，安装过程简单。

31、作为优选，音频采集模块为麦克风传感器，该麦克风传感器包括线路板与连接在其上的麦克风，安装座的空腔内壁凸设有凸筋，线路板上对应设有缺口，线路板沉入空腔内时，通过凸筋卡入缺口，使得所述线路板保持周向固定；麦克风外包裹有隔音件；所述空腔内壁设有用于阻隔外界杂音的隔音件。将麦克风位置固定，并且隔音件将外接杂音阻隔，使得麦克风只能接收到来自桌板的音频。

32、采用了上述技术方案的本发明的原理及有益效果是：

33、本发明提供了一种升降桌的控制方法，通过比较桌板敲击的音频脉冲波形来判定是否为主动的有效敲击，提高了判定精度，减小了环境因素带来的干扰，降低了误触的概率；不需要语音对话的方式控制桌子，仅需手指轻敲击即可，无需做大幅度动作，可免学习控制语句，使用场景更加便捷人性化；还具有成本低、使用寿命长的优势，仅需一个音频采集模块即mic头，即可配合现有的mcu进行数据的采集和分析，无需联网与用户设置。

34、本发明方案无任何机械触点，无机械结构与复杂安装方式，比如音频采集模块即mic头就像拧螺丝一样直接固定即可。

35、具体地说，是通过将实时音频与静音环境下采样到的桌板被手指敲击的初始音频脉冲波形作比较，两者波峰幅度的差值大于预设判断阈值即判定为有效敲击行为，并且结合敲击次数计算有效脉冲的时间间隔，当时间间隔在预设时间范围内时，根据敲击次数输出相应的控制使能信号，音频脉冲波峰不在预设判断阈值首先就会被排除，进而根据敲击次数决定接下来的反应动作，无需使用者在某一指定区域或某个指定位置，定向性的去操作某一实体，并且受到环境因素影响小，不容易发生误触，适用于大多数工作、生活场合。

36、再进一步说，本发明采用了物理去噪与算法去噪两种方式结合，抗干扰能力强，当存在环境噪音时，利用物理去噪方式保证敲击采集的精准度，而利用算法去噪则可以有效去除外界的音响声音、嘈杂声以及交谈等声音的干扰，保证敲击控制的准确性；也就是说即便有地面震动和环境杂音不会干扰正常的控制运行。