一种节能的基于动作识别的控制器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及家用电器，照明，玩具，可穿戴设备，报警产品等的启动以及控制装置，此装置内置震动传感器，在人为动作驱动下，实现装置唤醒并实现后续的控制。
【背景技术】
[0002]传统的家电(电视机、空调)都使用遥控器，这些遥控器常为多键按钮式摇控器，其目的在于实现复杂的多功能操作。而在日常生活中，常常只需简单的开/关控制(如:空调设置好了，每天只需进行开启和关闭操作)，但由于遥控器面板上按钮较多，因此需要认真查看才能完成操作。日常生活中还有其他设备只需简单的操作控制，如:照明以及防盗报警器。随着智能化的发展，人们希望获得更简单的遥控产品。
[0003]还有，各种传统的电子玩具设备采用按键或者拨动开关来实现操作，因此大大降低了娱乐体验效果，而且经常会因为忘记关机而在下次使用时必须匆忙充电或者更换电池。
[0004]随着智能手机的普及，其中的加速度传感器应用得到迅速的推广和应用开发，因此出现大量通过简单的动作，或者手势来进行设备控制的方法和产品。这类产品即利用加速度计来感知人为施加的震动或者翻转等，并以此发出相应的指令实现控制。这类控制器通常包括以下几个部分:电源，加速度传感器，微控制器MCU，控制输出模块。智能手机则是此类控制器(或者智能设备)的最复杂实例。但是，这类设备通常需要始终保持在工作状态，而电池的容量有限，因此这类控制器无法达到传统按键式控制器所能实现的寿命(这里指更换一次电池或者完成一次充电遥控器的使用时间)。另外，这些智能设备大多对详细的加速值(二轴、三轴加速度，或者多轴角加速度等)进行分析，因此电路控制较复杂，对MCU的要求也较高。
[0005]另外，震动开关(包括弹簧型和滚珠型两大类)作为一种小型的经济型节能开关，也被用于各种电子设备的控制中，其中最常见的应用就是小孩的发光跑鞋。这些控制只是简单利用了开关功能，没有进行更深的智能开发。
【发明内容】
[0006]本发明的目的旨在提供一种节能的控制器，本发明的另一目的是提供一种可完成动作(或姿态)识别的控制器。
[0007]本发明的控制器同样包括如前所述的几个部分:电源，加速度传感器，微控制器MCU，控制输出模块。为实现节能，控制输出模块通常需保持在非工作状态(或断电状态，该功能由微控制器的虚拟开关提供)，微控制器MCU需要保持在节能休眠状态，而加速度传感器保持在全工作状态或者待机状态。当加速度传感器感应到震动时，其输出信号可以触发微控制器MCU的中断，并唤醒MCU进入动作捕捉识别，最终发出控制指令。而且，在震动消失超过设定时间后，MCU关闭控制输出模块的供电，必要时也会触发加速度传感器进入休眠状态，MCU随后自动进入休眠节能状态。当然，以可以给控制器设定休眠动作模式，只有微处理器捕捉到要求休眠的动作，立即进入休眠模式，因此可以实现更多节能。
[0008]本文中，对节能状态的定义和叙述包括:休眠状态，休闲状态，掉电状态，停机状态等，或者指相对于正常工作状态的耗电量明显降低的状态。
[0009]本发明的一实施例为:加速度传感器选用模拟输出型号，其1个(或多个)输出口与微控制器的唤醒中断口连接。中断口连接数取决于加速计的维度数，如果是3轴的，则3维输出连接3个MCU的中断输入口，保证各种维度的震动均能独立启动系统。当加速计感应到震动时，其输出电压值发生变化(从高压值变成低压值，或者从低压转换成高压值)，形成可触发中断的上升沿或者下降沿，因此实现MCU的唤醒。对于各种智能设备，唤醒后不会马上去执行控制，这是为了避免一些人为误操作或者消除环境干扰。MCU唤醒后，需要进一步米样完成动作识别，再确认动作手势后完成设备控制。
[0010]本发明中，MCU不会像其他已公布的手势控制设备一样去采用加速度数据，而是依然保持中断(或者高低电平)采样状态(即开始对加速计输出的电平进行统计和分析)，因此可以省去信号的A/D转换，而且，信号的分析将更简单。
[0011]本发明的一种信号分析方法如下:MCU由中断唤醒后，等待加速计恢复到静止状态(如0.2秒内无新的中断)，然后重新计时，记录随后50-1000ms内的中断次数，若超过设定的值，则判定为真实的人为操作。更多的手势识别策略可以在已公布文献或者专利中找到。
[0012]智能设备的手势识别主要分为两大类:动作方向，动作频次。本发明中，动作的方向可以根据中断的来源判定(即加速计三轴的电压跃迁判定)，如X轴输出中断，则认为是左右运动，轴输出中断为前后运动；Z轴输出中断为上下运动。另外，根据控制器静止不动时三轴输出电平的高低，则可以判定控制器的摆放方向。使用时应注意加速器的电压输出范围(市场上加速计的输出电压通常在0-3V)和MCU高低电平(如:低于0.8V为低电平，而大于2V为高电平)的定义，防止错误信息和判断。动作频次则可以根据设定时间内出现连续中断的次数判定(这里的一次动作指连续不停的动作，它可以包括多个加速和减速的过程，即可触发多个中断；而多次动作之间有明显的静止状态，即三轴的输出值均保持不变)。由于加速计的输出信号只做电平高低判定，而不采集具体的数据，因此较难判定单个动作的强度。
[0013]本发明的一个较佳实施例中，电池采用600mA CR2450 3V纽扣锂电池，加速计采用飞世卡尔MMA7361LC，MCU采用STC15系列3V型号单片机。加速计正常耗电量为400 μ A,单片机典型耗电约5mA，在不考虑控制输出负载的情况下，若电池容量实际可用300mA，则控制器待机时长为(300+ (0.4+5)) = 55.5(小时)。STC15单片机提供停机模式(保持少量中断工作)，其典型耗电量将至0.1 μ A，因此采用节能模式的控制器待机时长可提高到(300+(0.4+0.0001)) = 749.8 (小时)，即待机约1个月。而如果加速计MMA7361LC也采用休眠模式(需要单片机给出指令触发)，耗电量可以降低至3 μ Α，这样控制器的待机时长变为(300+(0.003+0.0001)) = 96774.2 (小时)，即超过 10 年。
[0014]考虑到动作手势识别耗电量的增加，特别是增加输出负载(LED等，红外信号发射器，微波信号发射器等)，电池可以选用18650锂电池或者手机用可反复充电锂电池。
[0015]本发明中，加速度计可以用其他可感知震动或者动作的传感器代替，如在手机中使用的陀螺仪传感器，重力传感器，地磁传感器等。
[0016]本发明的另一实施例是用震动开关代替加速计，它可以进一步降低能耗和成本。
[0017]震动开关分两大类:弹簧型和滚珠型。弹簧型震动开关的主体为一可晃动弹簧，在受到震动时晃动而接触到固定杆或者外壳而使电路导通,这种开关对震动的方向识别不敏感，为全向震动开关。而滚珠型开关依靠一腔体内滚珠的滚动获得通断结果，因此方向性很强(一维或者二维)。
[0018]用弹簧型震动开关取代加速计的实施例中，只需使用微控制器的1个唤醒中断。即无论哪个方向的震动，都将唤醒系统，但在随后的动作识别上，该实例无法判断动作的方向，只能判断动作的频次，因此可实现的控制操作较少。因此这类控制器只适合进行简单的开启、关闭、依次切换等简单操作。为增加方向性，可以增加滚珠开关，将其连接到MCU的其他中断口，实现二维或者三维动作识别。
[0019]当然也可以只使用滚珠型震动开关，它们即作为系统唤醒时的信号输入，也作为后期动作识别的输入，因此总共只需3个滚珠型开关就可以实现唤醒和三维动作识别。
[0020]震动开关和微控制器的连接方式在很多公开的文献中都有说明，通常是将开关和一个限流电阻串接到电池的正负极之间，而微控制器的中断输入口连接到电阻和开关之间。电阻和开关的次序决定了中断口在等待状态时的电平高低。由于弹簧型震动开关通常为常开型，电阻选择lk就可以。但是滚珠型开关通常为常闭型，因此需选用更大的电阻(如1M以上)，以保证待机时极低的耗电量。
[0021 ] 本发明中，为了能提醒使用者控制器由休眠状态进入到动作识别状态，可以在MCU被唤醒后，立即打开一个低能耗的LED指示灯或者蜂鸣器，为进一步节能，led或蜂鸣器可以采用闪通闪断方式。
[0022]本发明中控制器的输出模块根据需要选择，如用于控制低功率的L