基于mems传感器的多功能耳机及其控制方法
【专利摘要】本发明公开一种基于MEMS传感器的多功能耳机及其控制方法，主要由电源、主控模块、喇叭、麦克风、MEMS传感器和通信模块组成；其中电源连接主控模块、MEMS传感器和通信模块；喇叭与主控模块的输出端相连；麦克风与主控模块的输入端相连；MEMS传感器连接在主控模块的输入端上；通信模块经主控模块与外部计算机相连接。耳机上的MEMS传感器感应操作人员的头部运动实现鼠标移动功能，操作人员通过耳机的麦克风输入相应的声音信号在计算机软件端进行识别并实现鼠标控制功能。
【专利说明】基于MEMS传感器的多功能耳机及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种耳机，具体涉及一种基于MEMS传感器的多功能耳机及其控制方法。
【背景技术】
[0002]MEMS是微机电系统的缩写。MEMS主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。MEMS技术的发展开辟了一个全新的【技术领域】和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。MEMS传感器已经广泛应用于手机、平板电脑和游戏手柄等电子产品，MEMS传感器能精准感应人体的动作姿态，通过结合MEMS传感器，手机、平板电脑和游戏手柄的操作方式得到丰富，使用者能更轻松地完成一些操作输入。然而目前的耳机仅作为单一的声音输入输出工具，尚未有结合MEMS传感器的耳机问世。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种基于MEMS传感器的多功能耳机及其控制方法，其耳机上的MEMS传感器感应操作人员的头部运动实现鼠标移动功能，操作人员通过耳机的麦克风输入相应的声音信号在计算机软件端进行识别并实现鼠标控制功能。
[0004]为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的:
[0005]基于MEMS传感器的多功能耳机，主要由电源、主控模块、喇叭、麦克风、MEMS传感器和通信模块组成；其中电源连接主控模块、MEMS传感器和通信模块；喇叭与主控模块的输出端相连；麦克风与主控模块的输入端相连;MEMS传感器连接在主控模块的输入端上；通信模块经主控模块与外部计算机相连接。
[0006]上述方案中，所述MEMS传感器为三轴陀螺仪、三轴加速度计、六轴传感器或九轴传感器。
[0007]上述方案中，所述通信模块为蓝牙模块、2.4G无线模块或USB模块。
[0008]基于上述多功能耳机所实现的基于MEMS传感器的多功能耳机的控制方法，包括如下步骤:
[0009](I)鼠标控制步骤:
[0010](1.1) MEMS传感器将感应到的运动信号传送至主控模块；
[0011](1.2)主控模块首先读出采样周期内的运动信号，并将运动信号转换为k时刻的鼠标Y轴坐标和X轴坐标；
[0012](1.3)主控模块将实时计算出的k时刻的鼠标Y轴和X轴坐标信号通过通信模块发送到外部计算机中；
[0013](1.4)外部计算机读入鼠标坐标信号并完成鼠标移动；[0014](2)语音控制输入步骤:
[0015](2.1)麦克风将接收到的语音控制模拟信号通过通信模块发送至主控模块；
[0016](2.2)主控模块将语音控制模拟信号模数转换为语音控制数字信号后，通过通信模块发送到外部计算机中；
[0017](2.3)外部计算机将接收到的语音控制数字信号提取声音特征，再与预先存储在计算机内部的声音样本的HMM (隐马尔可夫)模型进行匹配，若匹配成功则执行该HMM (隐马尔可夫)模型所对应的鼠标操作；
[0018](3)音频播放输出步骤:
[0019](3.1)外部计算机通过通信模块将音频数字信号发送至主控模块；
[0020](3.2)主控模块将音频数字信号进行数模转换后送至喇叭进行播放。
[0021]当MEMS传感器为三轴陀螺仪时，其鼠标控制步骤中的(1.1)和(1.2)具体为:
[0022](1.1)三轴陀螺仪将感应到的三轴转动角度xgyM、Ygyro> Zgyro传送至主控模块；
[0023](1.2)主控模块首先读出k时刻的三轴转动角度xgyM、ygyro> Zgyro,并通过转换公式将Xgyra转换为鼠标Y轴位移口 1，Zgyro转换为鼠标X轴位移口 X,其中转换公式为:
[0024]□ Y=H1 □ Xgyro其中n1代表比例系数，
[0025]□ x=n2 □ zgyro其中n2代表比例系数，
[0026]然后计算出k时刻的鼠标Y轴坐标和X轴坐标，即
[0027]在k时刻鼠标Y轴坐标为:
[0028]Yk=Yk-1+ □ y，其中Ylri代表k-l时刻鼠标Y轴坐标，
[0029]在k时刻鼠标X轴坐标为:
[0030]Xk=Xk-1+ □ X，其中Xlri代表k-l时刻鼠标X轴坐标。
[0031]当MEMS传感器为三轴加速度计时，其鼠标控制步骤中的(1.1)和(1.2)具体为:
[0032](1.1)三轴加速度计将感应到的三轴加速度xacc、yacc、Zacc传送至主控模块；
[0033](1.2)主控模块首先读出k时刻的三轴加速度xacc、yacc、Zacc,并通过转换公式计算出横滚角Φ和俯仰角θ，其中转换公式为:
[0034]φ =arctan (xacc/zacc)，
[0035]
【权利要求】
1.基于MEMS传感器的多功能耳机，其特征是:主要由电源、主控模块、喇叭、麦克风、MEMS传感器和通信模块组成；其中电源连接主控模块、MEMS传感器和通信模块；喇叭与主控模块的输出端相连；麦克风与主控模块的输入端相连；MEMS传感器连接在主控模块的输入端上；通信模块经主控模块与外部计算机相连接。
2.根据权利要求1所述的基于MEMS传感器的多功能耳机，其特征是:所述MEMS传感器为三轴陀螺仪、三轴加速度计、六轴传感器或九轴传感器。
3.根据权利要求1所述的基于MEMS传感器的多功能耳机，其特征是:所述通信模块为蓝牙模块、2.4G无线模块或USB模块。
4.基于权利要求1所述多功能耳机所实现的基于MEMS传感器的多功能耳机的控制方法，其特征是包括如下步骤: Cl)鼠标控制步骤: (1.1) MEMS传感器将感应到的运动信号传送至主控模块； (1.2)主控模块首先读出采样周期内的运动信号，并将运动信号转换为k时刻的鼠标Y轴坐标和X轴坐标； (1.3)主控模块将实时计算出的k时刻的鼠标Y轴和X轴坐标信号通过通信模块发送到外部计算机中； (1.4)外部计算机读入鼠标坐标信号并完成鼠标移动； (2)语音控制输入步骤: (2.1)麦克风将接收到的语 音控制模拟信号通过通信模块发送至主控模块； (2.2)主控模块将语音控制模拟信号模数转换为语音控制数字信号后，通过通信模块发送到外部计算机中； (2.3)外部计算机将接收到的语音控制数字信号提取声音特征，再与预先存储在计算机内部的声音样本的隐马尔可夫模型进行匹配，若匹配成功则执行该隐马尔可夫模型所对应的鼠标操作； (3)音频播放输出步骤: (3.1)外部计算机通过通信模块将音频数字信号发送至主控模块； (3.2)主控模块将音频数字信号进行数模转换后送至喇叭进行播放。
5.根据权利要求4所述基于MEMS传感器的多功能耳机的控制方法，其特征是，当MEMS传感器为三轴陀螺仪时，其鼠标控制步骤中的(1.1)和(1.2)具体为: (1.1)三轴陀螺仪将感应到的三轴转动角度Xgyro、ygyro> Zgyro传送至主控模块； (1.2)主控模块首先读出k时刻的三轴转动角度xgyro、ygyM、zgyro，并通过转换公式将xgyM转换为鼠标Y轴位移口 y，zgyM转换为鼠标X轴位移口 X,其中转换公式为: □Y=H1 □ XgyM，其中Il1代表比例系数， □χ=η2 □ Zgyr。，其中n2代表比例系数， 然后计算出k时刻的鼠标Y轴坐标和X轴坐标，即 在k时刻鼠标Y轴坐标为: Yk=Yk-!+ □ y，其中Ylri代表k-l时刻鼠标Y轴坐标， 在k时刻鼠标X轴坐标为: Xk=Xk-!+ □ X，其中Xlr i代表k-ι时刻鼠标X轴坐标。
6.根据权利要求4所述基于MEMS传感器的多功能耳机的控制方法，其特征是，当MEMS传感器为三轴加速度计时，其鼠标控制步骤中的(1.1)和(1.2)具体为: (1.1)三轴加速度计将感应到的三轴加速度xa。。、yacc> zacc传送至主控模块； (1.2)主控模块首先读出k时刻的三轴加速度xacx、yacx、za。。，并通过转换公式计算出横滚角Φ和俯仰角Θ，其中转换公式为:
7.根据权利要求4所述基于MEMS传感器的多功能耳机的控制方法，其特征是，当MEMS传感器为六轴传感器时，其鼠标控制步骤中的(1.1)和(1.2)具体为: (1.1)六轴传感器将其感应到的融合数据以欧拉角的格式发送至主控模块； (1.2)主控模块首先从融合数据中读出k时刻的横滚角Φ和俯仰角Θ，然后将横滚角Φ转换为k时刻鼠标X轴坐标,俯仰角Θ转换为k时刻鼠标Y轴坐标,即在k时刻鼠标X轴坐标为: X=n' 1*(小_-小)，其中11' ?代表比例系数，Φ_代表设定的横滚角上限， 在k时刻鼠标Y轴坐标为: Y=n' 2*(9_-9)，其中11' 2代表比例系数，θ_代表设定的俯仰角上限。
8.根据权利要求4所述基于MEMS传感器的多功能耳机的控制方法，其特征是，当MEMS传感器为九轴传感器时，其鼠标控制步骤中的(1.1)和(1.2)具体为: (1.0九轴传感器将其感应到的融合数据以欧拉角的格式发送至主控模块； (1.2)主控模块首先从融合数据中读出k时刻的横滚角Φ和俯仰角Θ，然后将横滚角Φ转换为k时刻鼠标X轴坐标,俯仰角Θ转换为k时刻鼠标Y轴坐标,即在k时刻鼠标X轴坐标为: X=n' 1*(小_-小)，其中11' ?代表比例系数，Φ_代表设定的横滚角上限， 在k时刻鼠标Y轴坐标为: Y=n' 2*(9_-9)，其中11' 2代表比例系数，θ_代表设定的俯仰角上限。
【文档编号】H04R1/10GK103501473SQ201310460039
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】陈创举 申请人:陈创举