CN108447319A - 一种活页面同步播放配音的儿童绘本及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活页面同步播放配音的儿童绘本及控制方法，绘本包括多个页面活动夹、硬封面以及硬封底；每个页面活动夹包括一条锯齿形磁性橡胶条、一条锯齿形铁磁金属橡胶条和一张由磁屏蔽柔性材料制成的夹套，所述锯齿形磁性橡胶条和锯齿形铁磁金属橡胶条分别安装在夹套上下侧，所述硬封底为上下两夹层的结构，上层左侧安装有常闭型干簧管、送话器M和光敏电阻阵列R₁～R_n；下层中下部安装有模拟开关阵列、控制器、MP3模块、前置放大器、TF/SD卡、TF/SD卡座、供电模块、充电电池、充电USB接口和复位按键；本发明可根据儿童的年龄和爱好更换不同内容的绘本页面，只需要一本绘本，完成不同年龄段多种内容的更新和对应更新的亲情配音。

Description

一种活页面同步播放配音的儿童绘本及控制方法

技术领域

本发明涉及儿童文具的技术领域，尤其是涉及一种活页面同步播放配音的儿童绘本及控制方法。

背景技术

儿童绘本是最适合孩子阅读的图书形式。儿童心理学的研究认为，儿童认知图形的能力从很小就开始慢慢养成，这时虽然不识字，但已经具备了一定的读图能力，如果这时候家长能有意识地和孩子们一起阅读绘本，对儿童的兴趣开发和智力培养将起到很大的作用。现有技术中也公开了“儿童有声图书及其音频播放控制电路”，但是存在以下问题：

1、页面不可更换，书中的内容是固定的，只能播放页面固定的内容语音；

2、传感器光敏电阻加夹在每个页面上，光敏电阻上的导线由于翻页容易折断，且夹在每个页面上的光敏电阻管脚和导线可能对做翻页操作儿童的小手造成伤害；

3、使用成本高，音频播放控制电路只能针对一本书的内容播放语音；

4、工作不可靠，存在误动作情况，因电路是通过固定电阻与光敏电阻的分压出的电压，再判定电压的高低来区分页面的，当使用者在较暗的环境下(如较暗的台灯下)打开页面时，会由于光敏电阻阻值过大，至使分压电压过高，判定为没打开页面的情况；

5、不能根据页面内容进行亲情配音，也不能随时修改配音内容；

6、没有MP3播放功能。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供活页面同步播放配音的儿童绘本及控制方法，可根据儿童的年龄和爱好更换不同内容的绘本页面，只需要一本绘本，完成不同年龄段多种内容的更新和对应更新的亲情配音。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一种活页面同步播放配音的儿童绘本，包括多个页面活动夹、硬封面以及硬封底，所述页面活动夹安装在硬封面和硬封底之间；

每个页面活动夹包括一条锯齿形磁性橡胶条、一条锯齿形铁磁金属橡胶条和一张由磁屏蔽柔性材料制成的夹套，所述锯齿形磁性橡胶条和锯齿形铁磁金属橡胶条分别安装在夹套上下侧，

所述硬封底为上下两夹层的结构，上层左侧安装有常闭型干簧管、送话器M和光敏电阻阵列R₁～R_n；下层中下部安装有模拟开关阵列、控制器、MP3模块、前置放大器、TF/SD卡、TF/SD卡座、供电模块、充电电池、充电USB接口和复位按键；所述模拟开关阵列、干簧管、MP3模块前置放大器、电池以及复位按键均与控制器连接，所述光敏电阻整列R₁～R_n与模拟开关阵列连接，所述扬声器和TF/SD卡座与MP3模块连接，所述TF/SD卡安装在TF/SD卡座上，所述送话器与前置放大器连接，所述充电USB接口和干簧管与电池连接，所述供电模块与干簧管连接；所述TF/SD卡座、充电USB接口和复位按键孔安装在下层的侧面，扬声器安装在下层中部，并在硬封底下层开有用于输送扬声器的声音的小孔；

所述硬封面左侧上端安装有一封面磁性橡胶条，所述封面磁性橡胶条的大小和安装位置与封底上侧干簧管的大小和位置一致。

作为优选的技术方案，所述锯齿形磁性橡胶条和锯齿形铁磁金属橡胶条锯齿形的表面为磨砂表面。

作为优选的技术方案，每张页面活动夹周边设有多个直径与光敏电阻一致的圆形测光孔和与送话器直径一致的背景噪声检测孔。

作为优选的技术方案，所述背景噪声检测孔每张页面活动夹的磁屏蔽柔性夹套上都有；所述测光孔包括页面0测光孔、页面1测光孔、…、页面N测光孔；所述页面0测光孔每张页面活动夹的磁屏蔽柔性夹套上都有，页面1及以上磁屏蔽柔性夹套上的测光孔数＝光敏电阻阵列数＝页面数量+1＝模拟开关阵列数量-2。

作为优选的技术方案，所述干簧管选用GPS-11B型常闭干簧管；所述前置放大器选用NE5532型集成运放组成的放大电路；光敏电阻阵列R₁～R_n中选用的光敏电阻为：LXD3516型号，直径3mm，亮电阻5～10KΩ，暗电阻0.6MΩ；

所述模拟开关阵列中的模拟开关选用CD4066型号的集成电路；所述控制器选用STC12C5A60S2型单片机；所述MP3模块采用N9103型MP3解码芯片。

本发明上述活页面同步播放配音的儿童绘本的控制方法，包括下述步骤：

S1、判断干簧管是否导通，如果否则识别为闭合状态，如果是则识别为开启装置；

S2、当识别为开启状态时，对电池电压进行检测并设置最长播放次数，检测是否进入翻页状态，当使用者将绘本翻动到某一项面时，对应项面上的测光孔数＝页面数+1，采用相邻测光电压变化率检测法对当前翻开的页面数进行定位，定位完成后进入音乐播放状态；

S3、当识别出页面数i＝0，即绘本翻开到封页面的位置，进入音乐播放状态，控制器通过一线串口调用曲目指令停止当前语音文件的播放，控制MP3模块顺序播放预存在TF/SD卡一个文件夹的MP3音乐文件，同时监测页面数是否变化，当页面数变化时，识别为使用者重新翻动页面，进入翻页状态；

S4、在播放状态时，播放音量可自动调整，在任何状态下播放语音或音乐文件结束到下一个语音或音乐文件开始前的时间T内，送话器将绘本的当前页面背景噪声转换为电信号，送到前置放大器对信号进行放大后，控制器控制模拟开关阵列接通到第一路A/D转换通道，并将实时采集到的背景噪声数据的平均值Nj存入控制器的存储器B中，则播放音量数据设定值为：

V＝N_j+ΔA

其中，ΔA为预先设置的播放缺省音量值，选取最大音量的一半，N_j为在时间T内采集到的当前页面环境下背景噪声数据的平均值，控制器通过一线串口调用音量指令设定整机当前播放的音量，即播放音量随背景噪声的变化而自动调整；

S5、当在某一固定页面上重复播放Q次后，则判定为睡着或离开了翻开的绘本，则从第Q+1次开始，每重复播放一次音量值V减1，自动减小音量，以免影响儿童的睡眠，当音量值V＝0时，自动转入省电的休眠模式，直到再次翻动新的页面。

作为优选的技术方案，步骤S1具体为：

S11、识别闭合状态的具体方法是：当绘本合上时，安装在硬封面的左上侧磁性橡胶条与硬封底左上侧对应的干簧管贴近，干簧管受磁性橡胶条的作用，干簧管的两触点由闭合转换为断开，切断电池对整机电路的供电，但保持充电USB接口给充电电池充电；同时也将控制器的一个输入端口由高电平转换为低电平，控制器判别为整机处于闭合状态；

S12、识别开启状态的具体方法是：当用户做绘本打开动作时，安装在硬封面的左上侧磁性橡胶条与硬封底左上侧对应的干簧管分离，干簧管的两触点由断开转换为闭合，接通电池对整机电路的供电，但还保持充电USB接口可以给充电电池充电；同时也将控制器的一个输入端口由低电平转换为高电平，控制器判别为整机处于开启状态。

作为优选的技术方案，步骤S2中，翻页状态识别的具体方法为：

设，每一路测光孔光敏电阻为R_i(i＝0～n+1)，与光敏电阻串联的分压电阻为R_fi(i＝0～n+1)，电源电压为V_C，则每一路测光孔内测得的光照度L_ui(i＝0～n+1)与测光电压V_Li(i＝0～n+1)成正比：

控制器控制模拟开关阵列，以轮询的方式分别将n+2个经控制器A/D转换后变为数字量的测光电压V_Li(i＝0～n+1)存储到控制器的存储器M0～Mn+1中，

控制器计算出存储器M0～Mn+1中的相邻两数据变化率ΔV_Li(i＝0～n)：

ΔV_Li＝V_Li-V_Li+1(i＝0～n) (2)

将ΔV_Li(i＝0～n)存入存储器C0～Cn中；

对存储器C0～Cn中的数组{ΔV_L0，ΔV_L1，…，ΔV_Li，…，ΔV_Ln}中选取出变化率的最大值ΔV_Limax，如果判定变化率的最大值ΔV_Limax为负，将该数值存入存储器F1中，并转入故障状态；如果判定变化率的最大值ΔV_Limax为正，将该数值存入存储器P1中，再连续两次重复上述测试和计算，并将两次的计算结果分别存入存储器P2、P3中，如果连续三次测试和计算P1、P2、P3内的ΔV_Limax均为i，则判定绘本当前翻开的页面数为第i页；否则重新测试计算，直到连续三次测试和计算P1、P2、P3内的ΔV_Limax均为i，识别绘本当前翻开的页面数为第i页，控制器则通过一线串口调用曲目指令控制MP3模块反复播放预存在TF/SD卡对应第i页页面数的MP3语音文件，同时不断轮询检测和计算翻动的页面数i是否变化，当页面数i变化时，识别为使用者重新翻动页面，控制器通过一线串口调用曲目指令停止当前语音文件的播放，控制MP3模块反复播放预存在TF/SD卡对应新的页面数MP3语音文件，当识别出页面数i＝0，即绘本翻开到封页面的位置，进入音乐播放状态。

作为优选的技术方案，还包括故障检测状态，具体方法为：

如果判定变化率的最大值ΔV_Limax为负，则相邻两数据有最大的上升突跳，致使产生负的ΔV_Limax，将该数值存入存储器F1中，再连续两次重复上述测试和计算，并将两次的计算结果分别存入存储器F2、F3中，如果连续三次测试和计算F1、F2、F3内的ΔV_Limax均为i，则判定绘本当前翻开的页面数i处的光敏电阻有故障，控制器会通过一线串口调用曲目指令控制MP3模块反复播放预存在TF/SD卡的语音文件“光敏电路故障”，直到合上绘本，修复电路后，再打开绘本后，再按下复位按键，使整机复位启动后，重新进入翻页状态。

作为优选的技术方案，还包括电池电压监测状态，具体为：

通过并联在电池正极上的两个串接电阻分压后，经模拟开关送到控制器的第二路A/D转换通道，当电池电压低于4.5V时，控制器通过一线串口调用曲目指令控制MP3模块反复播放预存在TF/SD卡的语音文件“电池电量低，请充电”，提醒及时充电。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明中创新设计的页面活动夹结构由磁屏蔽柔性夹套、锯齿形磁性橡胶条、锯齿形铁磁金属橡胶条组成，使用成本低，可根据儿童的年龄和爱好更换不同内容的绘本页面，只需要一本绘本，完成不同年龄段多种内容的更新和对应更新的亲情配音。

2、本发明基于光敏电阻阵列通过活动页面内侧的测光孔，将实时测得的与每一路与光照度成正比的测光电压，通过控制器内部的A/D转换器进行数据处理，采用相邻测光电压变化率最大值的算法，对当前翻开的页面数进行识别与定位，工作可靠，解决了绘本在不同光线环境下翻动页面产生误动作的问题。

3、本发明采用自适应控制播放音量的方法，对任何播放语音文件时的音量播放音量进行人性化控制，确保用户在任何背景噪声环境下都能听到播放出的语音或音乐，解决了长时间不翻动页面时播放音量不变导致影响儿童睡眠和耗电的问题。

附图说明

图1(a)是本发明封页面(页面0)活页夹正面示意图；

图1(b)是本发明页面1活页夹正面示意图；

图2(a)是本发明页面活页夹咬合示意图；

图2(b)是本发明页面活页夹张开示意图；

图3是本发明硬封面结构示意图；

图4是本发明硬封底上层正面结构示意图；

图5是本发明硬封底侧面结构示意图；

图6是本发明电路结构示意图；

图7是本发明的控制流程图；

图8是本发明测光电压与测光孔数的对应数据示意图；

图9是本发明测光电压变化率与测光孔数的对应数据示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例一种活页面同步播放配音的儿童绘本，包括多个页面活动夹、硬封面以及硬封底，所述多个页面活动夹安装在硬封面和硬封底之间。

如图1(a)、图1(b)所示，每个页面活页夹由一条锯齿形磁性橡胶条1，一条锯齿形铁磁金属橡胶条2和一张由磁屏蔽柔性材料制成的夹套3组成，锯齿形磁性橡胶条和锯齿形铁磁金属橡胶条分别安装在磁屏蔽柔性夹套上下侧，锯齿形磁性橡胶条和锯齿形铁磁金属橡胶条锯齿形的表面采用磨砂表面处理，以增大咬合后的摩擦力，如图2(a)、图2(b)所示。

所述夹套3的作用有三，一是固定锯齿形磁性橡胶条和锯齿形铁磁金属橡胶条，二是对每个页面的活页夹间进行磁屏蔽，防止各页面的活页夹互相吸合，三是上面的测光孔和检测孔用于对本页面的页码进行定位识别、播放音量进行自动调整。其中，背景噪声检测孔4和页面0测光孔5每个页面活页夹的磁屏蔽柔性夹套上都有，如图1(a)所示；页面1以上(包括页面1)夹套上的测光孔数＝页码数，当为第1页时，则该活页上多了一个页面0测光孔6，如图1(b)所示。

锯齿形磁性橡胶条等效为永久性磁铁，用于产生吸合的磁力，与锯齿形铁磁金属橡胶条咬合，夹住活页纸张。选用磁性橡胶条是防止儿童使用绘本时伤害到小手；磁性橡胶条和金属橡胶条设计成锯齿形咬合状的目的是增大两者与活页纸张的摩擦力。

活页纸张左则需要压制成与锯齿形磁性橡胶条和锯齿形铁磁金属橡胶条内的锯齿形相吻合的锯齿形波纹，以方便夹合，进一步提高摩擦力。

如图3所示，所述硬封面左上侧安装一个封面磁性橡胶条7，该封面磁性橡胶条大小和安装位置与硬封底左上侧对应的干簧管的大小和位置一致，当儿童绘本合上不用时，干簧管受磁性橡胶条的作用，由原来的闭合变为断开，切断电池对电路的供电，但保持充电USB接口给充电电池充电。

如图4所示，所述硬封底为上下两夹层的结构，上层左侧安装有常闭型干簧管8、送话器9和光敏电阻阵列R₁～R_n 10；下层中下部安装有模拟开关阵列、控制器11、MP3模块、前置放大器、TF/SD卡、TF/SD卡座12、供电模块、充电电池、充电USB接口13和复位按键14；所述模拟开关阵列、干簧管、MP3模块前置放大器、电池以及复位按键均与控制器连接，所述光敏电阻整列R₁～R_n与模拟开关阵列连接，所述扬声器15和TF/SD卡座与MP3模块连接，所述TF/SD卡安装在TF/SD卡座上，所述送话器与前置放大器连接，所述充电USB接口和干簧管与电池连接，所述供电模块为干簧管供电；所述TF/SD卡座、充电USB接口和复位按键孔安装在下层的侧面，扬声器安装在下层中部，并在硬封底下层开有用于输送扬声器的声音的小孔；

所述硬封面左侧上端安装有一封面磁性橡胶条，所述封面磁性橡胶条的大小和安装位置与封底上侧干簧管的大小和位置一致。

下面，对各组成部分做进一步阐述：

1、干簧管；

干簧管用于在安装在硬封面上的磁性橡胶条的控制下，实现绘本打开时电池给整机电路供电，同时与控制器相连，将绘本打开信号传送给控制器，以进入启动状态；绘本合上时断开电池给电路供电，但保持充电USB接口给充电电池充电。干簧管安装在硬封底的上部位置，如图4所示。本电路选用GPS-11B型常闭干簧管。

2、送话器和放大器；

送话器(M)用于在播放语音文件的间隙，将绘本当前翻开页面的背景噪声转换为电信号，并送到前置放大器对信号进行放大，再送入控制器进行A/D转换，由控制器根据当前背景噪声的大小自动调节播放的音量。送话器选用结构简单，灵敏度高的驻极体话筒；前置放大器选用NE5532型集成运放组成的放大电路，实现对信号的放大和滤波。

3、光敏电阻阵列；

光敏电阻阵列的作用是翻开绘本的某页面时，通过该页面上的测光孔检测出与当前页面的可见光光线光照度成正比的测光电压。阵列中的光敏电阻采用LXD3516型号，直径3mm，亮电阻5～10KΩ，暗电阻0.6MΩ。

4、模拟开关阵列；

模拟开关阵列是在控制器的控制下，一是将各测光孔对应的光敏电阻上的测光电压值，即模拟量，送到控制器对应通道的AD转换通道端口，转换为数据量后存储到控制器的存储器中；二是将送话器检测出的当前背景噪声信号送入控制器进行A/D转换；三是将检测出的电池端电压送入控制器进行A/D转换。阵列中的模拟开关阵列选用CD4066型号，它是CMOS四双向模拟开关集成电路，每个模拟开关控制端与控制器的对应IO连接，即模拟开关的通断受控制器的控制。

5、控制器；

控制器用于识别用户使用绘本时的各种工作状态和控制MP3模块的全部工作。控制器的作用是控制模拟开关阵列，将光敏电阻阵列实时测得的与每一路与光照度成正比的测光电压输入到控制器内部的AD转换器进行数据处理，采用相邻测光电压变化率最大值的检测方法，对当前翻开的页面数进行识别与定位，并通过一线串口控制MP3模块同步播放出TF/SD卡上的对应页面上的MP3格式的配音文件；同时控制器还时实监测使用者打开绘本时的当前背景噪声信号数据，并根据当前背景噪声的大小自动调节播放的音量；控制器还用于时实监测充电电池的用电量，当电池电压低与设定值时，控制器调用相应语音文件播放，语音提示当前电量和需要充电的信息。控制器选用STC12C5A60S2型单片机，是一款高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，完全兼容传统8051，但速度快8-12倍，内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换(250K/S)，共40个管脚。

6、MP3模块和扬声器；

MP3模块的作用是将存储在TF/SD卡上的与页面匹配的MP3格式文件解码，该模块通过一线串口端与控制器连接，并在控制器的控制下对翻开页面对应的MP3格式文件进行播放，循环播放，停止播放。MP3模块采用N9103型MP3解码芯片，它采用的是SOP16封装形式，完全支持32G的TF/SD卡，有一线串口模式，通过控制器对一线串口模式的控制，指定页面播放、播放停止、立体声输出播放、指定时间段播放、30级音量可调、5种EQ可调等功能。并可以直推0.25W扬声器工作。扬声器选用8欧喇叭。如需要加大扬声器的功率，需要在扬声器前端加一个由LM386型小功率放大器，功率可提高到10W。

7、TF/SD卡；

TF/SD卡即小的内存卡，用于存储各页面匹配的MP3格式的配音文件、提示语音文件以及使用者喜欢的音乐文件，这些文件通过MP3模块的解码，在控制器的控制下经扬声器播放出去。需要说明的是，存储在TF/SD卡上的根据页面内容进行亲情配音的文件、提示语音文件以及使用者喜欢的音乐播放文件的曲目编号的编辑、文件的修改和存储均在PC机上进行。

8、电源供电电路；

电源供电电路包括供电模块、干簧管、电池和充电USB接口。充电USB接口用于外接+5V直流电源，可通过接在PC机USB接口、开关电源充电器、充电宝接口等的电源线接入；充电电池与充电USB接口送过来的+5V直流电源并联接入，可直接给电池充电的同时，还给供电模块供电。当外接充电USB接口不供电时，由电池向供电模块供电，充电电池选用锂电池；供电模块用于将USB接口送入的+5V直流电压或电池供电电压转换为+3.3V直流电压，为整机电路供电，选用MCP1700型三端稳压集成电路，其采用CMOS工艺制造的低压差稳压器，具有短路、过流和过热保护功能，其输出电流为可达200mA。

如图7所示，本发明活页面同步播放配音的儿童绘本的识别及控制方法如下：

S1、判断干簧管是否导通，如果否则识别为闭合状态，如果是则识别为开启装置；

S11、识别闭合状态的具体方法是：当绘本合上时，安装在硬封面的左上侧磁性橡胶条与硬封底左上侧对应的干簧管贴近，干簧管受磁性橡胶条的作用，干簧管的两触点由闭合转换为断开，切断电池对整机电路的供电，但保持充电USB接口给充电电池充电；同时也将控制器的一个输入端口由高电平转换为低电平，控制器判别为整机处于闭合状态；

S12、识别开启状态的具体方法是：当用户做绘本打开动作时，安装在硬封面的左上侧磁性橡胶条与硬封底左上侧对应的干簧管分离，干簧管的两触点由断开转换为闭合，接通电池对整机电路的供电，但还保持充电USB接口可以给充电电池充电；同时也将控制器的一个输入端口由低电平转换为高电平，控制器判别为整机处于开启状态；

S2、当识别为开启状态时，对电池电压进行检测并设置最长播放次数，检测是否进入翻页状态，当使用者将绘本翻动到某一项面时，对应项面上的测光孔数＝页面数+1，采用相邻测光电压变化率检测法对当前翻开的页面数进行定位，定位完成后进入音乐播放状态；

设，每一路测光孔光敏电阻为R_i(i＝0～n+1)，与光敏电阻串联的分压电阻为R_fi(i＝0～n+1)，电源电压为V_C，则每一路测光孔内测得的光照度L_ui(i＝0～n+1)与测光电压V_Li(i＝0～n+1)成正比：

控制器控制模拟开关阵列，以轮询的方式分别将n+2个经控制器A/D转换后变为数字量的测光电压V_Li(i＝0～n+1)存储到控制器的存储器M0～Mn+1中，如图8所示为测光电压与测光孔数的对应数据示意图。

控制器计算出存储器M0～Mn+1中的相邻两数据变化率ΔV_Li(i＝0～n)：

ΔV_Li＝V_Li-V_Li+1(i＝0～n) (2)

将ΔV_Li(i＝0～n)存入存储器C0～Cn中；如图9所示为测光电压变化率与测光孔数的对应数据示意图。

对存储器C0～Cn中的数组{ΔV_L0，ΔV_L1，…，ΔV_Li，…，ΔV_Ln}中选取出变化率的最大值ΔV_Limax，如果判定变化率的最大值ΔV_Limax为负，将该数值存入存储器F1中，并转入故障状态；如果判定变化率的最大值ΔV_Limax为正，将该数值存入存储器P1中，再连续两次重复上述测试和计算，并将两次的计算结果分别存入存储器P2、P3中，如果连续三次测试和计算P1、P2、P3内的ΔV_Limax均为i，则判定绘本当前翻开的页面数为第i页；否则重新测试计算，直到连续三次测试和计算P1、P2、P3内的ΔV_Limax均为i，识别绘本当前翻开的页面数为第i页，控制器则通过一线串口调用曲目指令控制MP3模块反复播放预存在TF/SD卡对应第i页页面数的MP3语音文件，同时不断轮询检测和计算翻动的页面数i是否变化，当页面数i变化时，识别为使用者重新翻动页面，控制器通过一线串口调用曲目指令停止当前语音文件的播放，控制MP3模块反复播放预存在TF/SD卡对应新的页面数MP3语音文件，当识别出页面数i＝0，即绘本翻开到封页面的位置，进入音乐播放状态；

S3、故障状态即测光孔内的某光敏电阻出现损坏。其状态的检测与识别方法是：如果判定变化率的最大值ΔV_Limax为负，则相邻两数据有最大的上升突跳，致使产生负的ΔV_Limax，将该数值存入存储器F1中，再连续两次重复上述测试和计算，并将两次的计算结果分别存入存储器F2、F3中，如果连续三次测试和计算F1、F2、F3内的ΔV_Limax均为i，则判定绘本当前翻开的页面数i处的光敏电阻有故障，控制器会通过一线串口调用曲目指令控制MP3模块反复播放预存在TF/SD卡的语音文件“光敏电路故障”，直到合上绘本，修复电路后，再打开绘本后，再按下复位按键，使整机复位启动后，重新进入翻页状态。

S4、音乐播放状态即绘本可以作为MP3音乐播放器的工作状态。其状态的检测与识别方法是：当识别出页面数i＝0，即绘本翻开到封页面的位置，进入音乐播放状态，控制器通过一线串口调用曲目指令停止当前语音文件的播放，控制MP3模块顺序播放预存在TF/SD卡一个文件夹的MP3音乐文件，同时监测页面数是否变化，当页面数变化时，识别为使用者重新翻动页面，进入翻页状态；

S5、在播放状态时，播放音量可自动调整，在任何状态下播放语音或音乐文件结束到下一个语音或音乐文件开始前的时间T内，送话器将绘本的当前页面背景噪声转换为电信号，送到前置放大器对信号进行放大后，控制器控制模拟开关阵列接通到第一路A/D转换通道，并将实时采集到的背景噪声数据的平均值Nj存入控制器的存储器B中，则播放音量数据设定值为：

V＝N_j+ΔA

其中，ΔA为预先设置的播放缺省音量值，选取最大音量的一半，N_j为在时间T内采集到的当前页面环境下背景噪声数据的平均值，控制器通过一线串口调用音量指令设定整机当前播放的音量，即播放音量随背景噪声的变化而自动调整；

S6、当在某一固定页面上重复播放Q次后，则判定为睡着或离开了翻开的绘本，则从第Q+1次开始，每重复播放一次音量值V减1，自动减小音量，以免影响儿童的睡眠，当音量值V＝0时，自动转入省电的休眠模式，直到再次翻动新的页面。

S7、电池电压监测状态是对电池用电量进行实时的监测状态。其状态的检测与识别方法是：通过并联在电池正极上的两个串接电阻分压后，经模拟开关送到控制器的第二路A/D转换通道。当电池电压低于4.5V时，控制器通过一线串口调用曲目指令控制MP3模块反复播放预存在TF/SD卡的语音文件“电池电量低，请充电”，提醒及时充电。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种活页面同步播放配音的儿童绘本，其特征在于，包括多个页面活动夹、硬封面以及硬封底，所述页面活动夹安装在硬封面和硬封底之间；

每个页面活动夹包括一条锯齿形磁性橡胶条、一条锯齿形铁磁金属橡胶条和一张由磁屏蔽柔性材料制成的夹套，所述锯齿形磁性橡胶条和锯齿形铁磁金属橡胶条分别安装在夹套上下侧，

所述硬封底为上下两夹层的结构，上层左侧安装有干簧管、送话器M和光敏电阻阵列R₁～R_n；下层中下部安装有模拟开关阵列、控制器、MP3模块、前置放大器、TF/SD卡、TF/SD卡座、供电模块、充电电池、充电USB接口和复位按键；所述模拟开关阵列、干簧管、MP3模块、前置放大器、充电电池以及复位按键均与控制器连接，所述光敏电阻整列R₁～R_n与模拟开关阵列连接，所述扬声器、TF/SD卡座均与MP3模块连接，所述TF/SD卡安装在TF/SD卡座上，所述送话器与前置放大器连接，所述充电USB接口、干簧管均与充电电池连接，所述供电模块与干簧管连接；所述TF/SD卡座、充电USB接口和复位按键孔安装在下层的侧面，扬声器安装在下层中部，并在硬封底下层开有用于输送扬声器的声音的小孔；

所述硬封面左侧上端安装有一封面磁性橡胶条，所述封面磁性橡胶条的大小和安装位置与封底上侧干簧管的大小和位置一致。

2.根据权利要求1所述活页面同步播放配音的儿童绘本，其特征在于，所述锯齿形磁性橡胶条和锯齿形铁磁金属橡胶条锯齿形的表面为磨砂表面。

3.根据权利要求1所述活页面同步播放配音的儿童绘本，其特征在于，每张页面活动夹周边设有多个直径与光敏电阻一致的圆形测光孔和与送话器直径一致的背景噪声检测孔。

4.根据权利要求3所述活页面同步播放配音的儿童绘本，其特征在于，所述背景噪声检测孔每张页面活动夹的磁屏蔽柔性夹套上都有；所述测光孔包括页面0测光孔、页面1测光孔、…、页面N测光孔；所述页面0测光孔每张页面活动夹的磁屏蔽柔性夹套上都有，页面1及以上磁屏蔽柔性夹套上的测光孔数＝光敏电阻阵列数＝页面数量+1＝模拟开关阵列数量-2。

5.根据权利要求1所述活页面同步播放配音的儿童绘本，其特征在于，所述干簧管选用GPS-11B型常闭干簧管；所述前置放大器选用NE5532型集成运放组成的放大电路；光敏电阻阵列R₁～R_n中选用的光敏电阻为：LXD3516型号，直径3mm，亮电阻5～10KΩ，暗电阻0.6MΩ；

所述模拟开关阵列中的模拟开关选用CD4066型号的集成电路；所述控制器选用STC12C5A60S2型单片机；所述MP3模块采用N9103型MP3解码芯片。

6.根据权利要求1-5中任一项所述活页面同步播放配音的儿童绘本的控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1、判断干簧管是否导通，如果否则识别为闭合状态，如果是则识别为开启装置；

S2、当识别为开启状态时，对电池电压进行检测并设置最长播放次数，检测是否进入翻页状态，当使用者将绘本翻动到某一项面时，对应项面上的测光孔数＝页面数+1，采用相邻测光电压变化率检测法对当前翻开的页面数进行定位，定位完成后进入音乐播放状态；

S3、当识别出页面数i＝0，即绘本翻开到封页面的位置，进入音乐播放状态，控制器通过一线串口调用曲目指令停止当前语音文件的播放，控制MP3模块顺序播放预存在TF/SD卡一个文件夹的MP3音乐文件，同时监测页面数是否变化，当页面数变化时，识别为使用者重新翻动页面，进入翻页状态；

S4、在播放状态时，播放音量可自动调整，在任何状态下播放语音或音乐文件结束到下一个语音或音乐文件开始前的时间T内，送话器将绘本的当前页面背景噪声转换为电信号，送到前置放大器对信号进行放大后，控制器控制模拟开关阵列接通到第一路A/D转换通道，并将实时采集到的背景噪声数据的平均值Nj存入控制器的存储器B中，则播放音量数据设定值为：

V＝N_j+ΔA

其中，ΔA为预先设置的播放缺省音量值，选取最大音量的一半，N_j为在时间T内采集到的当前页面环境下背景噪声数据的平均值，控制器通过一线串口调用音量指令设定整机当前播放的音量，即播放音量随背景噪声的变化而自动调整；

S5、当在某一固定页面上重复播放Q次后，则判定为睡着或离开了翻开的绘本，则从第Q+1次开始，每重复播放一次音量值V减1，自动减小音量，以免影响儿童的睡眠，当音量值V＝0时，自动转入省电的休眠模式，直到再次翻动新的页面。

7.根据权利要求6所述活页面同步播放配音的儿童绘本的控制方法，其特征在于，步骤S1具体为：

S11、识别闭合状态的具体方法是：当绘本合上时，安装在硬封面的左上侧磁性橡胶条与硬封底左上侧对应的干簧管贴近，干簧管受磁性橡胶条的作用，干簧管的两触点由闭合转换为断开，切断电池对整机电路的供电，但保持充电USB接口给充电电池充电；同时也将控制器的一个输入端口由高电平转换为低电平，控制器判别为整机处于闭合状态；

S12、识别开启状态的具体方法是：当用户做绘本打开动作时，安装在硬封面的左上侧磁性橡胶条与硬封底左上侧对应的干簧管分离，干簧管的两触点由断开转换为闭合，接通电池对整机电路的供电，但还保持充电USB接口可以给充电电池充电；同时也将控制器的一个输入端口由低电平转换为高电平，控制器判别为整机处于开启状态。

8.根据权利要求7所述活页面同步播放配音的儿童绘本的控制方法，其特征在于，步骤S2中，翻页状态识别的具体方法为：

设，每一路测光孔光敏电阻为R_i(i＝0～n+1)，与光敏电阻串联的分压电阻为R_fi(i＝0～n+1)，电源电压为V_C，则每一路测光孔内测得的光照度L_ui(i＝0～n+1)与测光电压V_Li(i＝0～n+1)成正比：

控制器控制模拟开关阵列，以轮询的方式分别将n+2个经控制器A/D转换后变为数字量的测光电压V_Li(i＝0～n+1)存储到控制器的存储器M0～Mn+1中，

控制器计算出存储器M0～Mn+1中的相邻两数据变化率ΔV_Li(i＝0～n)：

ΔV_Li＝V_Li-V_Li+1(i＝0～n) (2)

将ΔV_Li(i＝0～n)存入存储器C0～Cn中；

对存储器C0～Cn中的数组{ΔV_L0，ΔV_L1，…，ΔV_Li，…，ΔV_Ln}中选取出变化率的最大值ΔV_Limax，如果判定变化率的最大值ΔV_Limax为负，将该数值存入存储器F1中，并转入故障状态；如果判定变化率的最大值ΔV_Limax为正，将该数值存入存储器P1中，再连续两次重复上述测试和计算，并将两次的计算结果分别存入存储器P2、P3中，如果连续三次测试和计算P1、P2、P3内的ΔV_Limax均为i，则判定绘本当前翻开的页面数为第i页；否则重新测试计算，直到连续三次测试和计算P1、P2、P3内的ΔV_Limax均为i，识别绘本当前翻开的页面数为第i页，控制器则通过一线串口调用曲目指令控制MP3模块反复播放预存在TF/SD卡对应第i页页面数的MP3语音文件，同时不断轮询检测和计算翻动的页面数i是否变化，当页面数i变化时，识别为使用者重新翻动页面，控制器通过一线串口调用曲目指令停止当前语音文件的播放，控制MP3模块反复播放预存在TF/SD卡对应新的页面数MP3语音文件，当识别出页面数i＝0，即绘本翻开到封页面的位置，进入音乐播放状态。

9.根据权利要求8所述活页面同步播放配音的儿童绘本的控制方法，其特征在于，还包括故障检测状态，具体方法为：

如果判定变化率的最大值ΔV_Limax为负，则相邻两数据有最大的上升突跳，致使产生负的ΔV_Limax，将该数值存入存储器F1中，再连续两次重复上述测试和计算，并将两次的计算结果分别存入存储器F2、F3中，如果连续三次测试和计算F1、F2、F3内的ΔV_Limax均为i，则判定绘本当前翻开的页面数i处的光敏电阻有故障，控制器会通过一线串口调用曲目指令控制MP3模块反复播放预存在TF/SD卡的语音文件“光敏电路故障”，直到合上绘本，修复电路后，再打开绘本后，再按下复位按键，使整机复位启动后，重新进入翻页状态。

10.根据权利要求6所述活页面同步播放配音的儿童绘本的控制方法，其特征在于，还包括电池电压监测状态，具体为：

通过并联在电池正极上的两个串接电阻分压后，经模拟开关送到控制器的第二路A/D转换通道，当电池电压低于4.5V时，控制器通过一线串口调用曲目指令控制MP3模块反复播放预存在TF/SD卡的语音文件“电池电量低，请充电”，提醒及时充电。