一种基于无线通信、由控制台和智能上衣构成的广场舞系统的制作方法

本发明涉及智能可穿戴设备领域和无线控制传输领域，尤其是涉及一种基于由单片机控制、通过Zigbee、调频广播和蓝牙实现无线通信的广场舞系统。

背景技术：

广场舞源于社会生活，产生在群众之中，群众是广场舞的创作者和表演者。但由于跳舞过程中便携音响发出的强劲音乐时常让附近的居民饱受噪音干扰。近年来，由于广场舞扰民造成的民事纠纷层出不穷。

在对广场舞现状的调研过程中，有源定向扬声器成为解决噪声问题的有效手段之一，但是由于其携带不便、价格较为昂贵并且传播效率不高并不能得到广泛的推广和使用；让舞者佩戴耳机，连带一台收音机实现无声广场舞也是一种解决方案，但由于存在缺乏气氛，同时配戴耳机跳舞转身等动作不方便的问题也不能实现很好的推广。因此，开发一个可以进行减噪消音的优化、实现用控制台和软件终端APP控制实现无线发送功能并且舞者之间可以进行社交的一款性能优异的广场舞系统具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于由控制台控制、可实现无线通信的广场舞系统。本发明结构明晰、使用方便、性能优异，结合广场舞特色以及穿戴者的需求情况，向舞者提供了在同步的乐曲和触感提示下、进行较大规模广场舞活动、同时可以进行个人练习的软硬件于一体的系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于控制台控制、可实现无线通信和控制的广场舞系统，其特征在于：分成不同的两种工作模式，集体模式采用围绕控制台构建的星型拓扑结构，控制台中的SD卡存储音乐文件和震动信息文件，其中音乐文件通过MP3解码模块解码后，输出到FM调频发射模块，由FM调频发射模块向已连入该网络的本发明广播歌曲，震动信息由Zigbee模块进行震动指令的发送和接收。舞者可通过控 制台的基础按键实现简单的统一控制，另配合移动终端通过蓝牙实现更加精密的控制；单人模式下用户直接使用移动终端通过蓝牙发送音乐、震动信息等信息。

本发明中的上衣供电系统可以采用PP3电池或者锂电池，控制台可以采用大容量锂电池进行供电。供电系统供电给震动片和单片机处理器，其余模块的电源信号线均从单片机引出。

本发明中的APP是用来操控控制台或者上衣进行音乐播放和震动提示，界面简单，适合中老年人的操作特点。

集体模式就是指在室外有一定规模的人群进行舞蹈活动，此时需要使用控制台作为无线信号的中继和放大设备。单人模式是指用户一个人在室内进行舞蹈的练习，此时仅用手机直接控制广场舞上衣即可。

消音减噪是指将传统功放音响用近耳扬声器替代，置于舞蹈者的两肩部位，从源头上解决广场舞扰民的问题；舞步提示即利用位于肩部和腰部两侧的四组震动片，根据音乐的节拍来对预编的广场舞动作进行提醒的功能；按摩保健即利用上述若干组震动片缓解在跳舞过程中肌肉酸痛等问题，实现保健的效果；老年社交即利用移动终端应用程序提供给舞者在广场舞圈子中了解彼此交流的契机。

按照权利要求1所述的一种基于由控制台控制、可实现无线通信的广场舞系统，其特征在于：所述的单片机芯片选用STM32F103RCT6。

按照权利要求1所述的一种基于由控制台控制、可实现无线通信的广场舞系统，其特征在于：所述的MP3解码芯片选用VS1003。

按照权利要求1所述的一种基于由控制台控制、可实现无线通信的广场舞系统，其特征在于：所述的FM调频发射芯片选用QN8027，FM调频接收芯片QN8035。

按照权利要求1所述的一种基于由控制台控制、可实现无线通信的广场舞系统，其特征在于：所述的Zigbee终端芯片选用CC2530。

按照权利要求1所述的一种基于由控制台控制、可实现无线通信的广场舞系统，其特征在于：所述的蓝牙收发芯片选用CSR8645。

按照权利要求1所述的一种基于由控制台控制、可实现无线通信的广场舞系统，其特征在于：所述的震动按摩模块选用0408微型手机振动马达。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

这是一款近耳扬声器与音乐库结合的的可穿戴上衣。上衣内置的近耳扬声器与音乐库结合，内置的震动片与震动文件库相结合。不仅解决了广场舞的噪音问题，更避免了老龄群体携带笨重的功放音箱的困扰；其次震动片可以同时实现舞步提示与按摩功能。其中收录在上衣内的音乐库与震动库相匹配，震动片按照预定动作，在相应的部位震动，用于指示双手双脚的动作；同时按摩功能能对人体活胳筋骨、松弛肌肉、促进血液循环、增进新陈代谢等有很大的帮助；再者此发明加装检测模块后，可以实现健康指标的监测，在跳舞的过程中实时老年人心率、血压等健康指标的收集；然后，根据用户需求提供两种的模式，以及各自对应的高效、低功耗的技术方案，集体模式下使用FM调频和Zigbee双通道分别传输音乐和震动信息文件，保证了音乐和震动信息都可以实时传输，该模式下关闭上衣的蓝牙接收元件，也可以有效的降低功耗，在单人模式下不需要控制台，使用移动终端APP直接操控上衣，关闭FM和Zigbee通道，仅使用上衣的蓝牙接收元件，也有效降低了功耗；最后本发明具有一款独立APP。涵盖多个板块，设计结构严谨，匹配度高，操作简便，页面大方。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的广场舞系统原理框图；

图2为本发明的广场舞系统集体模式下的时序原理图；

图3为本发明的广场舞系统单人模式下的时序原理图；

图4为本发明的广场舞系统上衣中电子元件放置位置示意图；

1——广场舞上衣中的主体电路和模块；

2——放置在左右两肩的近耳扬声器；

3——放置在腰部和肩部的舞步提示震动片；

4——放置在后背的按摩保健震动片。

图5为本发明的广场舞系统控制台示意图；

1——天线；

2——音量调节旋钮；

3——FM频道调节旋钮；

4——控制台充电口；

5——供手机充电的USB插口；

6、7——LED指示灯。

图6为本发明的广场舞系统处理器模块(STM32F103RCT6)电路原理图；

图7为本发明的广场舞系统Zigbee模块(CC2530)电路原理图；

图8为本发明的广场舞系统蓝牙模块(CRS8645)电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案做进一步详细地介绍：

如图1所示，一种基于由控制台控制、可实现无线通信的广场舞系统，其特征在于：包括多个可同步乐曲和具备触感提示的广场舞上衣(2)和与多个上衣(2)、用户控制模块(3)(7)，处理器模块(4)(6)，传输模块(5)，以及效应器模块(8)。我们将按键和蓝牙接收部分、控制台处理模块(4)和传输模块(5)中的发射部分统一称为控制台；将传输模块(5)接收部分、上衣处理模块(6)和效应器模块(8)统一称为上衣部分。将本发明分为两种工作模式：集体模式和个人模式。在集体模式中，领舞者操作控制模块(3)有两种方式，分别为控制台上按键控制和移动终端APP通过蓝牙控制。所述控制模块(3)与控制台处理模块(4)连接，所述处理模块(4)与传输模块(5)连接，所述传输模块(5)与上衣处理模块(6)连接，所述处理模块(6)与效应器模块(8)连接，通过效应器模块(8)反馈给舞者；在单人模式中，舞者使用移动终端APP操作控制模块(7)，所述控制模块(7)与处理模块(6)连接，所述处理模块(6)与效应器模块(8)连接，最终通过效应器模块(8)反馈给舞者。

本发明中的上衣供电系统可以采用PP3电池或者锂电池，控制台可以采用大容量锂电池进行供电。供电系统供电给震动片和单片机处理器，其余模块的电源信号线均从单片机引出。

本发明中的APP是用来操控控制台或者上衣进行音乐播放和震动提示，界面简单，适合中老年人的操作特点。

集体模式就是指在室外有一定规模的人群进行舞蹈活动，此时需要使用控制台作为无线信号的中继和放大设备。单人模式是指用户一个人在室内进行舞蹈的练习，此时仅用手机直接控制广场舞上衣即可。

消音减噪是指将传统功放音响用近耳扬声器替代，规划在舞蹈者的两肩部位，从源头上解决广场舞扰民的问题；舞步提示即利用位于肩部和腰部两侧的四组震动片，根据音乐的节拍来对预编的广场舞动作进行提醒的功能；按摩保健即利用上述若干组震动片缓解在跳舞过程中肌肉酸痛等问题，实现保健的效果；老年社交即利用移动终端应用程序提供给舞者在广场舞圈子中了解彼此交流的契机。

本发明的广场舞系统的集体模式实现了领舞者通过对控制台的操作向每件上衣发送震动信息和音乐信息。主要包括控制模块(3)、处理模块(4)、传输模块(5)和效应器模块(8)。舞者有两种控制系统的方式：控制台上按键控制和移动终端APP通过蓝牙控制。控制台中的处理模块(4)一方面负责接收由控制模块(3)发送的指令，另一方面通过单片机实现从TF卡读取震动信息文件通过Zigbee中向传输模块(5)，并通过MP3解码元件将解码后的音乐文件通过FM调频发送给传输模块(5)，传输模块(5)接收由Zigbee传送的震动信息文件，并利用FM调频接收音乐文件，震动和时间文件通过处理模块(6)实现对效应器模块中多个部位震动片的控制，音乐文件则直接通过效应器模块中的近耳扬声器播放出来。

①处理模块(4)中单片机为系统的主控单元，负责信息的处理、模块的协调、资源的分配。单片机采用STM32F103RCT6芯片，此芯片由64个管脚大容量配置LQFP64，核心ARM Cortex M3，数据总线宽度32bit，程序存储器类型Flash，程序存储器大小256KB，数据RAM大小48KB，接口类型CAN，I2C，SPI，USART，最大时钟频率72MHz。处理能力上足以胜任该系统的控制任务，且价格较低，降低系统成本。

②处理模块(4)中MP3解码元件用于将储存在TF卡中的MP3文件解码为可播放的模拟信号(之后经FM调频发射模块调制后发出，上衣收到该FM广播信号后解调即可播放)。MP3解码元件采用VS1003音频解码器，它包含一个高性能、自主产权的低功耗DSP处理器核VS_DSP，工作数据存储器，为用户应用提供了5KB的指令RAM和0.5KB的数据RAM，串行的控制和数据接口，4个常规用途的I/O口，一个URAT，也有一个高品质可变采样率的 的ADC和立体声DAC，同时配备了一个地线缓冲器。

③处理模块(4)中TF卡元件用于储存音乐MP3文件和震动信息文件。该TF卡元件自带3.3V稳压芯片AMS1117，支持3.3V和5V系统，可以用ARM直接驱动，SPI方式通讯，同时支持SD卡、Micro SD卡(TF卡)。可以2路SD卡同时使用，为文件的存储提供了一个理想平台。

④控制模块(3)中蓝牙接收元件用于接收移动终端APP发出的操作指令，从而通知MCU。集体模式下，蓝牙接收元件仅用于接收移动终端APP发出的操作指令，不负责文件的传输。该蓝牙接收元件采用主控芯片BK8002蓝牙音频模块，AT指令控制，SPP传数据，音频和SPP可同时进行，支持TF卡播放MP3/WMA/WAV格式，支持FM收音功能，支持AUX输入，支持MIC。所有控制均支持串口AT指令，通过AT指令可以代替按键控制上下曲，增加减少音量，暂停。可实现FM频道查询，MP3歌曲序号查询等。其灵敏度为38dB+/-2dB工作电压为5V，并且提供了多种电压转换的串口可实现不同功放效果。

⑤传输模块(5)中FM调频发射元件和接收元件用于音乐的广播。FM调频发射元件使用QN8027芯片，采用立体声音双声道发射，可调发射频率，发射频率稳定体积小，手摸线路板频率也不会漂移。供电宽，76M-108M频率可调，音量大小声可调，有断电频率记忆；FM调频接收模块使用QN8035芯片，工作电压为DC 3V-6V工作电流在25MA左右，音频输出最大20mW(0-15级循环调节)，工作频率范围为76-108Mhz，这两个模块配合实现歌曲的接收控制。

⑥传输模块(5)中的Zigbee元件用于震动信息的广播。Zigbee元件采用CC2530，具有协调器、路由器、终端节点三合一，可以自动组网的特性，串口波特率为38400bps，并可设置成多种频率模式，采用半孔模式并可实现200米的穿透距离。超低功耗，终端模式下平均电流30μA，一节400mA的CR2450纽扣电池可以使用一年多。点对点传输最大速率2KB/S，足以完成震动信息的实时传输。理论上最大可支持65535个结点接入，足够应用于本发明的广场舞系统。

本系统的个人模式实现了舞者自己练习时，在没有控制台的情况下直接操作上衣，通过移动终端APP中蓝牙元件实现对歌曲和震动信息文件的无线传输和控制(不使用FM调频 和Zigbee无线传输方式)。主要包括传输模块(5)、处理模块(6)和效应器模块(8)，具体参数可参考集体模式中传输模块和处理模块数据。

在本设计中，整个系统主要有两个部分构成，分别称为控制台和衣服部分。控制台包括歌曲、震动信号的发送接收和控制部分，衣服部分则装配有近耳喇叭，震动片等效应器模块，可以实现舞蹈时音乐同步播放、舞步提示、按摩保健、健康检测的功能

目前，用于老年人以及广场舞的可穿戴设备形式主要有手环式、腰带式、舞鞋式，这几种形式各有其特点和适用范围，本系统采用可实现无线通信的上衣产品，它具有存储数据多、模块集成多、用户体验好等特点。

系统硬件结构主要由4部分组成：具有两种实现方式的控制模块，以STM32F103RCT6芯片为中心的处理模块，由Zigbee元件和FM收发元件组成的传输模块，以及喇叭、震动片构成的效应器模块(8)，图1所示为系统总体结构图。控制模块(3)：由两种方式实现，领舞者可以通过控制台上面的按键对歌曲的播放进行简单的操控，同时也可以通过移动终端APP上的蓝牙控制对歌曲更加精准细致的控制，其中蓝牙接收和按键操控作为控制台的前端；处理模块(4)：包括单片机元件STM32F103RCT6，TF卡和vs1003解码模块，此模块作为控制台的中心部分，负责接收控制指令，同时将TF卡中震动和同步控制文件传送给Zigbee传输元件，将解码后的音乐文件发送给FM元件；处理模块(6)：功能是实现将Zigbee传送的震动信息文件通过单片机元件转化成为衣服上多个震动片的震动时间和震动顺序的组合，此时的同步时间文件则负责保证每件上衣收到由控制台发送的震动信息文件和音乐文件同步；处理模块(6)针对个人模式，舞者通过移动终端APP的蓝牙元件发送歌曲和震动信息文件，由此模块将两者进行同步并且将震动信息文件转化为衣服上的震动片的震动情况；效应器模块(8)：将处理模快(6)中震动信息文件通过多个部位的震动片进行舞步提示和按摩保健的功能，同时将传输模块发送的MP3音乐文件通过近耳喇叭播放；传输模块(5)：主要实现了将控制台中由处理模块得到的震动信息文件和音乐文件分别通过Zigbee和FM元件传送给衣服部分，这是连接控制台和衣服部分的纽带。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。