CN108174319A - 一种基于mems压力传感器的耳机智能控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于MEMS压力传感器的耳机智能控制装置，通过在由弹性挂架连接的耳机听筒内设置有MEMS压力传感器，耳机戴在头上时，耳机听筒张开使得挂架发生弹性形变，或者手动按压耳机听筒，从而在耳机听筒的接触面上形成压力，引起MEMS压力传感器中的电阻应变片发生弹性形变，MEMS压力传感器受力获得一个与压力相关的信号，经运算放大器的进行调理和放大之后，送入峰值检波器进行检波，检波后的信号经模数转换器转换后送与微控制器中进行数据处理，进而判断耳机当前的使用状态，并输出一个脉冲信号，播放设备的开关模块接该收脉冲信号实现自动开关控制，通过力的变化就可以控制传输信号的变化，从而对于耳机的使用状态进行控制，有效地节省了功耗。
Description
技术领域
本发明涉及耳机智能控制装置，具体涉及一种基于MEMS压力传感器的耳机智能控制装置。
背景技术
耳机是在影音设备和通讯设备中广泛使用的个人声音播放设备，将音源信号转换成声音供用户接听。头戴式耳机通过由挂架和两个内藏发声设备的耳罩式听筒组成，两个耳罩罩在耳廓上，声音传入耳道，耳罩还可以隔绝外部噪声，获取到更好的声音效果。
但在观影或者听音乐时，有时由于突发或者意外情况，使用者不得不立马摘下耳机来不及关闭播放器而转向其他工作，但此时播放器仍然继续播放，等再回来时，往往已经错过了一部分情节，同时播放器也产生了不必要的能源消耗，如果能有效检测出耳机的佩戴状态，当耳机脱落时，播放器即自动暂停，当耳机再次带上时，即继续上次播放，将能有效的改善该情况的发生。
此外，当前耳机为了实现对耳机切换曲目，使用单双声道等功能的设置，往往在耳机上设置了多个按键，造成了不必要的部件冗余设计，如果用户能通过对听筒的长按、连按实现上述功能的切换，可极大的提高部件的使用效率，减少冗余部件，极大提高用户的使用体验。
发明内容
有鉴于此，本发明的公开了一种基于MEMS压力传感器的耳机智能控制装置，可通过检测耳机是否佩戴，来智能控制耳机的开关。
第一方面：
本发明公开了一种基于MEMS压力传感器的耳机智能控制装置，该控制装置包括：
一MEMS压力传感器，用于检测耳机听筒表面的压力变化，进而输出一个与压力相关的信号；
一运算放大器，用于将上述与压力相关的信号进行调理和放大；
一峰值检波器，用于对信号进行检波，得出较为平稳的直流信号；
一模数转换器，用于流信号转换为数字信号；以及
一微控制器，用于对数据进行处理，进而判断耳机当前的使用状态并输出一个脉冲信号，播放设备的开关模块接该收脉冲信号实现自动开关控制。
进一步地，所述MEMS压力传感器置于耳机听筒的耳罩上，所述MEMS压力传感器为硅压阻式压力传感器。
进一步地，所述MEMS压力传感器中设有四个高精密半导体电阻，所述电阻弹性形变的方向和耳罩受力形变的方向一致，用于检测耳机听筒与使用者头部接产生的压力，从而破坏MEMS压力传感器内原先惠斯顿电桥的平衡，电桥输出幅值与压力成正比的交流电压信号。
进一步地，所述峰值检波器检波后输出的信号经模数转换器转换后为数字信号V，所述微控制器内设定有阈值REF1和阈值REF2，阈值REF1和阈值REF2用于和微控制器接收的数字信号V作比较从而判断耳机当前的使用状态。
进一步地，当REF1<V<REF2时，所述微控制器的GPIO引脚将会输出一个上升沿信号至播放设备，控制播放设备处于播放状态；
当V<REF1时，所述微控制器的GPIO引脚将会输出一个下降沿信号至播放设备，控制播放设备处于暂停状态；
当V>REF2时，所述微控制器的GPIO引脚发送指令到播放设备，控制播放设备进入命令状态。
进一步地，所述播放设备进入命令状态时，使用者在单位时间T1内向耳机施加两次压力，则为双击操作，否则为无效操作；使用者在单位时间T2内持续输出高电平，则为长按操作，从而控制耳机从当前的第一处理状态切换成第二处理状态。
进一步地，所述第一处理状态和第二处理状态不同，且第一处理状态和第二处理状态为快进、暂停、上一曲、下一曲和声道选择中的其中一种。
进一步地，所述耳机听筒间连接有一挂架，所述挂架为弹性材料制成，当处于正常状态时，耳机听筒间形成一个很小的间隔，当耳机戴在头上时，两端的耳机听筒张开使得挂架发生弹性形变，进而在耳机听筒的接触面上形成压力，引起耳机听筒的耳罩受力形变而获取压力信号。
第二方面：
本发明还公开了一运行电路，所述运行电路包括MEMS压力传感器，所述MEMS压力传感器的OUT+端和OUT-端分别接在运算放大器的IN+和IN-输入端，所述运算放大器的输出端连接峰值检波器输入端，峰值检波器输出端连接一模数转换器输入端，模数转换器的输出端连接微控制器输入端，微控制器输出端连接有播放设备。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：耳机听筒接收使用者佩戴时给到MEMS压力传感器的压力，通过力的变化就可以控制传输信号的变化，从而对于耳机的使用状态进行控制，从而省去了冗余的按键，且在耳机不在佩戴状态时能够及时关闭，有效地节省了功耗。
附图说明
图1是实施例一的电路原理框图。
图中：
1、MEMS压力传感器 2、运算放大器 3、峰值检波器 4、模数转换器 5、微控制器 6、播放设备。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
实施例一
请参考图1，本发明的实施例提供了一种基于MEMS压力传感器的耳机智能控制装置，包括一MEMS压力传感器1，所述MEMS压力传感器1通过是否接收到耳机与使用者头部之间产生的压力，并以此来判断当前耳机处于脱落状态还是佩戴状态，MEMS压力传感器1将该压力信号进行采集，经运算放大器2放大和峰值检波器3检波之后，得到较为平稳的直流信号，直流信号通过模数转换器4转换成数字信号V之后，最后进入至微控制器5内与其中设定的阈值进行比较，并最终输出控制信号来控制播放设备6。
在本实施方式中耳机采用头戴式耳机，包括有连接头戴式耳机两端耳机听筒的挂架，所述挂架为弹性材料制成，在所述耳机听筒内设置有MEMS压力传感器1，所述MEMS压力传感器1可以检测到耳机听筒表面的压力从而获得一个与压力相关的交流电压信号，本实施例中的MEMS压力传感器1为硅压阻式压力传感器，采用四个高精密半导体电阻应变片组成惠斯顿电桥作为力电变换测量电路，所述电阻弹性形变的方向和耳罩受力形变的方向一致，用于检测耳机听筒与使用者头部接产生的压力，耳机戴在头上时，两端的耳机听筒张开使得挂架发生弹性形变，进而在耳机听筒的接触面上形成压力，也可以在耳机听筒的接触面用手按压从而形成压力，引起MEMS压力传感器1中的四个高精密半导体电阻应变片发生弹性形变，破坏原先的惠斯顿电桥的平衡，电桥输出幅值与压力成正比的交流电压信号，在MEMS压力传感器1的IN+端输入一个稳定电压VE，IN-端接地，当使用者佩戴耳机时，产生在接触表面的压力会引起MEMS压力传感器1中四个高精密半导体电阻应变片发生弹性形变，破坏原先的惠斯顿电桥平衡，从而在OUT+和OUT-端输出与幅值压力成正比的交流电压信号；
MEMS压力传感器1的OUT+和OUT-端分别接在运算放大器2的IN+和IN-输入端，利用运算放大器2高共模抑制比和高输入阻抗的特点，本实施例中可采用CA3140作为运算放大器2，以此对输出的电压信号进行调理和放大；
经运算放大器2的进行调理和放大之后的信号送入峰值检波器3进行检波，将交流信号转换成了与交流信号幅值成正比的直流信号，该直流信号的大小即反映了接触面上压力的大小，接触面上形成的压力越大，则该直流信号的电压值越大；接触面上形成的电压值越小，则该直流信号的电压值也小；
模数转换器4将该直流信号转换为数字信号V，由此可以实现信号在传输的过程中抗干扰的能力更强，分离出其中的噪音，保证通信的可靠性；
随后该数字信号V送至微控制器5内进行数据处理，所述微控制器5内设定有阈值REF1和阈值REF2，随后该数字信号V在微控制器5中与阈值REF1、REF2作比较，判断耳机当前的使用状态：
当REF1<V<REF2时，检波电路输出数字信号V大于阈值REF1，判定为耳机处于佩戴状态，此时微控制器5的GPIO引脚将会输出一个上升沿信号至播放设备6，播放设备6内的开关模块接收该上升沿信号并打开，此时控制播放设备6处于播放状态；
当V<REF1时，检波电路输出直流电压V小于阈值REF1，判定为耳机处于脱落或者取下状态，此时微控制器5的GPIO引脚将会输出一个下降沿信号至播放设备6，播放设备6内的开关模块接收该下降沿信号并关闭，控制播放设备6暂停当前播放；
当V>REF2时，检波电路输出直流电压大于阈值REF2，判定为耳机处于命令状态，将首先发送指令到播放设备6，使播放设备6进入命令等待状态。该状态下，使用者每对耳机施加一次压力，微控制器5将会产生一次上升沿信号，播放设备6对上升沿信号进行计数或对高电平持续时间进行测量，当在单位时间T1内产生2次上升沿信号，即判断为双击，否则为无效信号；当高电平持续时间大于T2，即判断为长按，从而控制耳机将当前的第一处理状态切换成对应的第二处理状态。
一般是使用者佩戴耳机时重按一下耳机，对耳机施加的压力比佩戴耳机时听筒耳罩和使用者头部间产生的压力要大，从而让数字信号V大于REF2而进入命令状态，但此处不限制发送命令的情景，即无论带着还是脱下，只要对耳机施加的压力满足要求，都会发送命令并进入命令状态。
特别地，T1和T2的时间是两个独立的量，不存在条件关系，在实际生产中是根据工程实际设定的。
例如，设定T1时间为2s，即产生两次的上升沿信号输出的时间在2s内，则判断为双击操作，产生两次的上升沿信号输出的时间在2s外则为无效操作；设定T2时间为5s,即高电平持续的时间大于5s时，则判断为长按操作，从而将耳机当前的第一处理状态切换成第二处理状态。
同时第一处理状态和第二处理状态是指耳机的功能命令或工作状态，如快进、暂停、上一曲、下一曲和声道选择等，厂商或者使用者可以根据自身的使用习惯来自由设定功能状态。
本实施方式中，该控制装置包括有一运行电路，所述运行电路包括MEMS压力传感器1，所述MEMS压力传感器1的OUT+端和OUT-端分别接在运算放大器2的IN+和IN-输入端，所述运算放大器2的输出端连接峰值检波器3输入端，峰值检波器3输出端连接模数转换器4输入端，模数转换器4的输出端连接微控制器5输入端，微控制器5输出端连接有播放设备6。
本发明中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。
Claims (9)
1.一种基于MEMS压力传感器的耳机智能控制装置，其特征在于，该控制装置包括：
一MEMS压力传感器，用于检测耳机听筒表面的压力变化，进而输出一个与压力相关的信号；
一运算放大器，用于将上述与压力相关的信号进行调理和放大；
一峰值检波器，用于对信号进行检波，得出较为平稳的直流信号；
一模数转换器，用于流信号转换为数字信号；以及
一微控制器，用于对数据进行处理，进而判断耳机当前的使用状态并输出一个脉冲信号，播放设备的开关模块接该收脉冲信号实现自动开关控制。
2.如权利要求1所述基于MEMS压力传感器的耳机智能控制装置，其特征在于：所述MEMS压力传感器置于耳机听筒的耳罩上，所述MEMS压力传感器为硅压阻式压力传感器。
3.如权利要求2所述基于MEMS压力传感器的耳机智能控制装置，其特征在于：所述MEMS压力传感器中设有四个高精密半导体电阻，所述电阻弹性形变的方向和耳罩受力形变的方向一致，用于检测耳机听筒与使用者头部接产生的压力，从而破坏MEMS压力传感器内原先惠斯顿电桥的平衡，电桥输出幅值与压力成正比的交流电压信号。
4.如权利要求1所述基于MEMS压力传感器的耳机智能控制装置，其特征在于：所述峰值检波器检波后输出的信号经模数转换器转换后为数字信号V，所述微控制器内设定有阈值REF1和阈值REF2，阈值REF1和阈值REF2用于和微控制器接收的数字信号V作比较从而判断耳机当前的使用状态。
5.如权利要求4所述基于MEMS压力传感器的耳机智能控制装置，其特征在于：当REF1<V<REF2时，所述微控制器的GPIO引脚将会输出一个上升沿信号至播放设备，控制播放设备处于播放状态；
当V<REF1时，所述微控制器的GPIO引脚将会输出一个下降沿信号至播放设备，控制播放设备处于暂停状态；
当V>REF2时，所述微控制器的GPIO引脚发送指令到播放设备，控制播放设备进入命令状态。
6.如权利要求5所述基于MEMS压力传感器的耳机智能控制装置，其特征在于：所述播放设备进入命令状态时，使用者在单位时间T1内向耳机施加两次压力，则为双击操作，否则为无效操作；使用者在单位时间T2内持续输出高电平，则为长按操作，从而控制耳机从当前的第一处理状态切换成第二处理状态。
7.如权利要求6所述基于MEMS压力传感器的耳机智能控制装置，其特征在于：所述第一处理状态和第二处理状态不同，且第一处理状态和第二处理状态为快进、暂停、上一曲、下一曲和声道选择中的其中一种。
8.如权利要求1所述基于MEMS压力传感器的耳机智能控制装置，其特征在于：所述耳机听筒间连接有一挂架，所述挂架为弹性材料制成，当处于正常状态时，耳机听筒间形成一个很小的间隔，当耳机戴在头上时，两端的耳机听筒张开使得挂架发生弹性形变，进而在耳机听筒的接触面上形成压力，引起耳机听筒的耳罩受力形变而获取压力信号。
9.如权利要求1所述基于MEMS压力传感器的耳机智能控制装置，其特征在于：该控制装置包括一运行电路，所述运行电路包括MEMS压力传感器，所述MEMS压力传感器的OUT+端和OUT-端分别接在运算放大器的IN+和IN-输入端，所述运算放大器的输出端连接峰值检波器输入端，峰值检波器输出端连接一模数转换器输入端，模数转换器的输出端连接微控制器输入端，微控制器输出端连接有播放设备。
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