互动秋千、互动秋千娱乐系统及其方法与流程

本发明属于娱乐健身器材，具体是一种具有互动功能的秋千。

背景技术

秋千发明至今已有几千年之久，由于其兼具锻炼身体和放松心情的作用，而深受人们的喜爱。但是，一直以来人们对于秋千的改进始终停留在表层的外观、材质和结构等方面。在使用功能上还是有所欠缺，娱乐性和互动性还远远不足以满足使用者的需求。

技术实现要素：

为解决传统秋千功能单一、单调乏味的缺点，本发明提供一种互动秋千、互动秋千娱乐系统，通过倾角传感器获取秋千摆动时的倾斜角度，并将该倾斜角度到达预设角度时产生相应的执行指令，触发执行机构作出相应的互动响应，实现互动娱乐的效果，可以在传统意义的秋千上实现互动娱乐功能，提升秋千的使用体验。

具体技术方案包括：

方案一：一种互动秋千，包括秋千本体和互动装置，所述秋千本体包括吊架、吊绳和吊板，所述互动装置包括信号采集模块、第一控制模块和至少一种执行机构；

所述信号采集模块，布置在吊板或吊绳上；配置有倾角传感器，被构造为通过倾角传感器实时感应吊板的倾斜角度变化，并将采集到的倾斜角度传送至第一控制模块；或者配置有倾角传感器和与其连接的处理器，被构造为通过倾角传感器实时感应吊板的倾斜角度变化，当处理器判断倾斜角度到达预设角度时产生相应的触发信号并传送至第一控制模块；

所述第一控制模块，被构造为将接收到的倾斜角度与预设角度进行比较，在倾斜角度到达预设角度时，产生相应的控制指令并发送至执行机构；或者被构造为根据接收到的触发信号，产生相应的控制指令并发送至执行机构；

所述执行机构，被构造为接收并响应控制模块发送的控制指令；

所述预设角度为一个或多个预先设定的倾斜参考角度。

作为一种优选方案，所述执行机构包括音乐播放单元，所述控制指令包括发送至音乐播放单元的第一控制指令；音乐播放单元配置有音源模块、功率放大器和播放装置，音源模块被构造为根据接收到的第一控制指令时产生相应的音频信号，功率放大器被构造为将音源模块产生的音频信号放大后发送至播放装置，播放装置被构造为接收并播放功率放大器发送的音频信号。其中，音源模块优选midi音源模块；功率放大器优选hi-fi功放。

作为一种优选方案，所述执行机构包括显示单元，所述控制指令包括发送至显示单元的第二控制指令；

显示单元配置有第二控制模块，以及与第二控制模块连接的发光模块和/led显示模块；

第二控制模块被构造为根据接收到的第二控制指令产生相应的执行指令后发送给发光模块和/或led显示模块；

发光模块被构造为响应执行指令产生相应的灯光变化；led显示模块被构造为响应执行指令产生相应的显示变化。

作为一种优选方案，第一控制模块还被构造为在预设时间启动或关闭互动装置的运行。

方案二：一种互动秋千娱乐方法，采用方案一所述的互动秋千，执行机构包括音乐播放单元，所述控制指令包括发送至音乐播放单元的第一控制指令；音乐播放单元配置有音源模块、功率放大器和播放装置，音源模块被构造为根据接收到的第一控制指令时产生相应的音频信号，功率放大器被构造为将音源模块产生的音频信号放大后发送至播放装置，播放装置被构造为接收并播放功率放大器发送的音频信号；所述第一控制指令包括：根据秋千摆动过程中到达预设角度的时间顺序，依次播放构成乐曲的音符。

方案三：一种互动秋千娱乐系统，包括主控模块、音乐播放单元、多个秋千本体，以及各秋千本体上布置在的信号采集模块；

秋千本体包括吊架、吊绳、吊板，信号采集模块布置在吊板或吊绳上，并通过总线并联至主控模块；

所述信号采集模块，配置有倾角传感器，被构造为通过倾角传感器实时感应吊板的倾斜角度变化，并将采集到的倾斜角度传送至主控模块；或者配置有倾角传感器和与其连接的处理器，被构造为通过倾角传感器实时感应吊板的倾斜角度变化，当处理器判断倾斜角度到达预设角度时产生相应的触发信号并传送至主控模块；

所述主控模块，被构造为将接收到的倾斜角度与预设角度进行比较，在倾斜角度到达预设角度时，产生相应的第一控制指令并发送至音乐播放单元；或者被构造为根据接收到的触发信号，产生相应的第一控制指令并发送至音乐播放单元；

所述音乐播放单元，被构造为接收并响应主控模块发送的第一控制指令；

所述预设角度为一个或多个预先设定的倾斜参考角度。

作为一种优选方案，音乐播放单元配置有音源模块、功率放大器和播放装置，音源模块被构造为根据接收到的第一控制指令时产生相应的音频信号，功率放大器被构造为将音源模块产生的音频信号放大后发送至播放装置，播放装置被构造为接收并播放功率放大器发送的音频信号。其中，音源模块优选midi音源模块；功率放大器优选hi-fi功放。

作为一种优选方案，还包括显示单元，所述显示单元包括布置在秋千本体上控制模块，以及与控制模块连接的发光模块和/或led显示模块；

所述主控模块，还被构造为将接收到的倾斜角度与预设角度进行比较，在倾斜角度到达预设角度时，产生相应的第二控制指令并发送至相应的控制模块；或者还被构造为根据接收到的触发信号，产生相应的第二控制指令并发送至相应的控制模块；

控制模块被构造为根据接收到的第二控制指令产生相应的执行指令后发送给发光模块和/或led显示模块；

所述发光模块被构造为响应执行指令产生相应的灯光变化；所述led显示模块被构造为响应执行指令产生相应的显示变化。

作为一种优选方案，所述主控模块还被构造为在预设时间启动或关闭互动装置的运行。

方案四：一种多人互动秋千娱乐方法，其特征在于，采用方案三所述的互动秋千娱乐系统，所述主控模块，被构造为将接收到的倾斜角度与预设角度进行比较，在倾斜角度到达预设角度时，根据预设规则产生相应的第一控制指令并发送至音乐播放单元，或者被构造为根据接收到的触发信号，根据预设规则产生相应的第一控制指令并发送至音乐播放单元；

所述控制指令包括发送至音乐播放单元的第一控制指令，具体包括：

根据选择运行单人或多人参与的播放模式，或者运行多人参与的演奏模式；

处于播放模式时，根据各秋千摆动过程中到达预设角度的时间顺序，依次播放构成乐曲的音符；

处于演奏模式时，根据各秋千摆动过程中到达预设角度的时间顺序，依次演奏各秋千对应的音阶。

有益效果：

(1)互动秋千增加了用户与秋千之间的互动娱乐，可实现人与秋千交互式的播放或演奏乐曲，还能改变显示效果(包括灯光色彩变化、led显示变化、频率变化等)，增强了秋千的趣味性，也大大提升了用户的使用体验。

(2)通过互动秋千娱乐系统，多个用户可同时使用多架秋千，达到协同演奏目的，增加互动效果，也增加用户与用户之间的互动性，特别适应幼儿教育等领域。

说明书附图

图1为实施例1所公开的互动秋千组成示意图；

图2为实施例3所公开的互动秋千娱乐系统部分构成示意图。

具体实施方式

如图1所示，实施例1公开一种具有互动娱乐功能的互动秋千(简称秋千)及其使用方法，其主要包括秋千本体和主机、信号采集模块、音响和灯光显示单元。

秋千本体采用传统的秋千结构，主要由吊架、吊绳和吊板组成。吊架包括吊架横梁和吊架支柱，吊架支柱固定安装于地面上(即秋千基座地板)，吊板通过吊绳安装在吊架上。

主机可放置在距离秋千和音响100米以内的任意位置，只需要通过一根信号线连接灯控模块和倾角传感，通过另一根音箱线连接音响设备即可。主机内主要配置有电源模块和控制主板，控制主板上具有控制模块、midi音源模块和功率放大器，各部分特点如下：

信号采集模块的核心器件为倾角传感器，可布置在吊板或吊绳上，只要能感应秋千主体的角度变化即可，例如，实施例中我们将其与灯控模块集成在一块电路板上，并布置在吊板上。在实际使用时，倾角传感器可选用高精度高分辨率的倾角感应模块(例如，jy-61倾角传感器，可检测精度达0.1°的细微变化，保证了整体装置在运行时的精度，完全满足互动秋千的使用需求。需要说明的是，本发明中的倾角(倾斜角度)指的是吊板与垂直方向的夹角。倾角传感器时实时感应吊板的倾斜角度变化，将采集到的倾斜角度传送至控制模块，在控制模块内完成倾斜角度与预设角度的比较，并在满足预设条件(即到达某一预设角度)时产生相应的控制指令。

电源模块将220v电源转为12v为主机内的各模块进行供电。通过电源线引出，将电源模块直接与市电连接。在应用时，由于主机可放置在秋千的100米以内甚至更远，因此，可将其放置在防水防雷电的安全场所，例如，机房、配电箱等，以保证互动秋千使用的稳定性、安全性。

控制模块集成了主控芯片和存储芯片，具有实时数据的运算分析、数据存储、定时开关机等功能，在实际使用时，可采用具备这些功能的单片机或者芯片进行集成。本实施例中，可采用意法半导体集团(st集团)的stm32系列芯片作为主控芯片，该芯片中的高速内核可满足数据高效及时的处理要求，避免数据处理滞后带来的的灯光变化延时、音乐播放延时等问题，从而导致用户使用时动作与灯光、与声音不同步；配合eeprom存储芯片实现掉电保存功能，确保装置在断电之后再启动时默认为断电前的各种设置，避免每次重启后需要重新设置的麻烦。此外，主控芯片还具有定时器功能，可实现互动秋千的定时运行，使其在固定的时间段自动工作，例如，某场所的每天9:00——22:00开放，每次早上开机，夜晚关机很麻烦，则可以通过该定时器设定固定的开关机时间，早上9点自动开机，夜晚10点自动关机，免去人为开关机的麻烦。

midi音源模块可实现音效的多种选择，支持钢琴、小提琴、笛等上百种音效的播放，可拓展性极强，满足不同人群的不同喜好，适合不同场所的不同需求。

功率放大器用于将微弱的音源电信号进行放大，驱动外接的音响设备。具体可选用效率高、体积小的d类数字功放板，例如，av功放、hi-fi功放等。实例中优选hi-fi功放，其相比av功放，更能保证声音的纯净度，高保真地重现音乐的本来面目。当然，本发明并不对功放的选择作限制，用户可以根据自身需求进行选择。

音响可设置在吊架横梁下方，也可根据需求设置在吊架支柱两侧、秋千附近地面上等任意位置，其通过音箱线与主机内的功率放大器连接。当然，此处的播放装置并不限于音响设备，也可以根据用户需求选用其它类型的播放装置。

灯光显示单元包括灯控模块和与灯控模块连接的灯带。灯控模块和倾角传感器可设计在同一块电路板上，安装在吊板上，具体可嵌入吊板内部或固定在吊板底部，并通过信号线连接主机，倾角传感器将采集到的倾角信息送入主机内的控制模块进行分析判断处理，并接收控制模块发送的控制指令，然后根据控制指令产生相应的用于控制灯带变化的执行指令。灯带可以根据需求布设在吊板、吊绳、吊架横梁、吊架支柱、秋千基座地板(达到地面灯光效果)等任意位置，用于实现互动娱乐，同时还能在夜晚辅助照明，增加观赏性。当然，灯带只是发光模块的一种表现形式，本发明并不限于发光模块的表现形式，例如，还可以采用灯带、串灯等发光模块，改变灯带或串灯的色彩及其频率变化，甚至还可以采用led屏幕，变换屏幕上的显示效果，例如：演示动画、显示宣传标语等，大大增强了秋千的趣味性。

上述midi音源模块、功率放大器和音响即构成了我们所述的音乐播放单元。主机、倾角传感器、音响和灯光显示单元构成了我们所述的互动装置。

下面对实施1所述的互动秋千的工作原理进行解释说明：

角度变化的捕捉与处理：互动秋千在被使用时，会随着使用者的用力不同而产生不同幅度的摆动，即对应不同倾斜角度，安装在吊板上的倾角感应模块会捕捉到这一变化的倾角信号，并将该信号通过信号线发送至主机内的控制模块，控制模块将接收到的倾斜角度与预设角度进行对比，在到达某一预设角度时，会发送不同的控制指令给音源模块和灯控模块，音源模块会根据控制指令播放相应的音频信号，灯控模块会根据控制指令进一步分析处理，形成相应的执行指令控制灯带变化，进而达到通过人使用秋千控制音乐和灯光的目的，实现互动效果。需要说明的是，这里的预设值指的是预先设定的角度值，可以是一个或多个。为使曲目播放或演奏更加流畅，我们通常设置多个预设角度，例如，-45°、-22°、0°、22°、45°。

其中，角度变化与灯光变化的关系是：控制模块根据倾角感应模块捕捉到的倾角信号进行处理分析之后，将获取的倾斜角度值与预先设定的角度值进行对比，在到达某一预设角度时，则产生相应的控制指令并通过信号线发送给灯控模块，灯控模块会根据不同的控制指令做出响应，产生相应的执行指令以控制灯带效果的变化，具体可反映在灯带的色彩和闪烁频率的变化，例如，到达-45°、-22°、0°、22°、45°时会依次对应红、橙、黄、绿、蓝。当然也可设置角度与颜色的无直接对应关系，只要到达一个预设角度，灯带就会按预设的顺序变化一次。具体变化规则和对应效果可根据用户需求进行设计和修改，此处不再赘述。

其中，角度变化与音乐播放的关系是：音乐变化与灯光变化的原理相似，cpu根据倾角感应模块捕捉到的倾角信号进行处理分析之后，将获取的倾斜角度值与预先设定的角度值进行对比，在到达某一预设角度时，则产生相应的控制指令并通过信号线传输至音源模块，音源模块根据收到的控制指令改变音乐的播放效果和播放顺序，具体表现为，音源模块根据收到的控制指令调取相应的音频信号，然后发送至功率放大器，经过功率放大器的放大后，再由音箱线传到音响设备以发出不同的音乐。其中，音频信号可以是音符或音阶，只要到达一个预设角度就会触发相应的音符或音阶播放，根据各秋千摆动过程中到达预设角度的时间顺序，依次播放构成乐曲的音符或音阶，从而实现该连续播放。例如，处于播放模式时，每到达一个预设角度就触发演奏选择的构成乐曲的一个音符，通过不断摇摆秋千本体使倾斜角度不断变化，无论到达哪个预设角度都能触发，每次触发都能按顺序播放出曲目中的一个音符(即不区分预设角度，预设角度和音符本身并无对应关系)，直到整首曲目播放完毕。例如，依次触发0°和22°，依次触发22°和45°，连续触发两次22°，或者连续触发两次其它度数都是一样的效果，即按顺序播放曲目中的下一个音符或者演奏该秋千对应的音符。而对于乐曲选择，可根据用户需要预先设定为顺序播放、循环播放或随机播放等模式。

作为另一个实施例2，与实施例1所述方案基本相同，区别在于信号采集模块的选择，其选用具有数据采集和预处理功能的信号采集模块，即不仅配置有用于数据采集的倾角传感器，还配置有对采集到的数据进行预处理的处理器芯片(例如stm32系列芯片)，通过对处理器芯片进行编程，在数据采集端就能将采集到的倾斜角度与预设角度进行比较，并在倾斜角度达到某一预设角度时产生相应的触发信号并传送至控制模块，从而减少了控制端的数据处理量。

结合图2所示，实施例3公开了一种互动秋千娱乐系统及其使用方法，该系统主要由一台主机、与主机连接的音响(或音箱)、多架秋千本体、布置在秋千本体的吊板或吊绳上的倾角传感器，以及布置在秋千本体的灯光显示单元组成。

该系统中，秋千本体和实施例1所述结构相同，每个秋千本体均布设有倾角传感器和灯光显示单元；主机的电路结构也与实施例1基本相同。主要不同点在于该系统中多架秋千本体共同连接一台主机，即秋千本体上的倾角传感器和灯控模块通过总线(例如，t型总线)连接至主机的控制模块。其中，总线类型可采用自定义总线、或者rs485等常规总线，实现多架秋千本体并行连接即可。音响(或音箱)可以是一个或多个，根据现场情况进行布置即可。

该系统可实现一台主机控制多架秋千，有序地控制音乐播放和灯光开启，可达到多架秋千协同演奏乐曲的目的，实现用户之间的互动娱乐，大大提升多个用户的互动娱乐体验效果。

该系统的基本工作原理与实施例1相同，此处不再赘述。需要说明的是，实施例3所述的由多架秋千组成互动秋千娱乐系统可实现多人互动娱乐(即多架秋千协同运行，并由同一主机控制的应用场景)，当然也可实现个人互动娱乐(即一架秋千运行)，具体可通过在主机控制模块中的应用程序进行相应的设置，例如，当检测到只有一个人使用秋千时，触发个人模式，在检测到两个或者多个使用秋千时，触发多人模式。

这种多人互动娱乐，音乐播放的模式可以包括以下两种：

一种是单人或多人参与的播放模式，即根据各秋千摆动过程中到达预设角度的时间顺序，依次播放构成乐曲的音符。每架秋千摆动到预设角度就触发播放一个音符，多架秋千协同运行，按到达的时间依次顺序触发播放曲目中的一个音符，直到整首曲目播放完毕，然后再重复播放或播放下一首曲目。

另一种是多人参与的演奏模式，根据各秋千摆动过程中到达预设角度的时间顺序，依次演奏各秋千对应的音阶。每架秋千相当于一个音阶(do、re、mi、fa、so、la、si)，具体可通过主控模块预先设定每架秋千对应一个不同的音阶，每架秋千的每个触发角度不做区分，即摆动到预设角度时就触发奏响该秋千对应的音阶，例如，触发0°、22°、45°都是一样的效果，即奏响该秋千所对应的音符。多架秋千协同运行，各秋千按待演奏的曲目顺序相互配合，从而形成一首完整的音乐。当然使用者也可以自由发挥配合不按现有的曲演奏，产生不同音阶在不同时间奏响的效果，自编自演形成一首新的曲目。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。