一种基于物联网的适合在嘈杂环境使用的休息椅的制作方法

本发明涉及降噪领域，特别是涉及一种基于物联网的适合在嘈杂环境使用的休息椅。

背景技术：

噪声是常见的环境污染，为了身心健康，人们对环境噪声的要求越来越高。例如，车站、机场、大型商场等人流较多的公众场所，旅客和顾客有休息的需求，为了给旅客和顾客更好的体验，这些场所大量布放按摩椅供他们疲惫时用于休息放松。然而，这些场所同时存在着大量的噪声，严重影响了使用按摩椅的用户的休息质量。因此，在嘈杂环境中提供具有降噪功能的休息椅，降低噪声对人的影响，具有重要的意义。

为在嘈杂环境中降噪，旅客和顾客可以使用主动降噪耳机。设计优良的主动降噪耳机有较好的降噪效果，但往往价格昂贵。大部分人并不会随身携带主动降噪耳机，即使带了，长时间使用也容易造成耳部不适。若是由按摩椅提供主动降噪耳机，则容易造成耳机损坏、丢失等问题，且与人耳密切接触的耳机由不同人使用，也容易带来卫生问题。在按摩椅上配置有源降噪头靠可以解决以上不足。头靠不与人耳接触，避免了佩戴不适和卫生问题，同时也能取得较好的降噪效果，从而为使用者提供更加舒适的降噪体验。

有源降噪头靠的技术早已被提出，学者b.rafaely和s.j.elliott提出了有源降噪头靠的概念[rafaelyb,elliottsj.h2/h∞activecontrolofsoundinaheadrest:designandimplementation[j].ieeetranscontrolsystemstechnology,1999,7(1):79-84.]，证实了可行性。专利cn201810463634.9公开了一种有源降噪头枕，部分解决了车辆、船舱中的噪声控制问题。但是，已提出的有源降噪头枕系统复杂，成本高昂，不适合一般消费者使用。如果使用物联网技术，采用共享使用的模式，便可以有效降低使用成本。

由以上可知，现在没有低成本的、为一般消费者在车站、机场、大型商场等公众场所提供降噪和休息服务的产品出现。一种基于物联网的适合在嘈杂环境使用的休息椅可以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于物联网的适合在嘈杂环境使用的休息椅，能够应用在车站、机场、大型商场等低频噪声较多的嘈杂场所，以头靠的形式提供降噪服务，为使用者提供舒适的休息体验，并且不影响使用者听到广播等其他可听声。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于物联网系统的适合在嘈杂环境使用的休息椅，包括：

休息椅主体、头靠主体、有源降噪系统和物联网系统；所述有源降噪系统包括误差传声器、次级声源和第一控制器；

所述头靠主体固定安装于所述休息椅主体的靠背上用户头部所在处，所述有源降噪系统固定安装于所述头靠主体上，所述物联网系统与所述有源降噪系统通讯连接，所述误差传声器、第一控制器和次级声源依次连接，所述误差传声器用于采集第一环境声信号，所述第一控制器用于根据所述第一环境声信号控制所述次级声源产生消声信号。

可选的，所述有源降噪系统还包括：参考传声器，所述参考传声器与所述控制器连接，用于采集第二环境声信号，所述第一控制器根据所述第一环境声信号和第二环境声声信号控制所述次级声源产生消声信号。

可选的，所述次级声源为两个，对称固定于所述头靠主体的左右两侧，用于针对用户的左耳和右耳分别产生消声信号。

可选的，所述头靠主体包括中间枕、第一侧枕和第二侧枕，所述第一侧枕和第二侧枕分别位于所述中间枕的左右两侧，所述第一侧枕、第二侧枕与所述中间枕之间的角度可以调节。

可选的，所述物联网系统包括物联网控制器、云服务器和移动终端，所述物联网控制器与所述第一控制器连接，所述物联网控制器、云服务器和移动终端依次通讯连接，用户通过操作移动终端控制所述次级声源产生消声信号。

可选的，所述消声信号的降噪档位可调。

可选的，所述物联网控制器包括mcu、坐垫检测电路和语音提醒器，所述坐垫检测电路和语音提醒器均与所述mcu连接。

可选的，所述物联网控制器还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块与所述mcu连接，用于与所述云服务器通讯。

可选的，所述物联网控制器还包括wifi模块，所述wifi模块与所述mcu连接，用于与所述云服务器通讯。

可选的，用户通过利用移动终端采用移动支付的方式控制所述次级声源产生消声信号。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的休息椅可应用在车站、机场、大型商场等低频噪声较多的嘈杂场所，以头靠的形式提供降噪服务，为使用者提供舒适的休息体验，并且不影响使用者听到广播等其他可听声；此外，该休息椅嵌入物联网技术，以共享模式分摊使用成本，且便于统一管理和维护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的休息椅整体结构图；

图2是本发明实施例的降噪头靠的结构图；

图3是本发明实施例的降噪效果实测图；

图4是本发明实施例的物联网系统框图；

图5是本发明实施例的多设备组网框图；

符号说明：

1-休息椅，2-降噪头靠，3-显示屏，4-坐垫检测电路，5-中间枕，6-第一侧枕，7-第二侧枕，8-参考传声器，9-第一误差传声器，10-第二误差传声器，11-第一次级声源，12-第二次级声源，13-控制器，14-物联网控制器，15-云服务器，16-移动终端。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明的目的是提供一种基于物联网的适合在嘈杂环境使用的休息椅，能够应用在车站、机场、大型商场等低频噪声较多的嘈杂场所，以头靠的形式提供降噪服务，为使用者提供舒适的休息体验，并且不影响使用者听到广播等其他可听声。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供的休息椅1为半包裹、半仰卧、带扶手的休息椅，休息椅1的椅骨架间设置有柔软的填充物，表面有皮革或柔软织物包裹，以保证舒适性。休息椅1优选为按摩椅，可提供部分或全身的按摩服务。降噪头靠2为半环绕式结构，包括头靠主体和有源降噪系统，安装在休息椅1的靠背的用户头部位置所在处。显示屏3安装在休息椅1的扶手处。坐垫检测电路4安装在休息椅1的坐垫下。物联网控制器的其他硬件部分均与有源降噪机构的控制器集成，并安装在头靠主体的中间枕5内。所有电路连线从休息椅1的内部穿过。此优选实例的休息椅采用可提供全身按摩服务的按摩椅。

如图2所示，降噪头靠包括头靠主体和有源降噪机构两部分。头靠主体的两个侧枕(第一侧枕6和第二侧枕7)在中间枕5的左右两侧对称安置，两个侧枕与使用者耳部无接触，避免长时间使用的不舒适性，也避免了不同人使用带来的卫生安全问题。中间枕5中部下凹，以固定人头。中间枕5和两个侧枕均有柔软填充物并且表面覆盖有皮革或柔软织物，两个侧枕表面开有扬声器安装孔。有源降噪机构共有左右两个单通道前馈有源控制系统，每个系统由参考传声器8、误差传声器、次级声源、控制器13组成，其中参考传声器8和控制器13由两个系统共用。参考传声器8位于头靠顶部，用户获取用户头部的第二环境声信号；第一误差传声器9和第二误差传声器10位于人双耳附近，用户获取用户双耳附近的第一环境声信号；第一次级声源9和第二次级声源10为扬声器，对称地嵌在头靠主体的第一侧枕6和第二侧枕7内，头靠主体中间枕5与第一侧枕6和第二侧枕7的角度α可以调节，以使得第一次级声源9和第二次级声源10对准人耳。参考传声器8安装在头靠顶部，第一误差传声器9和第二误差传声器10为外伸式，安装在人双耳附近，安装两者的支架没有画出，控制器13位于头靠主体中间枕5内，控制器13包含数字信号运算模块、ad/da模块等。所述控制器13使用所述参考传声器8产生的参考信号和两个误差传声器(9和10)产生的误差信号，使用前馈自适应算法产生消声信号传递给两个次级声源，所述次级声源发出与消声信号对应的声音，使所述误差传声器处的声压幅值平方最小。所述有源降噪机构主要降低频噪声，故不会影响使用者听到广播等可听声。优选地，所述有源降噪机构的所述数字信号运算模块采用dsp(digitalsignalprocessor，数字信号处理器)结合fpga(fieldprogrammablegatearray，现场可编程逻辑门阵列)，以提高控制器的运算速度及减少时延，提高降噪效果。图2中虚线代表连接线。

当仅启用第一误差传声器9和第二误差传声器10，控制器13采用反馈自适应控制算法计算出消声信号，驱动第一次级声源11和第二次级声源12发出对应的声音，使得第一误差传声器9和第二误差传声器10处的声压幅值的平方最小。

当同时启用参考传声器8、第一误差传声器9、第二误差传声器10时，控制器13采用目前教科书上都有详细论述的前馈自适应控制算法，使用参考传声器8产生的参考信号和第一误差传声器9、第二误差传声器10产生的误差信号，计算出消声信号驱动第一次级声源11和第二次级声源12发出对应的声音，使得第一误差传声器9和第二误差传声器10处的声压幅值的平方最小。

再使用之前，首先需要调节第一误差传声器9、第二误差传声器10的位置。先记录环境噪声时域信号，进行fft分析，确定需要降噪的最大频率fm，由于能够产生的10db静区半径为0.1倍声波波长(josephp.,elliotts.j.,nelsonp.a..nearfieldzonesofquiet.1994,172(5):605-627.)，所以第一误差传声器9和第二误差传声器10与人耳的距离不应大于0.1·c0/fm，其中c0为空气声速。使用一个大功率音箱作为噪声源，测试信号使用生成的20hz-400hz频段内的白噪声，在一般室内测试，有源降噪机构打开和关闭的情形下，测得第一误差传声器9和第二误差传声器10处声压的频谱如图3所示，在工作频带内取得了超过15db的降噪量。

在本优选实例中，第一次级声源11和第二次级声源12还可以在消声信号的基础上叠加音乐节目，进一步让使用者放松身心。

如图4所示，本发明休息椅的物联网系统包括物联网控制器14、云服务器15和移动终端16。物联网控制器14包括mcu和分别与mcu连接的显示屏、坐垫检测电路、语音提醒器、蓝牙模块和wifi模块。所述显示屏安装在休息椅的扶手处，显示休息椅的工作状态和提示信息。坐垫检测电路安装在休息椅的坐垫下。其余物联网控制器14的硬件与有源降噪机构的控制器集成在一起，安装在头靠主体的中间枕内。降噪头靠的有源降噪系统与物联网系统的mcu连接，mcu根据云服务器程序下发的指令控制有源降噪系统的工作状态。具体的，本发明休息椅中的有源降噪系统可以针对不同的环境，自动或者手动选择不同的降噪档位。自动选择时，由有源降噪系统的控制器自动调节降噪档位；手动选择时，由使用者通过移动终端程序下发指令，指令传输至mcu，进而调节降噪档位。云服务器15包含主控制程序、mysql数据库和可视化程序。移动终端16包含管理端程序和客户端程序。显示屏显示休息椅的工作状态和提示信息，坐垫检测电路和语音提醒器可在使用者坐下时语音引导其使用服务。

mcu运行rtos(实时操作系统)。设备运行数据经sha256加密后，由wi-fi模块通过tcp方式发送到云服务器15；亦可通过蓝牙模块，借助移动终端16将加密后的数据传送到云服务器15。云服务器15将所接收到的设备数据进行解密处理后，存入云服务器15中的mysql数据库。

云服务器15的主控制程序根据移动终端16的指令，以及mysql数据库中的运行数据，经综合判断后下发远程设备操纵指令，操纵指令经过sha256加密处理后以同样的方式返回所部属的设备，调节设备降噪功能、按摩功能的启停，及其运行状态。设备内置的自检程序可将硬件故障或异常离线信息上报云服务器15，云服务器15会存储并向移动终端16的管理端程序推送该消息，提醒管理员及时处理。

用户采用移动支付的方式，通过所述移动终端16的客户端程序使用设备，客户端程序为计时计费使用。客户端产生的异常上报数据会直接推送给移动终端16的的管理端程序，由管理员现场查看并确认异常后，计入云服务器15的数据库。

如图5所示，每座休息椅都有一个独立的物联网系统，多座休息椅通过各自的wifi模块与云服务器15连接。连接到云服务器15的多台设备可以根据其部署的方式或位置的不同，被划分为多个设备组，所述云服务器15既可以对单台设备进行操作，也可以对整个设备组进行统一操作。管理员需要与设备组相绑定后，方可对该组群中的设备进行管理操作。休息椅与云服务器15通过wifi模块及广域网通信连接，进而与移动终端通过广域网通信连接；休息椅亦可以与移动终端16通过蓝牙模块通信连接。云服务器15依托于mysql数据库中存储的设备运行数据，可利用开源框架echarts在所述管理端程序中，给设备运维人员提供可视化的数据分析，包括某一既定设备组的平均使用率、平均无故障时间、平均能耗、分时段上座率等，以及每一台设备的具体运行数据、实时降噪效果曲线等，这有助于对设备的智能投放。

本发明的有益效果是：(1)本发明可以在车站、机场、大型商场等低频噪声较多的场所为使用者提供降噪服务，以头靠的形式避免了降噪耳机久戴不适的缺点，让使用者休息地更加舒适，并且不影响使用者听到广播等其他可听声。(2)本发明结合物联网系统，方便对多台设备的组网管理，降低了维护成本，且可以采集设备数据进行分析实现智能投放。(3)本发明采用共享使用的方式，降低了使用者的使用成本。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。