一种手持智能设备及其控制系统的制作方法

本实用新型涉及智能控制领域，具体涉及一种手持智能设备及其控制系统。

背景技术：

智能手持麦克风一般有自动静音控制、模式切换以及功耗控制等智能控制功能，目前市面上实现这些智能控制功能主要采用以下三种技术方案：

一、增加控制按键。

其原理是利用按键进行模式的切换，需要在软件上增加切换控制的接口函数及其实现方法，此方式仅仅是增加了切换功能，还需要人工进行操作才能实现真正的控制，因此该技术方案属于半自动化控制。

二、利用姿态变化进行自动控制。

其原理是利用数字陀螺仪或地磁感应等姿态传感器识别手持麦克风的姿态变化，根据不同的姿态进行相应的处理，此方案的优点是实现了真正的智能自动控制，但仍然存在以下缺点：1、由于数字陀螺仪等芯片的自身功耗大，对于采用电池供电的手持麦克风等便携产品来说无疑是增加了较大的功耗负担，不够节能，从而造成电池电量的过快耗光；2、由于姿态检测的灵敏度与算法的复杂度成正比，软件算法过于简单则会造成姿态检测的灵敏度及准确度均较差，从而引起误控制。目前市面上大部分智能手持麦克风的软件算法过于简单，姿态检测灵敏度及准确度均较差。

三、利用数字陀螺仪检测角速度变化量。

该方案中智能手持麦克风的硬件基于数字陀螺仪芯片，其原理是手持麦克风在姿态变化时会产生角速度变化，利用这种角速度的变化量来进行 姿态判断从而进行相应的控制处理，此方案的优点是利用角速度变化的高灵敏度，在一定程度上保证了姿态检测的灵敏度及准确度，但是仍然同第二种技术方案一样存在功耗过大的缺陷。同时，由于目前市面上的各种陀螺仪芯片价格昂贵，应用在手持麦克风这种消费类产品上无疑会大大增加产品的成本，从而降低产品的竞争优势。

综上所述，现有的实现智能手持麦克风智能控制功能的方法存在以下缺点：

(1)硬件功耗较大；

(2)硬件成本较高。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是智能手持麦克风智能控制功能的实现方法存在硬件功耗较大和成本较高的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是提供一种手持智能设备的控制系统，包括三轴加速度传感器以及单片机，所述单片机周期采样所述三轴加速度传感器各轴的加速度值；根据采样得到的所述三轴加速度传感器各轴的加速度值确定所述手持智能设备的当前状态，并发出相应的控制信号到所述手持智能设备,所述手持智能设备根据接收到的控制信号进入相应的工作模式。

在上述技术方案中，所述单片机根据采样得到的所述三轴加速度传感器任一轴的加速度值的交流量超过预设阈值，确定所述手持智能设备为手持状态；否则，确定所述手持智能设备为静止搁置状态。

在上述技术方案中，所述三轴加速度传感器每一个轴的加速度值的交流量为直流量与平均值的差值，该轴加速度值的直流量为该轴实际产生的加速度值，该轴加速度值的平均值为连续采集到的多个加速度值的平均值。

在上述技术方案中，所述单片机根据采样得到的所述三轴加速度传感 器每一轴的加速度值的直流量，得到所述三轴加速度传感器整体受到的重力加速度值；当所述重力加速度值小于预设阈值时，确定所述手持智能设备为跌落状态。

在上述技术方案中，所述单片机根据采样值的连续次数达到预设次数，对所述手持智能设备的跌落状态进行判定。

在上述技术方案中，所述单片机根据所述手持智能设备的手持状态，打开无线信号输出、音频输出以及无线导频信号，切换至与接收机相同的ID码，并启动正常的输出功率，控制所述手持智能终端进入正常工作模式。

在上述技术方案中，所述单片机根据所述手持智能设备的静止搁置状态发出待机信号，所述手持智能设备进入待机处理状态，所述单片机根据监测到的所述手持智能设备的静止搁置状态达到待机第一阶段时长，向所述手持智能设备发送待机第一阶段处理信号，所述手持智能设备根据接收到的待机第一阶段处理信号关闭导频信号和音频以及偏移控制系统中发射芯片的ID码；所述单片机根据监测到的所述手持智能设备的静止搁置状态达到待机第二阶段时长，向所述手持智能设备发送关机信号，所述手持智能设备进入关机模式。

在上述技术方案中，所述单片机根据所述手持智能设备的跌落状态，迅速关闭导频信号和音频以及偏移控制系统中发射芯片的ID码。

本实用新型还提供了一种手持智能终端，包括上述的控制系统。

在上述技术方案中，所述手持智能设备为智能手持麦克风。

本实用新型采用低成本、低功耗的三轴加速度传感器和单片机，三轴加速度传感器实时将各轴的加速度值发送至单片机，单片机根据接收到的各轴的加速度值确定手持智能设备的当前状态，并发出相应的控制信号到手持智能设备,手持智能设备根据接收到的控制信号进入相应的工作模式，不仅检测灵敏度较高，而且硬件成本以及功耗均大大降低。

附图说明

图1为本实用新型中手持智能设备的控制系统硬件部分的电路图；

图2为本实用新型中振动速度/时间波形图；

图3为本实用新型中手持智能设备的手持状态和静止搁置状态的检测方法的流程图；

图4为本实用新型中单片机的智能控制处理流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型做出详细的说明。

本实用新型实施例提供了一种手持智能设备及其控制系统，其中，手持智能设备的控制系统硬件部分的电路图如图1所示，包括三轴加速度传感器1以及单片机2，单片机2周期采样三轴加速度传感器1各轴的加速度值；根据采样得到的三轴加速度传感器1各轴的加速度值确定手持智能设备的当前状态，并控制手持智能设备进入相应的工作模式。

通用的三轴加速度传感器1一般具备SPI接口(Serial PeripheralInterface，串行外设接口)以及I2C接口(Inter-Integrated Circuit，I2C总线接口),应用时择一即可，本实用新型实施例优选地采用I2C接口实现三轴加速度传感器1与单片机2数据的数据通信。

由于三轴加速度传感器1的SDA(串行数据线)和SCL(串行时钟线)均为双向I/O线和开漏输出，必需通过上拉电阻接电源VCC，因此，图1中采用两个阻值为10K欧姆的第一上拉电阻R1和第二上拉电阻R2。

本实用新型实施例提供的手持智能设备的控制系统软件部分设计如下：

本实用新型实施例的控制系统的实质为利用低成本、低功耗的三轴加速度传感器1和单片机2设计出一个超高灵敏度振动传感器，该超高灵敏度振动传感器用于检测和识别手持智能设备的当前状态，如手持状态、静 止搁置状态或跌落状态，并控制手持智能设备进入相应的工作模式。

振动的实质为物体发生动荡，表现为物体在一定空间范围内产生位移的来回变化，这个过程同时也会产生物体的速度变化，因此可以将振动过程分解成一个个很小的时间段，当时间段足够小时，每个小时间段里物体可以近似为匀加速或者匀减速运动，如图2所示，设物体在某一小时间段的开始时刻t₀速度值为v₀，小时间段结束时刻t₁速度值为v₁，则这个t₁—t₀这个小时间段内的加速度a表示为：a＝(v₁-v₀)/(t₁-t₀)。

由上述加速度a的公式可知，物体在某一个小时间段内的速度变化率越大，则加速度值越大，物体振动越强烈，在各小时间段，表现为速度变化率越大，采样到的加速度值也越大。

将本实用新型实施例中的超高灵敏度振动传感器的加速度值的采样周期设为T，此周期T可认为是上述的每一小时间段，通过I2C接口周期性读取到的三轴加速度传感器1的X/Y/Z三轴的加速度值分别设为gx_dc、gy_dc、gz_dc。由于gx_dc、gy_dc、gz_dc为加速度的绝对值，相当于直流量，加速度值会随三轴加速度传感器1的方向变化而变化，为便于计算统计，本实用新型实施例将该直流量转化为交流量，具体做法为：

周期性对连续N个采集点的加速度值进行累加平均，设此平均值分别为gx_ave、gy_ave、gz_ave，则该直流量与该平均值的差值即为交流量，采用以下公式可计算得出各轴的加速度值的交流量，设为gx_ac、gy_ac、gz_ac：

gx_ac＝|gx_dc-gx_ave|

gy_ac＝|gy_dc-gy_ave|

gz_ac＝|gz_dc-gz_ave|

利用各轴的加速度值的交流量gx_ac、gy_ac、gz_ac即可判断振动强度大小，各轴的加速度值的交流量越大，则振动强度或剧烈程度越大。

根据实际控制系统为各轴的加速度值的交流量预先设置相同的阈值，当任一轴的加速度值的交流量超过此预设阈值时，即可确定该手持智能设 备为手持状态，否则确定该手持智能设备为静止搁置状态，具体实现代码如下：

如图3所示，手持智能设备的手持状态和静止搁置状态的检测方法具体包括以下步骤：

S10、初始化I2C接口。

S11、初始化三轴加速度传感器。

S12、单片机周期采样三轴加速度传感器各轴的加速度值。

S13、单片机统计计算三轴加速度传感器各轴的加速度值的交流量。

S14、判断任一轴的加速度值的交流量是否超过预设阈值，若是，则转S15；否则，转S16。

S15、确定手持智能设备为手持状态，转S12。

S16、确定手持智能设备为静止搁置状态，转S12。

通过大量及长时间实际测试，本实用新型实施例所采用的振动检测方法能够检测到人手极其轻微的抖动状态。

本实用新型实施例的手持智能设备的跌落状态检测原理为：

本实用新型实施例利用三轴加速度传感器1能够很方便检测到手持智能设备的跌落状态，三轴加速度传感器1在静止或者匀速状态时受到1个重力加速度，输出的X、Y和Z轴加速度值合成的空间向量模值为9.8m/s²的数据。

设三轴加速度传感器1的X、Y和Z三轴的加速度值的直流量分别为gx_dc、gy_dc、gz_dc，当三轴加速度传感器1在静止或者匀速状态时，整体受到1个重力加速度，即

当三轴加速度传感器1处于自由落体或者跌落状态时，整体受到的重力加速度g的值接近0，即预设一个接近0的重力加速度阈值，当重力加速度g的值小于或等于此预设阀值时，确定手持智能设备为失重即跌落状态。另外，为了防止误触发，本实用新型实施例对单片机采样得到的三轴加速度传感器整体受到的重力加速度值进行了滤波处理，只有当单片机采样值的连续次数达到预设次数，才对手持智能设备的跌落状态进行判断。部分实现代码如下：

下面以手持智能设备为智能手持麦克风为例，对本实用新型实施例的实现原理进行详细说明，如图4所示，具体为：

当智能手持麦克风在手持状态时，用户握住麦克风可以随意说话或者唱歌，单片机根据手持麦克风的手持状态，打开无线信号输出、音频输出以及无线导频信号，切换至与手持麦克风接收机相同的ID码，并启动正常的输出功率，控制手持麦克风进入正常工作模式。

当手持麦克风在静止搁置状态时，手持麦克风没有被用户手持，不在用户的使用状态，此时单片机控制手持麦克风进入待机状态，为了防止控制系统的误操作以及短时间内用户拿起麦克风重新使用的情况，单片机2需要监控手持麦克风静止搁置的时长。

当手持麦克风被连续静止搁置一段时间后，单片机2监测到手持麦克风的静止搁置状态达到待机第一阶段时长，向手持麦克风发送待机第一阶段处理信号，手持麦克风根据接收到的待机第一阶段处理信号关闭导频信 号和音频以及偏移控制系统中发射芯片的ID码，包括关闭导频信号、偏移发射的ID码、关闭音频、从而降低发射功率，节省电源等等，同时也防止了接收机接收到无用的音频信号造成后级硬件系统的影响或者用户的不适。

在待机第一阶段处理后，如果单片机2监控到手持麦克风继续被搁置一段比较长的时间，则表明用户已经长时间没有使用手持麦克风，当手持麦克风的搁置时间达到待机第二阶段时长后，单片机2处理程序可以进入第二阶段处理，单片机2控制手持麦克风进入关机模式，从而此时单片机可以关闭整个控制系统的电源，一方面可以达到节电环保的效果，其次也可以避免用户不使用手持麦克风后忘记关闭电源造成电池电量的耗损。

当手持麦克风在跌落状态时：通常是用户没握紧手持麦克风或者其它原因导致手持麦克风脱离人手跌落，当跌落状态出现后，单片机2迅速发出关闭信号，手持麦克风根据接收到的关闭信号迅速关闭导频信号、偏移控制系统中发射芯片的ID码以及关闭音频等等，从而避免麦克风撞击地面等阻拦物时发出的强大碰撞声，减少对后级声音放大系统的影响，同时也防止了突发碰撞声引起的用户体验不适。

本实用新型实施例还提供了一种手持智能设备，包括上述控制系统。

本实用新型实施例具有如下优点：

(1)以振动及失重检测为控制依据。

本实用新型实施例预先设定手持智能设备在使用过程中具有以下三种状态：

一、手持状态，从生理角度来看，人手总会存在抖动性，在手持物品时更为明显，这种生理性手抖动的幅度小且无规律，一般震动频率在1Khz以内，因此，本方案设计出一种超高灵敏度振动传感器来捕获这种生理性手抖动，当人手紧握麦克风时，若振动传感器检测到的振动强度大于一定阈值，则确认麦克风为手持状态。

二、搁置状态，当麦克风静止搁置，且振动传感器检测到的震动强度小于一定阈值时，则确认麦克风为静止搁置状态。

三、异常跌落状态，由于用户失误等原因，意外将麦克风从手中滑落，此滑落过程中，麦克风处于异常跌落状态，本实用新型实施例通过实时获取三轴加速度传感器的重力加速度值，并计算三个方向(X轴/Y轴/Z轴方向，即前后/左右/上下方向)上的空间向量，该空间向量的模值即为麦克风受到的整体重力加速度，当此重力加速度接近阈值0时，则确认麦克风为跌落状态。

(2)振动检测灵敏度高。

物体的振动强度与其自身受到的重力加速度值成正比，振动强度越大，自身重力加速度值就越大，本实用新型实施例利用高灵敏度的三轴加速度传感器产生的加速度数据进行采样，经特定的计算处理即可得到超高灵敏度的检测结果。

(3)振动检测无方向要求。

本实用新型实施例采用三轴加速度传感器，在X/Y/Z三轴方向上具有独立的加速度检测系统，由于三轴方向在空间上正交，本实用新型实施例可分别针对每个轴方向独立计算振动结果，从而达到无方向要求检测的效果。

(4)硬件成本较低。

本实用新型实施例采用的三轴加速度传感器相比其它姿态检测传感器如陀螺仪、地磁感应等芯片的价格低、外围器件少、总体硬件成本大大降低。

(5)硬件功耗低。

本实用新型实施例采用的三轴加速度传感器的功耗普遍较低，耗电电流不高于1mA，相比其它陀螺仪等芯片的几mA甚至大于10mA的电流功耗，本实用新型实施例更加节能环保。

(6)具备跌落检测功能。

本实用新型实施例增加的跌落检测功能，可在麦克风异常跌落时由单片机关闭发射信号、切换导频信号、切换发射芯片的ID码、关闭声音输出，从而避免麦克风从跌落到撞击地面等阻拦物时发出强大碰撞声，并减少后级声音放大系统影响，同时也防止了突发碰撞声引起的用户体验不适。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下作出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。