CN106937460A - 一种终端控制的可穿戴发光设备 - Google Patents

一种终端控制的可穿戴发光设备 Download PDF

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Abstract

一种终端控制的可穿戴发光设备，本发明涉及可穿戴设备和发光控制技术领域。该系统包括控制终端和若干发光部分，其中控制终端包括多组灯光调控算法和蓝牙通信电路；发光部分包括蓝牙通信电路、灯光控制驱动、三原色灯体、导光体、充电电路和电池。该系统发光部分结构精简；小巧轻便，具有便携的供电方式，能够植入服装鞋帽中；发光部分具备人体运动传感器能回传终端，能够实现和人体运动行为的互动；具备多种工作模式，满足个性化设计需要，光效方便操控设置；控制终端中的多组灯光调控算法具有多个发光部分协同控制模式，使得多组发光部分能够协同工作。

Description

一种终端控制的可穿戴发光设备
技术领域
本发明涉及一种终端控制的可穿戴发光设备，属于可穿戴设备和发光控制技术领域。
背景技术
伴随可控发光技术发展，基于LED各种发光控制技术应用越来越多，成为新型舞台布景、表演、公众活动的亮眼的风景。中国发明专利《一种基于音乐变化的灯光调节系统及方法》(申请号：2016100640914)介绍了一种基于音乐变化的灯光调节系统及方法，其原理如图1所示。该方法可以通过音乐节奏调节LED灯的不同颜色和亮度，达到特殊场所灯光随音乐变化的效果。该发明中，通过信号转换模块将音乐信号接收模块接收的声音信号转换为灯光控制指令，控制模块通过蓝牙通信向LED照明装置传输灯光控制指令，从而实现灯光的色温随音乐变化而变换。已有方法仅仅介绍了基于蓝牙实现灯光随音乐调节的方法，只能用于舞台等场景灯光控制，无法满足可穿戴发光设备的功能需求。这些功能需求包括：(1)发光部分需要植入服饰鞋帽中，需要小巧轻便，具有便携的供电方式；(2)需要实现和人体运动行为的互动；(3)具备多种工作模式，满足个性化设计需要，设置操控简单；(4)多组发光部分可以被协同控制。
发明内容
本发明的目的是提出一种针对可穿戴发光设备的实现方法，发光部分结构精简，能植入服装鞋帽中，发光部分具备人体运动传感器能回传终端，光效方便操控设置，多组发光部分能够协同工作。
一种终端控制的可穿戴发光设备，由控制终端和若干发光部分组成；其中控制终端由多组灯光调控算法和蓝牙通信电路组成；发光部分由蓝牙通信电路、灯光控制驱动、三原色灯体、导光体、充电电路和电池组成；控制终端通过蓝牙通信电路和若干发光部分1-M同时通信，其中M是控制终端所控制的发光部分的最大个数；多组灯光调控算法可以分别设置发光部分i的灯光颜色和亮度，并通过蓝牙通信电路发送至发光部分i，灯光控制驱动将调控发光部分i的三原色灯体的颜色和亮度，灯光通过导光体呈现，其中i＝1、…、M；发光部分的电源由电池供电，电池通过充电电路实现充电。
进一步的，所述的控制终端为具有蓝牙通信功能的手机终端。
进一步的，所述的控制终端为具有蓝牙通信功能的电脑。
进一步的，所述的控制终端中的多组灯光调控算法依据终端运动传感器输入信号、本地音乐信号、麦克输入信号产生对发光部分i的灯光颜色和亮度的动态调控参数，通过蓝牙通信电路发送并调控发光部分i的灯光控制驱动，三原色灯体输出对应的颜色和亮度；灯光调控算法的计算参数包括输入信号的加权选择、信号强度、信号变化频率。
进一步的，所述的发光部分i的本地运动传感器输出信号经过蓝牙通信电路传输给控制终端，控制终端中的多组灯光调控算法将发光部分i的本地运动传感器输出信号作为输入参数之一，产生对发光部分i的灯光颜色和亮度的调控参数。
进一步的，所述的发光部分i的开关按键控制发光部分的开机和关机；关机时长按开关按键，发光部分i启动后进入被控制终端识别和蓝牙配对的状态，控制终端选择配对后与发光部分i的蓝牙通信通道有效。
进一步的，所述的发光部分i中的导光体具有反光内衬结构。
进一步的，所述的发光部分i中的导光体具有聚光发射结构。
进一步的，所述的控制终端中的多组灯光调控算法具有多个发光部分协同控制模式，协同控制模式包括一致控制输出模式、对照控制输出模式、交替控制输出模式、依次延时控制输出模式和将不同灯光调控算法参数、不同协同控制模式的分时组合控制模式。
本发明一种终端控制的可穿戴发光设备的有益之处在于：发光部分结构精简；小巧轻便，具有便携的供电方式，能够植入服装鞋帽中；发光部分具备人体运动传感器能回传终端，能够实现和人体运动行为的互动；具备多种工作模式，满足个性化设计需要，光效方便操控设置；控制终端中的多组灯光调控算法具有多个发光部分协同控制模式，使得多组发光部分能够协同工作。
附图说明
图1是已有的一种基于音乐变化的灯光调节系统及方法的结构示意图。
图2是本发明一种终端控制的可穿戴发光设备的结构原理示意图。
图3是本发明一种终端控制的可穿戴发光设备的蓝牙通信电路图。
图4是本发明一种终端控制的可穿戴发光设备的灯光控制驱动电路图。
图5是本发明一种终端控制的可穿戴发光设备的充电电路图。
图6是本发明一种终端控制的可穿戴发光设备的终端运动信号处理电路图。
图7是本发明一种终端控制的可穿戴发光设备的运动传感器P7187等效电路图。
图8是本发明一种终端控制的可穿戴发光设备的音频信号处理总体框图。
图9是本发明一种终端控制的可穿戴发光设备的PWM控制流程图。
具体实施方式
本发明一种终端控制的可穿戴发光设备的一个具体实施例的结构示意图如图2所示。该实施例由控制终端和若干发光部分组成；其中控制终端由多组灯光调控算法和蓝牙通信电路组成；发光部分由蓝牙通信电路、灯光控制驱动、三原色灯体、导光体、充电电路和电池组成；控制终端通过蓝牙通信电路和若干发光部分1-M同时通信，其中M是控制终端所控制的发光部分的最大个数；多组灯光调控算法可以分别设置发光部分i的灯光颜色和亮度，并通过蓝牙通信电路发送至发光部分i，灯光控制驱动将调控发光部分i的三原色灯体的颜色和亮度，灯光通过导光体呈现，其中i＝1、…、M；发光部分的电源由电池供电，电池通过充电电路实现充电。
本发明实例的蓝牙通信电路图，如图3所示。蓝牙芯片采用爱立信公司的一款适合于短距离通信的无线基带模块ROK 101 007，该模块集成度高，功耗小，兼容蓝牙协议V1.1，可以嵌入任何需要蓝牙功能的设备中，主控芯片采用DSP芯片ADSP-BF533。DSP芯片与蓝牙模块使用UART口进行通信，蓝牙模块作为一个DCE，异步串口通信参数可以通过设置ADSP-BF533的内部寄存器来改变，如串口通信速率、有无奇偶校验、停止位等。ADSP-BF533具备异步串行通信端口，而且其工作电压为3.3V和1.3V，蓝牙模块工作电压为3.3V，因此，当DSP使用异步串口与蓝牙芯片通信时，两者之间可直接连接，无需电平转换。使ADSP-BF533的TX引脚接蓝牙模块的RXD，RX引脚接蓝牙模块的TXD。此外，考虑到系统的通信波特率比较高，数据流量比较大，为了保证传输数据的稳定可靠性，系统设计时采用了硬件流控制方式，使蓝牙模块的RTS引脚与ADSP-BF533的IO端口相连，系统发送数据时首先判断ADSP-BF533的IO端口状态，从而监视RTS是否“忙”。当接收端数据缓冲区满，接收端将RTS置为高电平，通知发送端“忙”，请求暂停发送数据；发送端检测到RTS“忙”则立即暂停发送；相反，当发送端检测RTS空闲，表明接收端数据缓冲区不满，发送端继续发送数据。
本发明实例的灯光控制驱动电路图，如图4所示。灯光控制驱动电路采用继电器驱动接口电路，继电器由相应的PNP 9012三极管驱动。当TMRx处于高电平时，三极管截止，继电器处于释放状态；当TMRx处于低电平时，三极管的基级就会被拉低而产生足够的基级电流，使三极管导通，继电器就会得电吸合，从而驱动负载，点亮相应的三原色灯体。继电器的输出端并联电阻和电容，目的是避免继电器吸合与释放期间产生火花，继电器线圈两端反向并联二极管是起到吸收反向电动势的功能，保护相应的驱动三极管。
本发明实例的充电电路图，如图5所示。LM317和R61组成恒流电路，通过调节R61可以调节充电电流，充电电流I＝1.25V/R61，通过调节R66可以调节充满截止电压。
本发明实例的多组灯光调控算法的输入信号终端运动信号处理电路图，如图6所示，包括信号采集部分和输出控制部分。终端运动传感器采用热释电传感器P7187，人体的体温约为37℃，辐射最多红外线的波长是10微米左右，而P7187对7微米～20微米范围的波长比较灵敏，它采用两个热释电元件PZT板，PZT板表面吸收红外线，并在受光面的内外各自安装取出电荷的一对电极，所以P7187相当于有两对电极，能捕捉到被测物体或光源。这两个受光电极反向串联，当两个受光电极同时受到红外线照射时，输出电压相互抵消而无输出，只有当人体移动时才有电压的输出，输出电压反映了人体移动的情况，P7187等效电路图，如图7所示。信号采集部分采用了U1A、U1B两个运算放大器LM358，并接入RC构成的带通滤波器，阻止高低段的噪声与错误信号的进入，仅取出人体移动时的信号。另外由于热释电传感器的输出信号是直流电压叠加的交流信号，放大器需要交流耦合。为了在传感器检测的信号正负摆动时也能输出准确的信号，比较器选择U2A、U2B组成的窗口比较器，根据传感器检测的信号，判断在某设定电平时人体的移动情况。输出控制部分采用了CD4538，当窗口比较器判断有人运动时，输出电信号，电信号反馈给ADSP-BF533的GPIO，通过多组灯光调控算法产生驱动信号，通过驱动电路驱动三原色灯体发光。
本发明实例的多组灯光调控算法的输入信号本地音乐信号和麦克输入信号均表现为音频电信号，音频信号处理的总体框图，如图8所示。音频电信号由多个正弦波叠加而形成，声音的大小在音频信号中表现为正弦波的波峰，达到波峰时声音大，在波谷时声音就小，需要一个由声音的强弱控制的触发电路，使用NE555时基电路中的单稳态电路，触发后送入ADSP-BF533的GPIO，通过多组灯光调控算法产生驱动信号，通过驱动电路驱动三原色灯体发光。声音的节奏是具有一定时间间隔的脉冲信号，音频信号输入后经过放大电路放大后进入多谐振荡调制其频率，多谐振荡产生出脉冲信号后送计数器计数后译码，再送入ADSP-BF533的GPIO，通过多组灯光调控算法产生驱动信号，通过驱动电路驱动三原色灯体发光。音调主要由声音的频率决定，同时也与声音强度有关，一定强度的纯音，音调随频率的升降而升降，对一定频率的纯音、低频纯音的音调随声强增加而下降，高频纯音的音调随强度增加而上升，应用滤波器滤出高频、低频，人类能识别的声音频率20Hz～20KHz，设置1KHz以上为高音、以下则为低音，音频信号经过滤波器后，通过限流电阻将信号送入ADSP-BF533的GPIO，通过多组灯光调控算法产生驱动信号，通过驱动电路驱动三原色灯体发光。
本发明实例的多组灯光调控算法的输入信号本地运动传感器输出信号，它的信号采集部分和输出控制部分与终端运动传感器输出信号的信号采集部分和输出控制部分相同，最后经过蓝牙通信电路将识别的动作，或者运动时加速度产生的变化转化成的电信号传输给ADSP-BF533的GPIO，通过多组灯光调控算法产生驱动信号，通过驱动电路驱动三原色灯体发光。
本发明实例的灯光颜色和亮度的调节通过PWM功能控制，PWM控制流程图，如图8所示。三原色灯体通过灯光控制驱动电路连接至ADSP-BF533控制器的TMRx口，然后通过ADSP-BF533使得该端口输出不同占空比的PWM脉冲。ADSP-BF533控制器GPIO口输出VCC电压，PWM高电平部分时间是a，PWM周期是T，则电压＝VCC*a/T，这便是PWM控制的TMRx口上的平均电压，调节PWM脉冲信号的脉冲宽度，即可实现TMRx口输出电压的变化，流过三原色灯体的电流也是变化的，三原色灯体的亮度会随着经过电流的变化而变化，从而三原色灯体渐暗渐明，实现亮度的调节。通过改变RGB三个通道的PWM占空比，改变三个颜色的发光量，可以混合出不同的光。
本发明实例的多组灯光调控算法，依据终端运动传感器输入信号X1、本地音乐信号X2、麦克输入信号X3和本地运动传感器输入信号X4产生对各个发光部分的灯光颜色和亮度的动态调控参数，调控三原色灯体输出对应的颜色和亮度。
本发明实例的多组灯光调控算法具有多个发光部分协同控制模式，协同控制模式包括一致控制输出模式、对照控制输出模式、交替控制输出模式、依次延时控制输出模式和将不同灯光调控算法参数、不同协同控制模式的分时组合控制模式。
一致控制输出模式下，每个发光部分按照相同颜色和亮度随输入信号变换，即多组灯光调控算法形式如下：
H1＝…＝Hi＝…＝HM＝H(X1，X2，X3，X4)
S1＝…＝Si＝…＝SM＝S(X1，X2，X3，X4)
C1＝…＝Ci＝…＝CM＝C(X1，X2，X3，X4)
其中i＝1、…、M，M是控制终端所控制的发光部分的最大个数，Hi对应第i组发光部分的色相，Si对应第i组发光部分的饱和度，Ci对应第i组发光部分的亮度，H()、S()、C()分别对应色相、饱和度和亮度的控制函数。每时刻计算的第i组发光部分的色相Hi、饱和度Si、亮度Ci进一步转换为三原色信号Ri、Gi、Bi，用于作为每组发光部分控制灯光控制驱动电路的输入。
对照控制输出模式下，每个发光部分可以选择不同色系，但它们的亮度遵循相同的控制随输入变化，即多组灯光调控算法形式如下：
Hi＝Hi(X1，X2，X3，X4)
Si＝Si(X1，X2，X3，X4)
C1＝…＝Ci＝…＝CM＝C(X1，X2，X3，X4)
其中Hi()、Si()是第i组发光部分的色相和饱和度控制函数，而每组发光部分的亮度由C()亮度控制函数统一调控。
交替控制输出模式下，每个发光部分的色彩和亮度按照不同相位循环变化，即多组灯光调控算法形式如下：
其中βi对应第i组发光部分的初始相位，T是交替变换控制周期，t为当前时刻，PRDH()、PRDS()和PRDC()是2π周期变换输出0至1的函数并且分别对应色相、饱和度和亮度。该模式可以应用于一对舞鞋的随节奏交替闪亮，或者舞池中灯光随节拍的依次变换。
依次延时控制输出模式下，每个发光部分的色彩和亮度的控制具有不同的设定延时，即多组灯光调控算法形式如下：
Hi＝delay(H(X1，X2，X3，X4)，Ti)
Si＝delay(S(X1，X2，X3，X4)，Ti)
Ci＝delay(C(X1，X2，X3，X4)，Ti)
其中Ti对应第i组发光部分的控制延时，delay()是延时输出函数。该模式可以应用于一对舞鞋的随节奏交替闪亮，或者舞池中灯光随节拍的依次变换。
分时组合控制模式是在不同设定时段对前述一致控制输出模式、对照控制输出模式、交替控制输出模式、依次延时控制输出模式的选择组合，达到模式随时段变换的控制效果。

Claims (9)

1.一种终端控制的可穿戴发光设备，其特征在于，该设备由控制终端和若干发光部分组成；其中控制终端由多组灯光调控算法和蓝牙通信电路组成；发光部分由蓝牙通信电路、灯光控制驱动、三原色灯体、导光体、充电电路和电池组成；控制终端通过蓝牙通信电路和若干发光部分1-M同时通信，其中M是控制终端所控制的发光部分的最大个数；多组灯光调控算法可以分别设置发光部分i的灯光颜色和亮度，并通过蓝牙通信电路发送至发光部分i，灯光控制驱动将调控发光部分i的三原色灯体的颜色和亮度，灯光通过导光体呈现，其中i＝1、…、M；发光部分的电源由电池供电，电池通过充电电路实现充电。
2.根据权利要求1所述的一种终端控制的可穿戴发光设备，其特征在于：所述的控制终端为具有蓝牙通信功能的手机终端。
3.根据权利要求1所述的一种终端控制的可穿戴发光设备，其特征在于：所述的控制终端为具有蓝牙通信功能的电脑。
4.根据权利要求1所述的一种终端控制的可穿戴发光设备，其特征在于：所述的控制终端中的多组灯光调控算法依据终端运动传感器输入信号、本地音乐信号、麦克输入信号产生对发光部分i的灯光颜色和亮度的动态调控参数，通过蓝牙通信电路发送并调控发光部分i的灯光控制驱动，三原色灯体输出对应的颜色和亮度；灯光调控算法的计算参数包括输入信号的加权选择、信号强度、信号变化频率。
5.根据权利要求4所述的一种终端控制的可穿戴发光设备，其特征在于：所述的发光部分i的本地运动传感器输出信号经过蓝牙通信电路传输给控制终端，控制终端中的多组灯光调控算法将发光部分i的本地运动传感器输出信号作为输入参数之一，产生对发光部分i的灯光颜色和亮度的调控参数。
6.根据权利要求1所述的一种终端控制的可穿戴发光设备，其特征在于：所述的发光部分i的开关按键控制发光部分的开机和关机；关机时长按开关按键，发光部分i启动后进入被控制终端识别和蓝牙配对的状态，控制终端选择配对后与发光部分i的蓝牙通信通道有效。
7.根据权利要求1所述的一种终端控制的可穿戴发光设备，其特征在于：所述的发光部分i中的导光体具有反光内衬结构。
8.根据权利要求1所述的一种终端控制的可穿戴发光设备，其特征在于：所述的发光部分i中的导光体具有聚光发射结构。
9.根据权利要求1所述的一种终端控制的可穿戴发光设备，其特征在于：所述的控制终端中的多组灯光调控算法具有多个发光部分协同控制模式，协同控制模式包括一致控制输出模式、对照控制输出模式、交替控制输出模式、依次延时控制输出模式和将不同灯光调控算法参数、不同协同控制模式的分时组合控制模式。
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