本發(fā)明涉及智能控制領(lǐng)域,具體涉及一種手持智能設(shè)備及其控制系統(tǒng)。
背景技術(shù):
智能手持麥克風(fēng)一般有自動(dòng)靜音控制、模式切換以及功耗控制等智能控制功能,目前市面上實(shí)現(xiàn)這些智能控制功能主要采用以下三種技術(shù)方案:
一、增加控制按鍵。
其原理是利用按鍵進(jìn)行模式的切換,需要在軟件上增加切換控制的接口函數(shù)及其實(shí)現(xiàn)方法,此方式僅僅是增加了切換功能,還需要人工進(jìn)行操作才能實(shí)現(xiàn)真正的控制,因此該技術(shù)方案屬于半自動(dòng)化控制。
二、利用姿態(tài)變化進(jìn)行自動(dòng)控制。
其原理是利用數(shù)字陀螺儀或地磁感應(yīng)等姿態(tài)傳感器識(shí)別手持麥克風(fēng)的姿態(tài)變化,根據(jù)不同的姿態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的處理,此方案的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了真正的智能自動(dòng)控制,但仍然存在以下缺點(diǎn):1、由于數(shù)字陀螺儀等芯片的自身功耗大,對(duì)于采用電池供電的手持麥克風(fēng)等便攜產(chǎn)品來(lái)說(shuō)無(wú)疑是增加了較大的功耗負(fù)擔(dān),不夠節(jié)能,從而造成電池電量的過(guò)快耗光;2、由于姿態(tài)檢測(cè)的靈敏度與算法的復(fù)雜度成正比,軟件算法過(guò)于簡(jiǎn)單則會(huì)造成姿態(tài)檢測(cè)的靈敏度及準(zhǔn)確度均較差,從而引起誤控制。目前市面上大部分智能手持麥克風(fēng)的軟件算法過(guò)于簡(jiǎn)單,姿態(tài)檢測(cè)靈敏度及準(zhǔn)確度均較差。
三、利用數(shù)字陀螺儀檢測(cè)角速度變化量。
該方案中智能手持麥克風(fēng)的硬件基于數(shù)字陀螺儀芯片,其原理是手持麥克風(fēng)在姿態(tài)變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生角速度變化,利用這種角速度的變化量來(lái)進(jìn)行姿態(tài)判斷從而進(jìn)行相應(yīng)的控制處理,此方案的優(yōu)點(diǎn)是利用角速度變化的高靈敏度,在一定程度上保證了姿態(tài)檢測(cè)的靈敏度及準(zhǔn)確度,但是仍然同第二種技術(shù)方案一樣存在功耗過(guò)大的缺陷。同時(shí),由于目前市面上的各種陀螺儀芯片價(jià)格昂貴,應(yīng)用在手持麥克風(fēng)這種消費(fèi)類產(chǎn)品上無(wú)疑會(huì)大大增加產(chǎn)品的成本,從而降低產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
綜上所述,現(xiàn)有的實(shí)現(xiàn)智能手持麥克風(fēng)智能控制功能的方法存在以下缺點(diǎn):
(1)硬件功耗較大;
(2)硬件成本較高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是智能手持麥克風(fēng)智能控制功能的實(shí)現(xiàn)方法存在硬件功耗較大和成本較高的問(wèn)題。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種手持智能設(shè)備的控制系統(tǒng),包括三軸加速度傳感器以及單片機(jī),所述單片機(jī)周期采樣所述三軸加速度傳感器各軸的加速度值;根據(jù)采樣得到的所述三軸加速度傳感器各軸的加速度值確定所述手持智能設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài),并發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)到所述手持智能設(shè)備,所述手持智能設(shè)備根據(jù)接收到的控制信號(hào)進(jìn)入相應(yīng)的工作模式。
在上述技術(shù)方案中,所述單片機(jī)根據(jù)采樣得到的所述三軸加速度傳感器任一軸的加速度值的交流量超過(guò)預(yù)設(shè)閾值,確定所述手持智能設(shè)備為手持狀態(tài);否則,確定所述手持智能設(shè)備為靜止擱置狀態(tài)。
在上述技術(shù)方案中,所述三軸加速度傳感器每一個(gè)軸的加速度值的交流量為直流量與平均值的差值,該軸加速度值的直流量為該軸實(shí)際產(chǎn)生的加速度值,該軸加速度值的平均值為連續(xù)采集到的多個(gè)加速度值的平均值。
在上述技術(shù)方案中,所述單片機(jī)根據(jù)采樣得到的所述三軸加速度傳感器每一軸的加速度值的直流量,得到所述三軸加速度傳感器整體受到的重力加速度值;當(dāng)所述重力加速度值小于預(yù)設(shè)閾值時(shí),確定所述手持智能設(shè)備為跌落狀態(tài)。
在上述技術(shù)方案中,所述單片機(jī)根據(jù)采樣值的連續(xù)次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)次數(shù),對(duì)所述手持智能設(shè)備的跌落狀態(tài)進(jìn)行判定。
在上述技術(shù)方案中,所述單片機(jī)根據(jù)所述手持智能設(shè)備的手持狀態(tài),打開(kāi)無(wú)線信號(hào)輸出、音頻輸出以及無(wú)線導(dǎo)頻信號(hào),切換至與接收機(jī)相同的id碼,并啟動(dòng)正常的輸出功率,控制所述手持智能終端進(jìn)入正常工作模式。
在上述技術(shù)方案中,所述單片機(jī)根據(jù)所述手持智能設(shè)備的靜止擱置狀態(tài)發(fā)出待機(jī)信號(hào),所述手持智能設(shè)備進(jìn)入待機(jī)處理狀態(tài),所述單片機(jī)根據(jù)監(jiān)測(cè)到的所述手持智能設(shè)備的靜止擱置狀態(tài)達(dá)到待機(jī)第一階段時(shí)長(zhǎng),向所述手持智能設(shè)備發(fā)送待機(jī)第一階段處理信號(hào),所述手持智能設(shè)備根據(jù)接收到的待機(jī)第一階段處理信號(hào)關(guān)閉導(dǎo)頻信號(hào)和音頻以及偏移控制系統(tǒng)中發(fā)射芯片的id碼;所述單片機(jī)根據(jù)監(jiān)測(cè)到的所述手持智能設(shè)備的靜止擱置狀態(tài)達(dá)到待機(jī)第二階段時(shí)長(zhǎng),向所述手持智能設(shè)備發(fā)送關(guān)機(jī)信號(hào),所述手持智能設(shè)備進(jìn)入關(guān)機(jī)模式。
在上述技術(shù)方案中,所述單片機(jī)根據(jù)所述手持智能設(shè)備的跌落狀態(tài),迅速關(guān)閉導(dǎo)頻信號(hào)和音頻以及偏移控制系統(tǒng)中發(fā)射芯片的id碼。
本發(fā)明還提供了一種手持智能終端,包括上述的控制系統(tǒng)。
在上述技術(shù)方案中,所述手持智能設(shè)備為智能手持麥克風(fēng)。
本發(fā)明采用低成本、低功耗的三軸加速度傳感器和單片機(jī),三軸加速度傳感器實(shí)時(shí)將各軸的加速度值發(fā)送至單片機(jī),單片機(jī)根據(jù)接收到的各軸的加速度值確定手持智能設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài),并發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)到手持智能設(shè)備,手持智能設(shè)備根據(jù)接收到的控制信號(hào)進(jìn)入相應(yīng)的工作模式,不僅檢測(cè)靈敏度較高,而且硬件成本以及功耗均大大降低。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明中手持智能設(shè)備的控制系統(tǒng)硬件部分的電路圖;
圖2為本發(fā)明中振動(dòng)速度/時(shí)間波形圖;
圖3為本發(fā)明中手持智能設(shè)備的手持狀態(tài)和靜止擱置狀態(tài)的檢測(cè)方法的流程圖;
圖4為本發(fā)明中單片機(jī)的智能控制處理流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合說(shuō)明書附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做出詳細(xì)的說(shuō)明。
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種手持智能設(shè)備及其控制系統(tǒng),其中,手持智能設(shè)備的控制系統(tǒng)硬件部分的電路圖如圖1所示,包括三軸加速度傳感器1以及單片機(jī)2,單片機(jī)2周期采樣三軸加速度傳感器1各軸的加速度值;根據(jù)采樣得到的三軸加速度傳感器1各軸的加速度值確定手持智能設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài),并控制手持智能設(shè)備進(jìn)入相應(yīng)的工作模式。
通用的三軸加速度傳感器1一般具備spi接口(serialperipheralinterface,串行外設(shè)接口)以及i2c接口(inter-integratedcircuit,i2c總線接口),應(yīng)用時(shí)擇一即可,本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選地采用i2c接口實(shí)現(xiàn)三軸加速度傳感器1與單片機(jī)2數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)通信。
由于三軸加速度傳感器1的sda(串行數(shù)據(jù)線)和scl(串行時(shí)鐘線)均為雙向i/o線和開(kāi)漏輸出,必需通過(guò)上拉電阻接電源vcc,因此,圖1中采用兩個(gè)阻值為10k歐姆的第一上拉電阻r1和第二上拉電阻r2。
本發(fā)明實(shí)施例提供的手持智能設(shè)備的控制系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)如下:
本發(fā)明實(shí)施例的控制系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)為利用低成本、低功耗的三軸加速度傳感器1和單片機(jī)2設(shè)計(jì)出一個(gè)超高靈敏度振動(dòng)傳感器,該超高靈敏度振動(dòng)傳感器用于檢測(cè)和識(shí)別手持智能設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài),如手持狀態(tài)、靜止擱置狀態(tài)或跌落狀態(tài),并控制手持智能設(shè)備進(jìn)入相應(yīng)的工作模式。
振動(dòng)的實(shí)質(zhì)為物體發(fā)生動(dòng)蕩,表現(xiàn)為物體在一定空間范圍內(nèi)產(chǎn)生位移的來(lái)回變化,這個(gè)過(guò)程同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生物體的速度變化,因此可以將振動(dòng)過(guò)程分解成一個(gè)個(gè)很小的時(shí)間段,當(dāng)時(shí)間段足夠小時(shí),每個(gè)小時(shí)間段里物體可以近似為勻加速或者勻減速運(yùn)動(dòng),如圖2所示,設(shè)物體在某一小時(shí)間段的開(kāi)始時(shí)刻t0速度值為v0,小時(shí)間段結(jié)束時(shí)刻t1速度值為v1,則這個(gè)t1—t0這個(gè)小時(shí)間段內(nèi)的加速度a表示為:a=(v1-v0)/(t1-t0)。
由上述加速度a的公式可知,物體在某一個(gè)小時(shí)間段內(nèi)的速度變化率越大,則加速度值越大,物體振動(dòng)越強(qiáng)烈,在各小時(shí)間段,表現(xiàn)為速度變化率越大,采樣到的加速度值也越大。
將本發(fā)明實(shí)施例中的超高靈敏度振動(dòng)傳感器的加速度值的采樣周期設(shè)為t,此周期t可認(rèn)為是上述的每一小時(shí)間段,通過(guò)i2c接口周期性讀取到的三軸加速度傳感器1的x/y/z三軸的加速度值分別設(shè)為gxdc、gydc、gzdc。由于gxdc、gydc、gzdc為加速度的絕對(duì)值,相當(dāng)于直流量,加速度值會(huì)隨三軸加速度傳感器1的方向變化而變化,為便于計(jì)算統(tǒng)計(jì),本發(fā)明實(shí)施例將該直流量轉(zhuǎn)化為交流量,具體做法為:
周期性對(duì)連續(xù)n個(gè)采集點(diǎn)的加速度值進(jìn)行累加平均,設(shè)此平均值分別為gxave、gyave、gzave,則該直流量與該平均值的差值即為交流量,采用以下公式可計(jì)算得出各軸的加速度值的交流量,設(shè)為gxac、gyac、gzac:
gxac=|gxdc-gxave|
gyac=|gydc-gyave|
gzac=|gzdc-gzave|
利用各軸的加速度值的交流量gxac、gyac、gzac即可判斷振動(dòng)強(qiáng)度大小,各軸的加速度值的交流量越大,則振動(dòng)強(qiáng)度或劇烈程度越大。
根據(jù)實(shí)際控制系統(tǒng)為各軸的加速度值的交流量預(yù)先設(shè)置相同的閾值,當(dāng)任一軸的加速度值的交流量超過(guò)此預(yù)設(shè)閾值時(shí),即可確定該手持智能設(shè)備為手持狀態(tài),否則確定該手持智能設(shè)備為靜止擱置狀態(tài),具體實(shí)現(xiàn)代碼如下:
如圖3所示,手持智能設(shè)備的手持狀態(tài)和靜止擱置狀態(tài)的檢測(cè)方法具體包括以下步驟:
s10、初始化i2c接口。
s11、初始化三軸加速度傳感器。
s12、單片機(jī)周期采樣三軸加速度傳感器各軸的加速度值。
s13、單片機(jī)統(tǒng)計(jì)計(jì)算三軸加速度傳感器各軸的加速度值的交流量。
s14、判斷任一軸的加速度值的交流量是否超過(guò)預(yù)設(shè)閾值,若是,則轉(zhuǎn)s15;否則,轉(zhuǎn)s16。
s15、確定手持智能設(shè)備為手持狀態(tài),轉(zhuǎn)s12。
s16、確定手持智能設(shè)備為靜止擱置狀態(tài),轉(zhuǎn)s12。
通過(guò)大量及長(zhǎng)時(shí)間實(shí)際測(cè)試,本發(fā)明實(shí)施例所采用的振動(dòng)檢測(cè)方法能夠檢測(cè)到人手極其輕微的抖動(dòng)狀態(tài)。
本發(fā)明實(shí)施例的手持智能設(shè)備的跌落狀態(tài)檢測(cè)原理為:
本發(fā)明實(shí)施例利用三軸加速度傳感器1能夠很方便檢測(cè)到手持智能設(shè)備的跌落狀態(tài),三軸加速度傳感器1在靜止或者勻速狀態(tài)時(shí)受到1個(gè)重力加速度,輸出的x、y和z軸加速度值合成的空間向量模值為9.8m/s2的數(shù)據(jù)。
設(shè)三軸加速度傳感器1的x、y和z三軸的加速度值的直流量分別為gxdc、gydc、gzdc,當(dāng)三軸加速度傳感器1在靜止或者勻速狀態(tài)時(shí),整體受到1個(gè)重力加速度,即
當(dāng)三軸加速度傳感器1處于自由落體或者跌落狀態(tài)時(shí),整體受到的重力加速度g的值接近0,即
下面以手持智能設(shè)備為智能手持麥克風(fēng)為例,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明,如圖4所示,具體為:
當(dāng)智能手持麥克風(fēng)在手持狀態(tài)時(shí),用戶握住麥克風(fēng)可以隨意說(shuō)話或者唱歌,單片機(jī)根據(jù)手持麥克風(fēng)的手持狀態(tài),打開(kāi)無(wú)線信號(hào)輸出、音頻輸出以及無(wú)線導(dǎo)頻信號(hào),切換至與手持麥克風(fēng)接收機(jī)相同的id碼,并啟動(dòng)正常的輸出功率,控制手持麥克風(fēng)進(jìn)入正常工作模式。
當(dāng)手持麥克風(fēng)在靜止擱置狀態(tài)時(shí),手持麥克風(fēng)沒(méi)有被用戶手持,不在用戶的使用狀態(tài),此時(shí)單片機(jī)控制手持麥克風(fēng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài),為了防止控制系統(tǒng)的誤操作以及短時(shí)間內(nèi)用戶拿起麥克風(fēng)重新使用的情況,單片機(jī)2需要監(jiān)控手持麥克風(fēng)靜止擱置的時(shí)長(zhǎng)。
當(dāng)手持麥克風(fēng)被連續(xù)靜止擱置一段時(shí)間后,單片機(jī)2監(jiān)測(cè)到手持麥克風(fēng)的靜止擱置狀態(tài)達(dá)到待機(jī)第一階段時(shí)長(zhǎng),向手持麥克風(fēng)發(fā)送待機(jī)第一階段處理信號(hào),手持麥克風(fēng)根據(jù)接收到的待機(jī)第一階段處理信號(hào)關(guān)閉導(dǎo)頻信號(hào)和音頻以及偏移控制系統(tǒng)中發(fā)射芯片的id碼,包括關(guān)閉導(dǎo)頻信號(hào)、偏移發(fā)射的id碼、關(guān)閉音頻、從而降低發(fā)射功率,節(jié)省電源等等,同時(shí)也防止了接收機(jī)接收到無(wú)用的音頻信號(hào)造成后級(jí)硬件系統(tǒng)的影響或者用戶的不適。
在待機(jī)第一階段處理后,如果單片機(jī)2監(jiān)控到手持麥克風(fēng)繼續(xù)被擱置一段比較長(zhǎng)的時(shí)間,則表明用戶已經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有使用手持麥克風(fēng),當(dāng)手持麥克風(fēng)的擱置時(shí)間達(dá)到待機(jī)第二階段時(shí)長(zhǎng)后,單片機(jī)2處理程序可以進(jìn)入第二階段處理,單片機(jī)2控制手持麥克風(fēng)進(jìn)入關(guān)機(jī)模式,從而此時(shí)單片機(jī)可以關(guān)閉整個(gè)控制系統(tǒng)的電源,一方面可以達(dá)到節(jié)電環(huán)保的效果,其次也可以避免用戶不使用手持麥克風(fēng)后忘記關(guān)閉電源造成電池電量的耗損。
當(dāng)手持麥克風(fēng)在跌落狀態(tài)時(shí):通常是用戶沒(méi)握緊手持麥克風(fēng)或者其它原因?qū)е率殖蛀溈孙L(fēng)脫離人手跌落,當(dāng)?shù)錉顟B(tài)出現(xiàn)后,單片機(jī)2迅速發(fā)出關(guān)閉信號(hào),手持麥克風(fēng)根據(jù)接收到的關(guān)閉信號(hào)迅速關(guān)閉導(dǎo)頻信號(hào)、偏移控制系統(tǒng)中發(fā)射芯片的id碼以及關(guān)閉音頻等等,從而避免麥克風(fēng)撞擊地面等阻攔物時(shí)發(fā)出的強(qiáng)大碰撞聲,減少對(duì)后級(jí)聲音放大系統(tǒng)的影響,同時(shí)也防止了突發(fā)碰撞聲引起的用戶體驗(yàn)不適。
本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種手持智能設(shè)備,包括上述控制系統(tǒng)。
本發(fā)明實(shí)施例具有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)以振動(dòng)及失重檢測(cè)為控制依據(jù)。
本發(fā)明實(shí)施例預(yù)先設(shè)定手持智能設(shè)備在使用過(guò)程中具有以下三種狀態(tài):
一、手持狀態(tài),從生理角度來(lái)看,人手總會(huì)存在抖動(dòng)性,在手持物品時(shí)更為明顯,這種生理性手抖動(dòng)的幅度小且無(wú)規(guī)律,一般震動(dòng)頻率在1khz以內(nèi),因此,本方案設(shè)計(jì)出一種超高靈敏度振動(dòng)傳感器來(lái)捕獲這種生理性手抖動(dòng),當(dāng)人手緊握麥克風(fēng)時(shí),若振動(dòng)傳感器檢測(cè)到的振動(dòng)強(qiáng)度大于一定閾值,則確認(rèn)麥克風(fēng)為手持狀態(tài)。
二、擱置狀態(tài),當(dāng)麥克風(fēng)靜止擱置,且振動(dòng)傳感器檢測(cè)到的震動(dòng)強(qiáng)度小于一定閾值時(shí),則確認(rèn)麥克風(fēng)為靜止擱置狀態(tài)。
三、異常跌落狀態(tài),由于用戶失誤等原因,意外將麥克風(fēng)從手中滑落,此滑落過(guò)程中,麥克風(fēng)處于異常跌落狀態(tài),本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)實(shí)時(shí)獲取三軸加速度傳感器的重力加速度值,并計(jì)算三個(gè)方向(x軸/y軸/z軸方向,即前后/左右/上下方向)上的空間向量,該空間向量的模值即為麥克風(fēng)受到的整體重力加速度,當(dāng)此重力加速度接近閾值0時(shí),則確認(rèn)麥克風(fēng)為跌落狀態(tài)。
(2)振動(dòng)檢測(cè)靈敏度高。
物體的振動(dòng)強(qiáng)度與其自身受到的重力加速度值成正比,振動(dòng)強(qiáng)度越大,自身重力加速度值就越大,本發(fā)明實(shí)施例利用高靈敏度的三軸加速度傳感器產(chǎn)生的加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣,經(jīng)特定的計(jì)算處理即可得到超高靈敏度的檢測(cè)結(jié)果。
(3)振動(dòng)檢測(cè)無(wú)方向要求。
本發(fā)明實(shí)施例采用三軸加速度傳感器,在x/y/z三軸方向上具有獨(dú)立的加速度檢測(cè)系統(tǒng),由于三軸方向在空間上正交,本發(fā)明實(shí)施例可分別針對(duì)每個(gè)軸方向獨(dú)立計(jì)算振動(dòng)結(jié)果,從而達(dá)到無(wú)方向要求檢測(cè)的效果。
(4)硬件成本較低。
本發(fā)明實(shí)施例采用的三軸加速度傳感器相比其它姿態(tài)檢測(cè)傳感器如陀螺儀、地磁感應(yīng)等芯片的價(jià)格低、外圍器件少、總體硬件成本大大降低。
(5)硬件功耗低。
本發(fā)明實(shí)施例采用的三軸加速度傳感器的功耗普遍較低,耗電電流不高于1ma,相比其它陀螺儀等芯片的幾ma甚至大于10ma的電流功耗,本發(fā)明實(shí)施例更加節(jié)能環(huán)保。
(6)具備跌落檢測(cè)功能。
本發(fā)明實(shí)施例增加的跌落檢測(cè)功能,可在麥克風(fēng)異常跌落時(shí)由單片機(jī)關(guān)閉發(fā)射信號(hào)、切換導(dǎo)頻信號(hào)、切換發(fā)射芯片的id碼、關(guān)閉聲音輸出,從而避免麥克風(fēng)從跌落到撞擊地面等阻攔物時(shí)發(fā)出強(qiáng)大碰撞聲,并減少后級(jí)聲音放大系統(tǒng)影響,同時(shí)也防止了突發(fā)碰撞聲引起的用戶體驗(yàn)不適。
本發(fā)明不局限于上述最佳實(shí)施方式,任何人在本發(fā)明的啟示下作出的結(jié)構(gòu)變化,凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案,均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。