CN107835538A - 一种基于姿态感应的多彩led运动伴侣仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于姿态感应的多彩LED运动伴侣仪。本发明中充电电路给锂电池提供可靠的恒流充电电源，锂电池的电源经过稳压电路给主控及信号匹配电路、LED驱动及显示电路、传感器电路提供3.3V电源；传感器电路在主控及信号发射匹配电路中的主控芯片的控制下，将当前的三轴角速度和三轴加速度信息进行采集，所得六轴数据传回主控芯片进行处理，主控芯片经过处理得到当前的姿态，并根据预设信息和触发规则将发光的信息传输给LED驱动及显示电路，LED驱动及显示电路根据从主控芯片得到的数据驱动八个全彩LED发光。本发明电路结构简单，实用性强。

Description

一种基于姿态感应的多彩LED运动伴侣仪

技术领域

本发明涉及一种基于姿态感应的多彩LED控制电路，具体可应用于运动过程中实现运动姿态显示及LED闪烁交互。

背景技术

运动正被人们逐渐的重视起来，对于久坐办公室的白领和宅在宿舍的学生等人群来说，各种球类运动、游泳、轮滑、跑步甚至是广场舞都是很好的运动形式，人们从中会收获很多，包括健康、轻松的身体以及饱满的精神状态。

随着科技的进步，各种运动伴侣也应运而生。经研究表明，在众运动项目中，跑步最影响寿命，跑步既可以快速消除人的不良情绪，又能锻炼身体。针对跑步这项运动目前市面上比较常见的运动伴侣有以下的几类：

第一类是手机APP，基于手机中已有的硬件如GPS、陀螺仪等，记录人们运动的步伐、路径、速度等，同时还配有丰富的社交功能；第二类是运动腕带，智能硬件结合低功耗的主控可以记录运动步数、消耗的卡路里数和监测人的心率，有的还拥有和手机APP同步的功能，对数据进行绘图从而直观的显示出来，并提供一些较为专业的参考意见；第三类是运动装备，例如网上比较热销的运动耳机，无线、轻便、防水等等都是它的特征，还有些更专业的耳机同样拥有追踪用户运动的功能，能够追踪用户心率、速度、距离以及卡路里燃烧。

随着社会发展，人们的生活节奏越来越快，忙碌的工作使得越来越多的人选择夜跑。但是夜晚外出运动存在着很多安全隐患，为了在黑暗的夜晚，让行人与车辆注意到你的存在，必须让自己变得醒目。所以夜晚运动需要发光或者反光的装备来提醒其他人你的位置。而目前市面上并没有针对夜跑或者是夜晚运动时专用的运动伴侣。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于姿态感应的多彩LED运动伴侣仪。

本发明包括主控及信号发射匹配电路，LED驱动及显示电路，传感器电路，稳压电路，充电电路，电源保护电路。

所述的主控及信号发射匹配电路包括主控芯片U1、电阻R1、R2、R3、电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、电感L1、L2、L3、L4、晶振Y1、Y2、发射天线P1。主控芯片U1的10脚、21脚、24脚、27脚、28脚、29脚、31脚、39脚接3.3V电源，主控芯片U1的1脚、4脚、41脚接地GND；主控芯片U1的2脚、3脚分别与电阻R1、R2的一端相接，电阻R1、R2的另一端接3.3V电源。3.3V电源分别与电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8的一端相连，电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8的另一端接地GND。主控芯片U1的30脚与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端接地GND。主控芯片U1的40引脚与电容C14的一端相连，电容C14的另一端接地GND。主控芯片U1的23脚与晶振Y1的1脚和电容C15的一端相连，电容C15的另一端与晶振Y1的2脚相连并接地GND。主控芯片U1的22脚与晶振Y1的3脚和电容C16的一端相连，电容C16的另一端与晶振Y1的4脚相连并接地GND。主控芯片U1的33脚分别与晶振Y2的1脚和电容C17的一端相连，电容C17的另一端接地GND，主控芯片U1的32脚分别与晶振Y2的2脚和电容C18的一端相连，电容C18的另一端接地GND。主控芯片U1的25脚与电容C9的一端相连，电容C9的另一端分别与电感L1和电容C10的一端相连，电感L1的另一端接地GND，电容C10的另一端分别接电感L2和电感L4的一端, 电感L2的另一端分别接电容C12和电感L3的一端，电容C12的另一端与地相连，电感L3的另一端与天线P1的2脚相连，天线P1的1脚与地相连；电感L4的另一端分别与电容C11的一端和电容C13的一端相连，电容C13的另一端接地GND。电容C11的另一端接主控芯片U1的26脚。

所述的LED驱动及显示电路包括LED驱动芯片U2、U3、U4，发光二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8，电阻R4、R5、R6，电容C19、C20、C21。电容C19、C20、C21的一端接3.3V电源，电容C19、C20、C21的另一端接地GND；LED驱动芯片U2的2脚、3脚、4脚、5脚、8脚、13脚、16脚接地GND，驱动芯片U2的20脚接3.3V电源，驱动芯片U2的6脚接发光二极管D2的3脚，驱动芯片U2的7脚接发光二极管D1的4脚，驱动芯片U2的9脚接发光二极管D1的1脚，驱动芯片U2的10脚接发光二极管D1的3脚，驱动芯片U2的11脚接发光二极管D2的1脚，驱动芯片U2的12脚接发光二极管D2的4脚，驱动芯片U2的14脚接发光二极管D3的1脚，驱动芯片U2的15脚接发光二极管D3的3脚，驱动芯片U2的17脚接主控芯片U1的36脚，驱动芯片U2的18脚接主控芯片U1的2脚，驱动芯片U2的19脚接主控芯片U1的3脚，驱动芯片U2的1脚接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接地GND；LED驱动芯片U3的3脚、4脚、5脚、8脚、13脚、16脚接地GND，驱动芯片U3的2脚、20脚接3.3V电源，驱动芯片U3的6脚接发光二极管D6的3脚，驱动芯片U3的7脚接发光二极管D6的1脚，驱动芯片U3的9脚接发光二极管D6的4脚，驱动芯片U3的10脚接发光二极管D4的3脚，驱动芯片U3的11脚接发光二极管D5的4脚，驱动芯片U3的12脚接发光二极管D5的1脚，驱动芯片U3的14脚接发光二极管D5的3脚，驱动芯片U3的15脚接发光二极管D3的4脚，驱动芯片U3的17脚接主控芯片U1的9脚，驱动芯片U3的18脚接主控芯片U1的2脚，驱动芯片U3的19接主控芯片U1的3脚，驱动芯片U3的1脚接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接地GND；LED驱动芯片U4的2脚、4脚、5脚、8脚、13脚、16脚接地GND，驱动芯片U4的3脚、20脚接3.3V电源，驱动芯片U4的6脚接发光二极管D7的3脚，驱动芯片U4的7脚接发光二极管D7的1脚，驱动芯片U4的9脚接发光二极管D4的4脚，驱动芯片U4的10脚接发光二极管D4的1脚，驱动芯片U4的11脚接发光二极管D8的4脚，驱动芯片U4的12脚接发光二极管D8的1脚，驱动芯片U4的14脚接发光二极管D8的3脚，驱动芯片U4的15脚接发光二极管D7的4脚，驱动芯片U4的17脚接主控芯片U1的15脚，驱动芯片U4的18脚接主控芯片U1的2脚，驱动芯片U4的19脚接主控芯片U1的3脚，驱动芯片U4的1脚接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接地GND；发光二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8的2脚接3.3V电源。

所述的传感器电路包括六轴传感器U5、电阻R7、R8、电容C22、C23、C24、C25。六轴传感器U5的1脚、11脚、9脚、18脚接地GND，六轴传感器U5的8脚、13脚和电容C22、C23及电阻R8的一端相连，电容C22、C23的另一端接地GND，电阻R8的另一端接3.3V电源。六轴传感器U5的10脚和电容C25的一端相连，电容C25的另一端接地GND。六轴传感器U5的20脚和电容C24的一端相连，电容C24的另一端接地GND。六轴传感器U5的23脚接主控芯片U1的2脚，六轴传感器U1的24脚接主控芯片U1的3脚，六轴传感器U5的12脚和电阻R7的一端相连，R7的另一端接主控芯片U1的7脚。

所述的稳压电路包括电源转换芯片U6，电感L5，电容C26、C27、C28、C29，开关S1。电源转换芯片U6的1脚、10脚相连，作为3.3V电源输出。电容C28，C29的一端接电源转换芯片U6的1脚，电容C28，C29的另一端接地GND。电源转换芯片U6的3脚、9脚、11脚接地GND。电源转换芯片U6的2脚接电感L5的一端，电感L5的另一端接电源转换芯片U6的4脚，电源转换芯片U6的5脚接电容C26的一端及开关S1的4脚、6脚，电容C26的另一端接地GND，电源转换芯片U6的6脚、7脚、8脚接电容C27的一端，电容C27的另一端接地GND，开关S1的2脚、5脚与锂电池正极VBat相连，开关S1的3脚与主控芯片U1的13脚相连。

所述的充电电路包括充电芯片U7、电阻R9、R10、R11、电容C30、发光二极管D9、接插件J1、J2。充电芯片U7的1脚接发光二极管D9的负极，发光二极管D9的正极与电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端接5V电源，充电芯片U7的2脚接地GND，充电芯片U7的3脚与锂电池的正极VBat相连，充电芯片U7的4脚与5V电源及电容C30的一端相连，电容C30的另一端接电阻R9的一端，电阻R9的另一端与地相连，充电芯片U7的5脚与电阻R11的一端相连，R11的另一端接地GND，接插件J1的1脚接5V电源，接插件J1的2脚接地GND，接插件J2的1脚接锂电池的正极，接插件J2的2脚接负极B-。

所述的电源保护电路6包括电源保护芯片U8、电源保护芯片U9、电阻R12、R13、电容C31。电源保护芯片U8的1脚接锂电池的负极B-，电源保护芯片U8的2脚与电源保护芯片U8的5脚相连，电源保护芯片U8的3脚分别与地和电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端与电源保护芯片U9的2脚相连，电源保护芯片U8的4脚与电源保护芯片U9的3脚相连，电源保护芯片U8的6脚与电源保护芯片U9的1脚相连，电源保护芯片U9的5脚与电容C31的一端及电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端与锂电池正极相连，电容C31的另一端与锂电池负极B-及电源保护芯片U9的6脚相连。

本发明所述的六轴传感器U5，充电芯片U7，电源保护芯片U8、U9，主控芯片U1，电源转换芯片U6，LED驱动芯片U2、U3、U4均采用成熟产品，传感器U5采用InvenSense公司的六轴传感器芯片MPU6050，包括三轴加速度、三轴角速度，充电芯片U7使用Linear公司的充电芯片LTC4054芯片，电源保护芯片U8使用Hottech公司的共漏极N沟道增强型功率场效应管8205A芯片，电源保护芯片U9使用富晶半导股份有限公司的电池保护集成电路DW01芯片，主控芯片U1使用美国TI公司的CC2541芯片，LED驱动芯片U2、U3、U4使用美国TI公司的TLC59108芯片。

本发明的工作过程如下：通过六轴传感器U5采集三轴加速度以及三轴角速度，并将采集到的数据传输给主控芯片U1，主控芯片U1将接收到的数据进行整合处理并进行姿态解算，得到此时六轴传感器U5处于的姿态，根据此时的姿态信息以及相应的姿态判断算法将控制信号传入LED驱动芯片U2、U3、U4，LED驱动芯片根据控制信号再控制相应的LED灯的闪烁轮询、RGB颜色、明暗亮度，手机也可以通过蓝牙4.0协议与主控芯片U1进行通信，并且能够控制多个LED灯的不同展示效果，同时主控芯片U1也能够将运动姿态情况传输至手机端APP软件。本发明中的一个串口作为调试接口，而Debug接口则是作为系统的固件升级和系统仿真的接口使用。

本发明与背景技术相比具有的有益效果是：本发明能够解决目前市面上没有针对夜跑等夜晚运动的运动伴侣现象，本发明涉及的一种基于姿态感应的多彩LED运动伴侣可填补这一技术领域的空白。

附图说明

图1是本发明的整体电路示意图。

图2是本发明的主控及信号发射匹配电路示意图。

图3是本发明的LED驱动及显示电路示意图。

图4是本发明的传感器电路示意图。

图5是本发明的稳压电路示意图。

图6是本发明的充电电路示意图。

图7是本发明的电源保护电路示意图。

图8是本发明的调试和固件升级接口电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本实施例包括主控及信号发射匹配电路1，LED驱动及显示电路2，传感器电路3，稳压电路4，充电电路5，电源保护电路6，调试和固件升级接口电路7。充电电路5给锂电池提供可靠的恒流充电电源，电源保护电路6判断锂电池是否存在过充和过放现象，若无此现象则保持通路，锂电池的电源经过稳压电路4给主控及信号匹配电路1、LED驱动及显示电路2、传感器电路3提供3.3V电源。传感器电路3在主控及信号发射匹配电路1中的主控芯片U1的控制下，将当前的三轴角速度和三轴加速度信息进行采集，所得六轴数据传回主控芯片U1进行处理，主控芯片U1经过处理得到当前的姿态，并根据预设信息和触发规则将发光的信息传输给LED驱动及显示电路2，LED驱动及显示电路2的U2、U3、U4根据从主控芯片U1得到的数据驱动D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8八个全彩LED发光，同时主控利用2.4G信号匹配电路通过无线蓝牙4.0通信协议将整合处理后的数据发送至手机端，在手机端APP将数据进一步处理可以得到当前运动姿态的判断信息，手机也可以通过蓝牙通信来设置LED发光规则。调试和固件升级电路7中包括一个串口和一个Debug接口，串口作为信息打印接口和预留外部串行接口传感器，而Debug接口则是作为系统的固件升级的接口和调试接口使用。

如图2所示，主控及信号发射匹配电路1包括主控芯片U1、电阻R1、R2、R3、电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、电感L1、L2、L3、L4、晶振Y1、Y2、发射天线P1。其中主控芯片U1为TI公司的CC2541。主控芯片U1的10脚、21脚、24脚、27脚、28脚、29脚、31脚、39脚接3.3V电源，主控芯片U1的1脚、4脚、41脚接地GND；主控芯片U1的2脚、3脚分别与电阻R1、R2的一端相接，电阻R1、R2的另一端接3.3V电源。3.3V电源分别与电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8的一端相连，电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8的另一端接地GND。主控芯片U1的30脚与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端接地GND。主控芯片U1的40引脚与电容C14的一端相连，电容C14的另一端接地GND。主控芯片U1的23脚与晶振Y1的1脚和电容C15的一端相连，电容C15的另一端与晶振Y1的2脚相连并接地GND。主控芯片U1的22脚与晶振Y1的3脚和电容C16的一端相连，电容C16的另一端与晶振Y1的4脚相连并接地GND。主控芯片U1的33脚分别与晶振Y2的1脚和电容C17的一端相连，电容C17的另一端接地GND，主控芯片U1的32脚分别与晶振Y2的2脚和电容C18的一端相连，电容C18的另一端接地GND。主控芯片U1的25脚与电容C9的一端相连，电容C9的另一端分别与电感L1和电容C10的一端相连，电感L1的另一端接地GND，电容C10的另一端分别接电感L2和电感L4的一端, 电感L2的另一端分别接电容C12和电感L3的一端，电容C12的另一端与地相连，电感L3的另一端与天线P1的2脚相连，天线P1的1脚与地相连；电感L4的另一端分别与电容C11的一端和电容C13的一端相连，电容C13的另一端接地GND。电容C11的另一端接主控芯片U1的26脚。主控芯片U1通过I²C接口驱动LED驱动芯片U2、U3、U4和六轴传感器U5，负责采集六轴传感器U5的姿态传感数据，根据姿态信息控制8颗全彩LED，同时负责与手机端APP的蓝牙通信。

如图3所示，LED驱动及显示电路2包括LED驱动芯片U2、U3、U4，发光二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8，电阻R4、R5、R6，电容C19、C20、C21。其中LED驱动芯片U2、U3、U4采用的是TI公司的TLC59108。电容C19、C20、C21的一端接3.3V电源，电容C19、C20、C21的另一端接地GND；LED驱动芯片U2的2脚、3脚、4脚、5脚、8脚、13脚、16脚接地GND，驱动芯片U2的20脚接3.3V电源，驱动芯片U2的6脚接发光二极管D2的3脚，驱动芯片U2的7脚接发光二极管D1的4脚，驱动芯片U2的9脚接发光二极管D1的1脚，驱动芯片U2的10脚接发光二极管D1的3脚，驱动芯片U2的11脚接发光二极管D2的1脚，驱动芯片U2的12脚接发光二极管D2的4脚，驱动芯片U2的14脚接发光二极管D3的1脚，驱动芯片U2的15脚接发光二极管D3的3脚，驱动芯片U2的17脚接主控芯片U1的36脚，驱动芯片U2的18脚接主控芯片U1的2脚，驱动芯片U2的19脚接主控芯片U1的3脚，驱动芯片U2的1脚接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接地GND；LED驱动芯片U3的3脚、4脚、5脚、8脚、13脚、16脚接地GND，驱动芯片U3的2脚、20脚接3.3V电源，驱动芯片U3的6脚接发光二极管D6的3脚，驱动芯片U3的7脚接发光二极管D6的1脚，驱动芯片U3的9脚接发光二极管D6的4脚，驱动芯片U3的10脚接发光二极管D4的3脚，驱动芯片U3的11脚接发光二极管D5的4脚，驱动芯片U3的12脚接发光二极管D5的1脚，驱动芯片U3的14脚接发光二极管D5的3脚，驱动芯片U3的15脚接发光二极管D3的4脚，驱动芯片U3的17脚接主控芯片U1的9脚，驱动芯片U3的18脚接主控芯片U1的2脚，驱动芯片U3的19接主控芯片U1的3脚，驱动芯片U3的1脚接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接地GND；LED驱动芯片U4的2脚、4脚、5脚、8脚、13脚、16脚接地GND，驱动芯片U4的3脚、20脚接3.3V电源，驱动芯片U4的6脚接发光二极管D7的3脚，驱动芯片U4的7脚接发光二极管D7的1脚，驱动芯片U4的9脚接发光二极管D4的4脚，驱动芯片U4的10脚接发光二极管D4的1脚，驱动芯片U4的11脚接发光二极管D8的4脚，驱动芯片U4的12脚接发光二极管D8的1脚，驱动芯片U4的14脚接发光二极管D8的3脚，驱动芯片U4的15脚接发光二极管D7的4脚，驱动芯片U4的17脚接主控芯片U1的15脚，驱动芯片U4的18脚接主控芯片U1的2脚，驱动芯片U4的19脚接主控芯片U1的3脚，驱动芯片U4的1脚接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接地GND；发光二极管 D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8的2脚接3.3V电源。

如图4所示，传感器电路3包括六轴传感器U5、电阻R7、R8、电容C22、C23、C24、C25。其中传感器U5采用InvenSense公司推出的一款六轴传感器模块MPU6050，包括三轴加速度，三轴角速度。六轴传感器U5的1脚、11脚、9脚、18脚接地GND，六轴传感器U5的8脚、13脚和电容C22、C23及电阻R8的一端相连，电容C22、C23的另一端接地GND，电阻R8的另一端接3.3V电源。六轴传感器U5的10脚和电容C25的一端相连，电容C25的另一端接地GND。六轴传感器U5的20脚和电容C24的一端相连，电容C24的另一端接地GND。六轴传感器U5的23脚接主控芯片U1的2脚，六轴传感器U1的24脚接主控芯片U1的3脚，六轴传感器U5的12脚和电阻R7的一端相连，R7的另一端接主控芯片U1的7脚。

如图5所示，稳压电路4包括电源转换芯片U6，电感L5，电容C26、C27、C28、C29，开关S1。其中电源转换芯片U6采用的是TI公司生产的一款升降压开关芯片TPS63030。电源转换芯片U6的1脚、10脚相连，作为3.3V电源输出。电容C28，C29的一端接电源转换芯片U6的1脚，电容C28，C29的另一端接地GND。电源转换芯片U6的3脚、9脚、11脚接地GND。电源转换芯片U6的2脚接电感L5的一端，电感L5的另一端接电源转换芯片U6的4脚，电源转换芯片U6的5脚接电容C26的一端及开关S1的4脚、6脚，电容C26的另一端接地GND，电源转换芯片U6的6脚、7脚、8脚接电容C27的一端，电容C27的另一端接地GND，开关S1的2脚、5脚与锂电池正极VBat相连，开关S1的3脚与主控芯片U1的13脚相连。

如图6所示，充电电路5包括充电芯片U7、电阻R9、R10、R11、电容C30、发光二极管D9、接插件J1、J2。充电芯片使用的是Linear公司的LTC4054。充电芯片U7的1脚接发光二极管D9的负极，发光二极管D9的正极与电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端接5V电源，充电芯片U7的2脚接地GND，充电芯片U7的3脚与锂电池的正极VBat相连，充电芯片U7的4脚与5V电源及电容C30的一端相连，电容C30的另一端接电阻R9的一端，电阻R9的另一端接地，充电芯片U7的5脚与电阻R11的一端相连，R11的另一端接地GND，接插件J1的1脚接5V电源，接插件J1的2脚接地GND，接插件J2的1脚接锂电池的正极，接插件J2的2脚接负极B-。

如图7所示，电源保护电路6包括电源保护芯片U8、电源保护芯片U9、电阻R12、R13、电容C31。电源保护芯片U8使用Hottech公司的共漏极N沟道增强型功率场效应管8205A，电源保护芯片U9使用富晶半导股份有限公司的电池保护集成电路DW01。电源保护芯片U8的1脚接锂电池的负极B-，电源保护芯片U8的2脚与电源保护芯片U8的5脚相连，电源保护芯片U8的3脚分别与地和电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端与电源保护芯片U9的2脚相连，电源保护芯片U8的4脚与电源保护芯片U9的3脚相连，电源保护芯片U8的6脚与电源保护芯片U9的1脚相连，电源保护芯片U9的5脚与电容C31的一端及电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端与锂电池正极VBat相连，电容C31的另一端与锂电池负极B-及电源保护芯片U9的6脚相连。

如图8所示，调试和固件升级接口电路7包括接插件J3、J4。接插件J3的1脚接3.3V电源，接插件J3的2脚接主控芯片U1的20脚，接插件J3的3脚接主控芯片U1的34脚，接插件J3的4脚接主控芯片U1的35脚，接插件J3的5脚接地GND，通过外接TI公司生产的CC-Debugger调试器进行程序下载和调试。接插件J4的1脚接主控芯片U1的6脚，接插件J4的2脚接主控芯片U1的5脚，接插件J4的3脚接地GND，通过外接RS-232与电脑进行串口通信，进行信息打印和信息交互。

本发明的工作模式如下：当佩戴者进入运动状态时，传感器开始采集此时佩戴者的运动姿态，根据姿态解算的结果确定当前运动者步伐的快慢、运动时间的长短等信息进行变色、轮闪、发光。佩戴上该运动伴侣，若处于无蓝牙连接的状态下，则按照上一次储存的发光规则和触发机制运行。若处于蓝牙连接状态时，则可以通过手机客户端对运动伴侣进行参数设置，包括发光规则、触发机制和一些用户的喜好设置，并且运动伴侣的运动数据也可传回手机客户端进行进一步的数据分析和统计，为用户提供一个直观的运动状态的采集，同时也增加了运动的视觉体验。

本实施例的主要技术参数如下：

（1）全色LED粒数：8颗；

（2）色彩调节级数：256级；

（3）静态角度误差：<1°；

（4）锂电池容量：360mAH；

（5）数据传输方式：蓝牙4.0；

（6）连续工作时长：>3H。

综上，本实施例使用低功耗的蓝牙4.0 SOC芯片CC2541，通过蓝牙通信可以实现与手机的信息交互；使用MPU6050三轴陀螺仪、三轴角加速度器芯片来实现姿态感应；同时在四周有8个全彩LED灯经过驱动芯片TLC59108实现RGB全彩的颜色显示与状态轮询，通过，基于姿态感应的多彩LED可以表示步伐的快慢、运动时间的长短等多种状态信息；运动伴侣使用可充电的锂电池，利用LTC4054集成了高效的充电电路，并通过DW01和8205A芯片实现了防过充和过放以及短路的保护电路。

Claims (9)

1.一种基于姿态感应的多彩LED运动伴侣仪，包括主控及信号发射匹配电路，LED驱动及显示电路，传感器电路，稳压电路，充电电路，电源保护电路，其特征在于：充电电路给锂电池提供可靠的恒流充电电源，电源保护电路判断锂电池是否存在过充和过放现象，若无此现象则保持通路，锂电池的电源经过稳压电路给主控及信号匹配电路、LED驱动及显示电路、传感器电路提供3.3V电源；传感器电路在主控及信号发射匹配电路中的主控芯片的控制下，将当前的三轴角速度和三轴加速度信息进行采集，所得六轴数据传回主控芯片进行处理，主控芯片经过处理得到当前的姿态，并根据预设信息和触发规则将发光的信息传输给LED驱动及显示电路，LED驱动及显示电路根据从主控芯片得到的数据驱动八个全彩LED发光，同时利用主控及信号发射匹配电路通过无线蓝牙通信协议将整合处理后的数据发送至手机端，手机端APP将数据进一步处理得到当前运动姿态的判断信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于姿态感应的多彩LED运动伴侣仪，其特征在于：所述的主控及信号发射匹配电路包括主控芯片U1、电阻R1、R2、R3、电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、电感L1、L2、L3、L4、晶振Y1、Y2、发射天线P1；主控芯片U1的10脚、21脚、24脚、27脚、28脚、29脚、31脚、39脚接3.3V电源，主控芯片U1的1脚、4脚、41脚接地GND；主控芯片U1的2脚、3脚分别与电阻R1、R2的一端相接，电阻R1、R2的另一端接3.3V电源；3.3V电源分别与电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8的一端相连，电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8的另一端接地GND；主控芯片U1的30脚与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端接地GND；主控芯片U1的40引脚与电容C14的一端相连，电容C14的另一端接地GND；主控芯片U1的23脚与晶振Y1的1脚和电容C15的一端相连，电容C15的另一端与晶振Y1的2脚相连并接地GND；主控芯片U1的22脚与晶振Y1的3脚和电容C16的一端相连，电容C16的另一端与晶振Y1的4脚相连并接地GND；主控芯片U1的33脚分别与晶振Y2的1脚和电容C17的一端相连，电容C17的另一端接地GND，主控芯片U1的32脚分别与晶振Y2的2脚和电容C18的一端相连，电容C18的另一端接地GND；主控芯片U1的25脚与电容C9的一端相连，电容C9的另一端分别与电感L1和电容C10的一端相连，电感L1的另一端接地GND，电容C10的另一端分别接电感L2和电感L4的一端,电感L2的另一端分别接电容C12和电感L3的一端，电容C12的另一端与地相连，电感L3的另一端与天线P1的2脚相连，天线P1的1脚与地相连；电感L4的另一端分别与电容C11的一端和电容C13的一端相连，电容C13的另一端接地GND；电容C11的另一端接主控芯片U1的26脚,所述主控芯片U1使用美国TI公司的CC2541芯片。

3.根据权利要求2所述的一种基于姿态感应的多彩LED运动伴侣仪，其特征在于：所述的LED驱动及显示电路包括LED驱动芯片U2、U3、U4，发光二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8，电阻R4、R5、R6，电容C19、C20、C21；电容C19、C20、C21的一端接3.3V电源，电容C19、C20、C21的另一端接地GND；LED驱动芯片U2的2脚、3脚、4脚、5脚、8脚、13脚、16脚接地GND，驱动芯片U2的20脚接3.3V电源，驱动芯片U2的6脚接发光二极管D2的3脚，驱动芯片U2的7脚接发光二极管D1的4脚，驱动芯片U2的9脚接发光二极管D1的1脚，驱动芯片U2的10脚接发光二极管D1的3脚，驱动芯片U2的11脚接发光二极管D2的1脚，驱动芯片U2的12脚接发光二极管D2的4脚，驱动芯片U2的14脚接发光二极管D3的1脚，驱动芯片U2的15脚接发光二极管D3的3脚，驱动芯片U2的17脚接主控芯片U1的36脚，驱动芯片U2的18脚接主控芯片U1的2脚，驱动芯片U2的19脚接主控芯片U1的3脚，驱动芯片U2的1脚接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接地GND；LED驱动芯片U3的3脚、4脚、5脚、8脚、13脚、16脚接地GND，驱动芯片U3的2脚、20脚接3.3V电源，驱动芯片U3的6脚接发光二极管D6的3脚，驱动芯片U3的7脚接发光二极管D6的1脚，驱动芯片U3的9脚接发光二极管D6的4脚，驱动芯片U3的10脚接发光二极管D4的3脚，驱动芯片U3的11脚接发光二极管D5的4脚，驱动芯片U3的12脚接发光二极管D5的1脚，驱动芯片U3的14脚接发光二极管D5的3脚，驱动芯片U3的15脚接发光二极管D3的4脚，驱动芯片U3的17脚接主控芯片U1的9脚，驱动芯片U3的18脚接主控芯片U1的2脚，驱动芯片U3的19接主控芯片U1的3脚，驱动芯片U3的1脚接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接地GND；LED驱动芯片U4的2脚、4脚、5脚、8脚、13脚、16脚接地GND，驱动芯片U4的3脚、20脚接3.3V电源，驱动芯片U4的6脚接发光二极管D7的3脚，驱动芯片U4的7脚接发光二极管D7的1脚，驱动芯片U4的9脚接发光二极管D4的4脚，驱动芯片U4的10脚接发光二极管D4的1脚，驱动芯片U4的11脚接发光二极管D8的4脚，驱动芯片U4的12脚接发光二极管D8的1脚，驱动芯片U4的14脚接发光二极管D8的3脚，驱动芯片U4的15脚接发光二极管D7的4脚，驱动芯片U4的17脚接主控芯片U1的15脚，驱动芯片U4的18脚接主控芯片U1的2脚，驱动芯片U4的19脚接主控芯片U1的3脚，驱动芯片U4的1脚接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接地GND；发光二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8的2脚接3.3V电源，所述的LED驱动芯片U2、U3、U4使用美国TI公司的TLC59108芯片。

4.根据权利要求3所述的一种基于姿态感应的多彩LED运动伴侣仪，其特征在于：所述的传感器电路包括六轴传感器U5、电阻R7、R8、电容C22、C23、C24、C25；六轴传感器U5的1脚、11脚、9脚、18脚接地GND，六轴传感器U5的8脚、13脚和电容C22、C23及电阻R8的一端相连，电容C22、C23的另一端接地GND，电阻R8的另一端接3.3V电源；六轴传感器U5的10脚和电容C25的一端相连，电容C25的另一端接地GND；六轴传感器U5的20脚和电容C24的一端相连，电容C24的另一端接地GND；六轴传感器U5的23脚接主控芯片U1的2脚，六轴传感器U1的24脚接主控芯片U1的3脚，六轴传感器U5的12脚和电阻R7的一端相连，R7的另一端接主控芯片U1的7脚，所述的六轴传感器U5 采用InvenSense公司的MPU6050芯片。

5.根据权利要求4所述的一种基于姿态感应的多彩LED运动伴侣仪，其特征在于：所述的稳压电路包括电源转换芯片U6，电感L5，电容C26、C27、C28、C29，开关S1；电源转换芯片U6的1脚、10脚相连，作为3.3V电源输出；电容C28，C29的一端接电源转换芯片U6的1脚，电容C28，C29的另一端接地GND；电源转换芯片U6的3脚、9脚、11脚接地GND；电源转换芯片U6的2脚接电感L5的一端，电感L5的另一端接电源转换芯片U6的4脚，电源转换芯片U6的5脚接电容C26的一端及开关S1的4脚、6脚，电容C26的另一端接地GND，电源转换芯片U6的6脚、7脚、8脚接电容C27的一端，电容C27的另一端接地GND，开关S1的2脚、5脚与锂电池正极VBat相连，开关S1的3脚与主控芯片U1的13脚相连。

6.根据权利要求5所述的一种基于姿态感应的多彩LED运动伴侣仪，其特征在于：所述的充电电路包括充电芯片U7、电阻R9、R10、R11、电容C30、发光二极管D9、接插件J1、J2；充电芯片U7的1脚接发光二极管D9的负极，发光二极管D9的正极与电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端接5V电源，充电芯片U7的2脚接地GND，充电芯片U7的3脚与锂电池的正极VBat相连，充电芯片U7的4脚与5V电源及电容C30的一端相连，电容C30的另一端接电阻R9的一端，电阻R9的另一端与地相连，充电芯片U7的5脚与电阻R11的一端相连，R11的另一端接地GND，接插件J1的1脚接5V电源，接插件J1的2脚接地GND，接插件J2的1脚接锂电池的正极，接插件J2的2脚接负极B-，所述的充电芯片U7使用Linear公司的LTC4054芯片。

7.根据权利要求6所述的一种基于姿态感应的多彩LED运动伴侣仪，其特征在于：所述的电源保护电路包括电源保护芯片U8、电源保护芯片U9、电阻R12、R13、电容C31；电源保护芯片U8的1脚接锂电池的负极B-，电源保护芯片U8的2脚与电源保护芯片U8的5脚相连，电源保护芯片U8的3脚分别与地和电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端与电源保护芯片U9的2脚相连，电源保护芯片U8的4脚与电源保护芯片U9的3脚相连，电源保护芯片U8的6脚与电源保护芯片U9的1脚相连，电源保护芯片U9的5脚与电容C31的一端及电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端与锂电池正极相连，电容C31的另一端与锂电池负极B-及电源保护芯片U9的6脚相连，所述的电源保护芯片U8使用Hottech公司的共漏极N沟道增强型功率场效应管8205A芯片，电源保护芯片U9使用富晶半导股份有限公司的电池保护集成电路DW01芯片。

8.根据权利要求1所述的一种基于姿态感应的多彩LED运动伴侣仪，其特征在于：手机通过蓝牙通信来设置LED发光规则。

9.根据权利要求1或2所述的一种基于姿态感应的多彩LED运动伴侣仪，其特征在于：还包括调试和固件升级电路7中，所述调试和固件升级电路7包括一个串口和一个Debug接口，串口作为信息打印接口和预留外部串行接口传感器，而Debug接口则是作为系统的固件升级的接口和调试接口使用。