基于mems傳感器的多功能耳機及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于MEMS傳感器的多功能耳機及其控制方法，主要由電源、主控模塊、喇叭、麥克風、MEMS傳感器和通信模塊組成；其中電源連接主控模塊、MEMS傳感器和通信模塊；喇叭與主控模塊的輸出端相連；麥克風與主控模塊的輸入端相連；MEMS傳感器連接在主控模塊的輸入端上；通信模塊經(jīng)主控模塊與外部計算機相連接。耳機上的MEMS傳感器感應操作人員的頭部運動實現(xiàn)鼠標移動功能，操作人員通過耳機的麥克風輸入相應的聲音信號在計算機軟件端進行識別并實現(xiàn)鼠標控制功能。
【專利說明】基于MEMS傳感器的多功能耳機及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種耳機，具體涉及一種基于MEMS傳感器的多功能耳機及其控制方法。
【背景技術】
[0002]MEMS是微機電系統(tǒng)的縮寫。MEMS主要包括微型機構、微型傳感器、微型執(zhí)行器和相應的處理電路等幾部分，它是在融合多種微細加工技術，并應用現(xiàn)代信息技術的最新成果的基礎上發(fā)展起來的高科技前沿學科。MEMS技術的發(fā)展開辟了一個全新的【技術領域】和產(chǎn)業(yè)，采用MEMS技術制作的微傳感器、微執(zhí)行器、微型構件、微機械光學器件、真空微電子器件、電力電子器件等在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們所接觸到的所有領域中都有著十分廣闊的應用前景。MEMS傳感器已經(jīng)廣泛應用于手機、平板電腦和游戲手柄等電子產(chǎn)品，MEMS傳感器能精準感應人體的動作姿態(tài)，通過結合MEMS傳感器，手機、平板電腦和游戲手柄的操作方式得到豐富，使用者能更輕松地完成一些操作輸入。然而目前的耳機僅作為單一的聲音輸入輸出工具，尚未有結合MEMS傳感器的耳機問世。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種基于MEMS傳感器的多功能耳機及其控制方法，其耳機上的MEMS傳感器感應操作人員的頭部運動實現(xiàn)鼠標移動功能，操作人員通過耳機的麥克風輸入相應的聲音信號在計算機軟件端進行識別并實現(xiàn)鼠標控制功能。
[0004]為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0005]基于MEMS傳感器的多功能耳機，主要由電源、主控模塊、喇叭、麥克風、MEMS傳感器和通信模塊組成；其中電源連接主控模塊、MEMS傳感器和通信模塊；喇叭與主控模塊的輸出端相連；麥克風與主控模塊的輸入端相連;MEMS傳感器連接在主控模塊的輸入端上；通信模塊經(jīng)主控模塊與外部計算機相連接。
[0006]上述方案中，所述MEMS傳感器為三軸陀螺儀、三軸加速度計、六軸傳感器或九軸傳感器。
[0007]上述方案中，所述通信模塊為藍牙模塊、2.4G無線模塊或USB模塊。
[0008]基于上述多功能耳機所實現(xiàn)的基于MEMS傳感器的多功能耳機的控制方法，包括如下步驟:
[0009](I)鼠標控制步驟:
[0010](1.1) MEMS傳感器將感應到的運動信號傳送至主控模塊；
[0011](1.2)主控模塊首先讀出采樣周期內的運動信號，并將運動信號轉換為k時刻的鼠標Y軸坐標和X軸坐標；
[0012](1.3)主控模塊將實時計算出的k時刻的鼠標Y軸和X軸坐標信號通過通信模塊發(fā)送到外部計算機中；
[0013](1.4)外部計算機讀入鼠標坐標信號并完成鼠標移動；[0014](2)語音控制輸入步驟:
[0015](2.1)麥克風將接收到的語音控制模擬信號通過通信模塊發(fā)送至主控模塊；
[0016](2.2)主控模塊將語音控制模擬信號模數(shù)轉換為語音控制數(shù)字信號后，通過通信模塊發(fā)送到外部計算機中；
[0017](2.3)外部計算機將接收到的語音控制數(shù)字信號提取聲音特征，再與預先存儲在計算機內部的聲音樣本的HMM (隱馬爾可夫)模型進行匹配，若匹配成功則執(zhí)行該HMM (隱馬爾可夫)模型所對應的鼠標操作；
[0018](3)音頻播放輸出步驟:
[0019](3.1)外部計算機通過通信模塊將音頻數(shù)字信號發(fā)送至主控模塊；
[0020](3.2)主控模塊將音頻數(shù)字信號進行數(shù)模轉換后送至喇叭進行播放。
[0021]當MEMS傳感器為三軸陀螺儀時，其鼠標控制步驟中的(1.1)和(1.2)具體為:
[0022](1.1)三軸陀螺儀將感應到的三軸轉動角度xgyM、Ygyro> Zgyro傳送至主控模塊；
[0023](1.2)主控模塊首先讀出k時刻的三軸轉動角度xgyM、ygyro> Zgyro,并通過轉換公式將Xgyra轉換為鼠標Y軸位移口 1，Zgyro轉換為鼠標X軸位移口 X,其中轉換公式為:
[0024]□ Y=H1 □ Xgyro其中n1代表比例系數(shù)，
[0025]□ x=n2 □ zgyro其中n2代表比例系數(shù)，
[0026]然后計算出k時刻的鼠標Y軸坐標和X軸坐標，即
[0027]在k時刻鼠標Y軸坐標為:
[0028]Yk=Yk-1+ □ y，其中Ylri代表k-l時刻鼠標Y軸坐標，
[0029]在k時刻鼠標X軸坐標為:
[0030]Xk=Xk-1+ □ X，其中Xlri代表k-l時刻鼠標X軸坐標。
[0031]當MEMS傳感器為三軸加速度計時，其鼠標控制步驟中的(1.1)和(1.2)具體為:
[0032](1.1)三軸加速度計將感應到的三軸加速度xacc、yacc、Zacc傳送至主控模塊；
[0033](1.2)主控模塊首先讀出k時刻的三軸加速度xacc、yacc、Zacc,并通過轉換公式計算出橫滾角Φ和俯仰角θ，其中轉換公式為:
[0034]φ =arctan (xacc/zacc)，
[0035]
【權利要求】
1.基于MEMS傳感器的多功能耳機，其特征是:主要由電源、主控模塊、喇叭、麥克風、MEMS傳感器和通信模塊組成；其中電源連接主控模塊、MEMS傳感器和通信模塊；喇叭與主控模塊的輸出端相連；麥克風與主控模塊的輸入端相連；MEMS傳感器連接在主控模塊的輸入端上；通信模塊經(jīng)主控模塊與外部計算機相連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于MEMS傳感器的多功能耳機，其特征是:所述MEMS傳感器為三軸陀螺儀、三軸加速度計、六軸傳感器或九軸傳感器。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于MEMS傳感器的多功能耳機，其特征是:所述通信模塊為藍牙模塊、2.4G無線模塊或USB模塊。
4.基于權利要求1所述多功能耳機所實現(xiàn)的基于MEMS傳感器的多功能耳機的控制方法，其特征是包括如下步驟: Cl)鼠標控制步驟: (1.1) MEMS傳感器將感應到的運動信號傳送至主控模塊； (1.2)主控模塊首先讀出采樣周期內的運動信號，并將運動信號轉換為k時刻的鼠標Y軸坐標和X軸坐標； (1.3)主控模塊將實時計算出的k時刻的鼠標Y軸和X軸坐標信號通過通信模塊發(fā)送到外部計算機中； (1.4)外部計算機讀入鼠標坐標信號并完成鼠標移動； (2)語音控制輸入步驟: (2.1)麥克風將接收到的語 音控制模擬信號通過通信模塊發(fā)送至主控模塊； (2.2)主控模塊將語音控制模擬信號模數(shù)轉換為語音控制數(shù)字信號后，通過通信模塊發(fā)送到外部計算機中； (2.3)外部計算機將接收到的語音控制數(shù)字信號提取聲音特征，再與預先存儲在計算機內部的聲音樣本的隱馬爾可夫模型進行匹配，若匹配成功則執(zhí)行該隱馬爾可夫模型所對應的鼠標操作； (3)音頻播放輸出步驟: (3.1)外部計算機通過通信模塊將音頻數(shù)字信號發(fā)送至主控模塊； (3.2)主控模塊將音頻數(shù)字信號進行數(shù)模轉換后送至喇叭進行播放。
5.根據(jù)權利要求4所述基于MEMS傳感器的多功能耳機的控制方法，其特征是，當MEMS傳感器為三軸陀螺儀時，其鼠標控制步驟中的(1.1)和(1.2)具體為: (1.1)三軸陀螺儀將感應到的三軸轉動角度Xgyro、ygyro> Zgyro傳送至主控模塊； (1.2)主控模塊首先讀出k時刻的三軸轉動角度xgyro、ygyM、zgyro，并通過轉換公式將xgyM轉換為鼠標Y軸位移口 y，zgyM轉換為鼠標X軸位移口 X,其中轉換公式為: □Y=H1 □ XgyM，其中Il1代表比例系數(shù)， □χ=η2 □ Zgyr。，其中n2代表比例系數(shù)， 然后計算出k時刻的鼠標Y軸坐標和X軸坐標，即 在k時刻鼠標Y軸坐標為: Yk=Yk-!+ □ y，其中Ylri代表k-l時刻鼠標Y軸坐標， 在k時刻鼠標X軸坐標為: Xk=Xk-!+ □ X，其中Xlr i代表k-ι時刻鼠標X軸坐標。
6.根據(jù)權利要求4所述基于MEMS傳感器的多功能耳機的控制方法，其特征是，當MEMS傳感器為三軸加速度計時，其鼠標控制步驟中的(1.1)和(1.2)具體為: (1.1)三軸加速度計將感應到的三軸加速度xa。。、yacc> zacc傳送至主控模塊； (1.2)主控模塊首先讀出k時刻的三軸加速度xacx、yacx、za。。，并通過轉換公式計算出橫滾角Φ和俯仰角Θ，其中轉換公式為:
7.根據(jù)權利要求4所述基于MEMS傳感器的多功能耳機的控制方法，其特征是，當MEMS傳感器為六軸傳感器時，其鼠標控制步驟中的(1.1)和(1.2)具體為: (1.1)六軸傳感器將其感應到的融合數(shù)據(jù)以歐拉角的格式發(fā)送至主控模塊； (1.2)主控模塊首先從融合數(shù)據(jù)中讀出k時刻的橫滾角Φ和俯仰角Θ，然后將橫滾角Φ轉換為k時刻鼠標X軸坐標,俯仰角Θ轉換為k時刻鼠標Y軸坐標,即在k時刻鼠標X軸坐標為: X=n' 1*(小_-小)，其中11' ?代表比例系數(shù)，Φ_代表設定的橫滾角上限， 在k時刻鼠標Y軸坐標為: Y=n' 2*(9_-9)，其中11' 2代表比例系數(shù)，θ_代表設定的俯仰角上限。
8.根據(jù)權利要求4所述基于MEMS傳感器的多功能耳機的控制方法，其特征是，當MEMS傳感器為九軸傳感器時，其鼠標控制步驟中的(1.1)和(1.2)具體為: (1.0九軸傳感器將其感應到的融合數(shù)據(jù)以歐拉角的格式發(fā)送至主控模塊； (1.2)主控模塊首先從融合數(shù)據(jù)中讀出k時刻的橫滾角Φ和俯仰角Θ，然后將橫滾角Φ轉換為k時刻鼠標X軸坐標,俯仰角Θ轉換為k時刻鼠標Y軸坐標,即在k時刻鼠標X軸坐標為: X=n' 1*(小_-小)，其中11' ?代表比例系數(shù)，Φ_代表設定的橫滾角上限， 在k時刻鼠標Y軸坐標為: Y=n' 2*(9_-9)，其中11' 2代表比例系數(shù)，θ_代表設定的俯仰角上限。
【文檔編號】H04R1/10GK103501473SQ201310460039
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權日:2013年9月30日
【發(fā)明者】陳創(chuàng)舉 申請人:陳創(chuàng)舉