本发明涉及一种基于超声波的签到系统设计。
背景技术：
声波技术近年来发展迅速，在视频监控，距离测量，室内定位和身份识别等多个领域有着重要的应用。通常，在声波技术的应用场景中，发声端要求仪器有能力严格按照特定的规律发出声波，接收端要求仪器有能力接收到高信噪比的声波信号。例如声波签到系统，则需要接收端对高信噪比的声波信号进行特征分析，从而达到识别身份的目的。在大多数情况下，为了不对应用场景中的人群产生听觉上的影响，通常需要声波具有声音小，凝聚力强等特征。超声波很大程度上满足了上述要求。
超声波签到系统是一个计算机应用程序，就是利用能够发出或接收超声波的手机端或电脑端硬件，结合能够对超声波进行处理和特征分析的手机端或电脑端软件来完成对独立个体进行身份确认和识别的目的。它可以代替传统的手动签到系统，可以同时对多个个体进行声波接收和识别，从而具有更加高效快捷的优势。同时由于超声波具有人耳不可识别的特性，它可以取代人耳可识别频段的声波签到系统，尤其是对于需要保持安静的环境，超声波签到系统可以在人耳不可识别的频段进行信息传输，身份认证，从而无声无息的完成签到行为。
超声波同样具备一些缺陷，其中对本系统影响最大的缺陷是：超声波的传输存在距离上的限制，通常只能在十米到十五米范围内保证信息的不丢失，为了应对该问题，本系统设计了多跳技术，以每一个用户为节点，进行超声波信息的接收和传递，以达到最终将所有签到信息基本无损传递到终端系统。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于超声波的签到系统，以解决传统签到手段（如手动签到）需串行进行的低效率问题，以及传统声波签到手段所存在的声波可听闻，会产生噪音的问题。该超声波签到系统将允许签到人员同时进行超声波签到，大大提高了签到效率，同时由于超声波是处于人耳不可听闻的频段，将不会产生任何噪音，不会对签到所处环境中的人员产生声音上的影响。
本发明提供了一种基于超声波的签到系统。该系统通过对每个客户端所发送的超声波频段和编码信息的分析，将实现对每个客户端身份的识别，并在系统中对其进行标注，最终将会向签到监测者返回所有人员签到信息，并对每个客户端返回签到成功或失败信息。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的方法的具体实现如下：
1、设计服务端分配超声波频段及编码功能，以实现对每个客户端识别信息的分配。
服务端首先将要求使用者输入需签到人员的总名单，在接收到名单信息后，服务端将建立“id-频段对应表”——服务端将为名单上的每一个人分配一个唯一标识的id，同时将对每一个id分配一个超声波频段，每一个id的超声波频段互无交集。分配完毕后，每个超声波频段信息将被发送给其对应id的客户端。
2、设计客户端超声波发送功能，实现对固定超声波频率的发送。
客户端在接收到服务端所分配的超声波频段后，客户端程序将自动调配声波参数为所分配超声波频率，该频率为（所分配频段最高频率 所分配频段最低频率）/2，调配完成后提示使用者可以开始签到，使用者点击签到按钮后，客户端设备将开始发送超声波。
3、设计客户端超声波接收功能，实现对超声波的信息多跳处理。
客户端在点击签到按钮后，会在发送超声波的同时，开启麦克风，对超声波进行接收并分析。分析方法主要是对所接收到的声音数据进行傅里叶变换，在频域图像上对信号强度明显高于白噪声的超声波频率数值进行提取，整合为固定数据格式传输给服务端。
4、设计服务端超声波接收功能，实现对超声波信息的接收和处理，以实现对服务端麦克风可接收超声波频率范围内的签到人员进行身份识别和签到。
服务端在传输完客户端的超声波频段后，将会提示使用者开始签到，使用者点击开始签到后，会给出十秒时限，并打开麦克风开启超声波接收功能。在时限内，服务端将持续开启该功能，对超声波进行接收和分析。分析方法主要是对所接收到的声音数据进行傅里叶变换，在频域图像上对信号强度明显高于白噪声的超声波频率数值进行提取，并将提取到的数值与“id-频段对应表”相匹配，并对匹配到的频段所对应的id进行标注。通过该功能，可以对服务端麦克风可接收超声波频率范围内的签到人员进行身份识别和签到。
5、设计服务端固定数据格式分析功能，实现对服务端麦克风可接收超声波频率范围外的签到人员进行身份识别和签到。
服务端将在签到时限内，同时对客户端设备所传输的固定格式数据进行接收和分析，将客户端传输的超声波频率信息进行记录和比对分析，将重复的超声波频率信息进行剔除，最终将未重复的超声波频率信息与服务端“id-频段对应表”相匹配，对匹配到的频段所对应的id进行标注，已经标注过的id将不再进行标注。
本发明的优点是，与传统签到手段（如手动签到）相比，本系统采用并行处理方式，可以同时对多人进行签到，相比串行签到方式有更高的效率，可以节省大量时间。
本发明的另一个优点是，与基于gps的签到手段相比，本系统不会出现gps签到手段会出现的室内定位漂移现象，定位更加精准。
本发明的另一个优点是，本系统采用超声波作为信息传输的方式之一，超声波为人耳不可识别频段的声波，因此本系统相对于传统声波签到系统，更加的安静无声，有利于在不影响正常事务的情况下进行签到操作。
本发明的另一个优点是，本系统采用多跳技术，克服了超声波传输距离短的缺点，可以允许更广阔的环境下进行大量人群签到。
本发明的另一个优点是，超声波频段为现场分配发布，并且超声波距离有限，不能远距离进行签到，也很难进行模仿，因此确保了签到人员就在现场，无法找人代替签到或者远程签到。
附图说明
图1超声波签到服务端与客户端运行过程。
图2设备通讯原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施作如下详述：
在图1中，展示了超声波签到系统的具体实施流程。首先由签到监管人员操作超声波签到服务端，将待签到人员名单录入（或从数据库读取）。超声波签到服务端将会根据名单，为每一个id进行超声波频段分配，每个id将分配到一个随机且独有的超声波频段。
分配完毕后超声波服务端将以广播的形式，通过网络发布频段信息。
超声波客户端在接收到服务端频段信息后，将检索自己的id,从而获得自己的超声波频段。成功检索后将以自己的超声波频段开始超声波发送功能，并且开启超声波接收功能。
每一个超声波客户端将同时对所有接收到的超声波频段进行记录，并在一段时间后（一般设置为十秒），将接收到的所有超声波频段记录表发送给超声波服务端。
超声波服务端将开启超声波接收功能，同时对超声波频段记录表进行接收和分析，将对已接收到的超声波频段对应id进行人员已到场标记操作，实现到场人员签到功能，并反馈签到信息给签到监管人员。
在图2中，由于空间所限，列举了一个超声波服务端和两个超声波客户端，实际应用中超声波服务端和客户端可以有无数个。超声波的通讯距离以圆圈的方式体现在图中。当开始签到时，超声波的发送和接收将会在各自通讯范围内发送给可以发送的所有对象，最左端超声波客户端可以通过中间的超声波客户端进行多跳，将信息传递给超声波服务端，即便最左端超声波客户端通讯距离在超声波服务端通讯距离之外。通过以上原理，可以实现超声波设备多跳签到。
具体实施效果：（1）解决了超声波通讯距离过短从而无法进行签到操作的缺陷；（2）整个签到过程使用超声波，人耳无法捕捉，因此具备良好的静音效果；（3）通讯方式简单，通讯协议易于理解，方便开发人员二次开发。（4）通讯流程简便，设备耗能低，效率高，签到时间短，方便易用。（5）无法远距离签到，防止签到者远程伪装成在场人员。（6）超声波频段现场随机发布，签到者无法找人代替签到。（6）不会出现室内定位漂移现象，定位更加精准。
1.一种基于超声波的签到系统，其特征在于：它由一个或一个以上具因特网通讯功能、0赫兹到100000赫兹发声功能、声音接收功能、声音存储功能、蓝牙数据接收和传输功能、wifi数据接收和传输功能、zigbee数据接收和传输功能、文字处理功能、通过220伏及110伏电压通电功能、通过usb2.0和usb3.0进行数据交互功能、和基于cpu及gpu运算功能的基于电路板的硬件构成，如手机或智能手机等。
2.根据权利要求1所述的超声波签到系统，其特征在于：它包含有一个或多个基于电路板的硬件，如手机或智能手机，具备接收使用者输入数据功能，并根据使用者输入的数据进行运算和处理，从而通过wifi、蓝牙、zigbee、因特网的方式对运算处理结果进行数据发送功能。
3.根据权利要求1所述的超声波签到系统，其特征在于：它包含一个或多个基于电路板的硬件，如手机或智能手机，具备通过wifi、蓝牙、zigbee、因特网及其他数据接收和传输形式进行数据接收和传输功能，并能够根据接收到的数据进行处理，并控制硬件运行。
4.根据权利要求1、2所述的超声波签到系统，其特征在于：它具备能控制音响、音箱、喇叭、电喇叭、耳机、扬声器及其它硬件进行0赫兹到100000赫兹发声的功能，并具备能控制麦克风、话筒、收音器及其它硬件接收0赫兹到100000赫兹声音并以cd、wave、aiff、mpeg、mp3、mpeg-4、midi、wma、realaudio、vqf、oggvorbis、amr、ape、flac、aac及其他音频存储方式存储音频的功能。
5.根据权利要求1、3所述的超声波签到系统，其特征在于：它具备能控制音响、音箱、喇叭、电喇叭、耳机、扬声器及其它硬件进行0赫兹到100000赫兹发声的功能，并具备能控制麦克风、话筒、收音器及其它硬件接收0赫兹到100000赫兹声音并以cd、wave、aiff、mpeg、mp3、mpeg-4、midi、wma、realaudio、vqf、oggvorbis、amr、ape、flac、aac及其他音频存储方式存储音频的功能。
6.根据权利要求4所述的超声波签到系统，其特征在于：它具备对cd、wave、aiff、mpeg、mp3、mpeg-4、midi、wma、realaudio、vqf、oggvorbis、amr、ape、flac、aac及其他格式的音频进行音频数据读取，并进行傅里叶变换的功能，能够获得傅里叶变换的结果，并具备进行基于cpu及gpu的运算的功能。
7.根据权利要求5所述的超声波签到系统，其特征在于：它具备对cd、wave、aiff、mpeg、mp3、mpeg-4、midi、wma、realaudio、vqf、oggvorbis、amr、ape、flac、aac及其他格式的音频进行音频数据读取，并进行傅里叶变换的功能，能够获得傅里叶变换的结果，并具备进行基于cpu及gpu的运算的功能。
8.根据权利要求6或7所述的超声波签到系统，其特征在于：它包含数据处理模块，能够根据分析出的0赫兹到100000赫兹的声波信息，进行人员id和声波信息匹配功能，能够对匹配结果进行记录，并通过wifi、蓝牙、zigbee、因特网及其他数据接收和传输形式对匹配结果进行接收和传输。
9.根据权利要求6、7、8所述的超声波签到系统，其特征在于：它能够以图像、语音、规律的震动或振动及其他信息传递方式将信息传递给使用者，能够以键盘输入、语音输入、震动或振动输入及其他信息接收方式从使用者处接收信息。
技术总结