CN110739981B - 带音频功能的可穿戴电子装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种带音频功能的可穿戴电子装置，包括MCU1(第一微控制单元)、MCU2(第二微控制单元)、声音接收单元和声音输出单元。第一微控制单元设有双模蓝牙模块，双模蓝牙模块支持A2DP和HFP协议。第二微控制单元与第一微控制单元连接。声音接收单元通过切换装置可选择地与第一微控制单元或第二微控制单元连接。声音输出单元分别与第一微控制单元和第二微控制单元连接。声音输出单元包括音频功率放大器和扬声器；音频功率放大器分别与第一微控制单元和扬声器连接；扬声器的输出信号经分压后与第二微控制单元连接。本公开既具有续航较长及比较轻薄的优点，同时也扩展了音频功能，弥补了功能性可穿戴电子装置的潜在市场空缺。

Description

带音频功能的可穿戴电子装置

技术领域

本公开涉及一种可穿戴电子装置，尤其涉及一种带音频功能的可穿戴电子装置。

背景技术

目前包括手表、手环在内的可穿戴电子装置，从解决方案和功能上来看，大体可以分为两种：一种是智能手表，使用高性能处理器，运行智能操作系统(Watch OS，Android或者Android Wear)并且支持4G语音通话、地图、语音搜索和本地音乐播放等多种功能。但是这种类似智能终端的智能手表续航时间较短，无法做的很轻薄。另一种是功能手表，可以做的比较轻薄，续航时间也较长，但是不具有4G语音通话、本地音乐播放和语音搜索的功能。

针对现有的功能手表，有待于保持其优点的同时开发出具有更多功能的产品。

发明内容

为了解决或者至少缓解上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种带音频功能的可穿戴电子装置。

根据本公开的一个方面，一种带音频功能的可穿戴电子装置，包括：

第一微控制单元，所述第一微控制单元设有双模蓝牙模块，所述双模蓝牙模块支持A2DP和HFP协议；

第二微控制单元，与所述第一微控制单元连接；

声音接收单元，通过切换装置可选择地与所述第一微控制单元或所述第二微控制单元连接；以及

声音输出单元，分别与所述第一微控制单元和所述第二微控制单元连接。

根据本公开的至少一个实施方式，所述双模蓝牙模块具有BT模式和BLE模式。

根据本公开的至少一个实施方式，所述双模蓝牙模块用于通过HFP协议与通讯终端进行通信连接；

所述第一微控制单元用于接收所述通讯终端推送的第一声音数据，并将所述第一声音数据传输给所述声音输出单元进行外放；所述第一微控制单元还用于接收所述声音接收单元检测到的第二声音数据，并将所述第二声音数据推送给所述通讯终端。

根据本公开的至少一个实施方式，所述声音输出单元包括音频功率放大器和扬声器；所述音频功率放大器分别与所述第一微控制单元和所述扬声器连接；所述扬声器的输出信号经分压后与所述第二微控制单元连接。

根据本公开的至少一个实施方式，还包括存储单元，所述存储单元与所述第一微控制单元连接，用于存储供所述第一微控制单元播放处理的音频文件。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第一微控制单元用于读取所述存储单元的音频文件，并将所述音频文件解码处理后输送给所述声音输出单元进行外放。

根据本公开的至少一个实施方式，还包括加速度计模块和陀螺仪模块，所述加速度计模块和所述陀螺仪模块与所述第一微控制单元连接，用于监测运动信号。

根据本公开的至少一个实施方式，所述切换装置使所述声音接收单元默认连接至所述第一微控制单元；

所述第一微控制单元还用于根据所述加速度计模块和所述陀螺仪模块监测的运动信号识别佩戴者的动作；当识别出抬手动作后，所述第一微控制单元控制所述切换装置使所述声音接收单元连接至所述第二微控制单元。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第二微控制单元用于接收所述声音接收单元检测的第三声音数据，并执行热词监听；

当所述第二微控制单元在预定时间内未检测到热词，则所述第一微控制单元控制所述切换装置使所述声音接收单元连接至所述第一微控制单元。

根据本公开的至少一个实施方式，当所述第二微控制单元在预定时间内检测到热词，则将所述第三声音数据传送给所述第一微控制单元；所述第一微控制单元用于通过所述双模蓝牙模块将所述第三声音数据传送给通讯终端，并接收经所述通讯终端处理后的反馈数据。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是本公开带音频功能的可穿戴电子装置的一种实施方式的示意图；其中，只显示与音频功能相关的硬件结构，未显示屏幕等其他部件。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。

目前类似具有检测人体生理参数这样功能的手表或手环，可称为功能性可穿戴电子装置，其内部使用的是MCU(微控制单元)作为主控制器，且只采用了一个MCU，使用BLE(蓝牙低功耗)跟手机等通讯终端之间进行通讯，单纯的BLE不支持A2DP和HFP协议，也就无法实现连接蓝牙耳机听歌或者接打电话的功能，单纯的BLE只能完成推送消息，同步数据这样的功能，即便有些已经设置有高分辨率的屏幕，但是仍没有解决语音通话、本地音乐播放和语音搜索的功能问题。由于这种功能性可穿戴电子装置的内部结构相对于智能手表等高端的智能终端设备较为简单，具有续航可以做的比较长以及可以做的比较轻薄的优点，在中低端市场也具有较好的发展前景。故此本公开针对功能性可穿戴电子装置，力图解决或者至少缓解上述技术问题中的至少一个，揭示了一种带音频功能的可穿戴电子装置。

根据本公开的一个方面，一种带音频功能的可穿戴电子装置，包括第一微控制单元、第二微控制单元、声音接收单元以及声音输出单元。微控制单元(MicrocontrollerUnit；MCU)，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)或者单片机，是把中央处理器(Central Process Unit；CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。诸如手机、PC外围、遥控器的控制等。正因为MCU的运算处理能力不是很强，故此目前的功能性可穿戴电子装置采用单个MCU均无法实现语音通话、语音搜索的功能。其中第一微控制单元设有双模蓝牙模块，双模蓝牙模块支持A2DP和HFP协议；A2DP全名是Advanced Audio Distribution Profile蓝牙音频传输模型协定。HFP(Hands-free Profile)协议可以让蓝牙设备控制电话，如接听、挂断、拒接、语音拨号等。可选的，双模蓝牙模块具有BT(传统蓝牙)模式和BLE(蓝牙低功耗)模式。在BT(传统蓝牙)模式下，双模蓝牙模块可以按照HFP协议进行工作，从而扩展了可穿戴电子装置的工作模式，能够与手机等通讯终端进行蓝牙连接，进而进行语音通话功能。第二微控制单元与第一微控制单元连接；第一微控制单元为主要的控制单元，第二微控制单元起到辅助作用，协助第一微控制单元进行工作，解决了现有技术中采用单个MCU不能实现语音通话、本地音乐播放和语音搜索的问题。声音接收单元(例如MIC)通过切换装置可选择地与第一微控制单元或第二微控制单元连接。根据使用的不同音频功能，切换装置使声音接收单元相应的连接到第一微控制单元或第二微控制单元，用于将接收到的音频信号传送给第一微控制单元或第二微控制单元进行处理。声音输出单元分别与第一微控制单元和第二微控制单元连接，用于将第一微控制单元或第二微控制单元传送出的音频数据进行外放。

本公开通过设置主MCU和辅助MCU，以及相应的声音接收单元和声音输出单元，能够在保持现有功能性可穿戴电子装置采用MCU的结构框架下，实现语音通话、本地音乐播放和语音搜索的功能，既可以具有续航较长以及比较轻薄的优点，同时也扩展了音频功能，弥补了功能性可穿戴电子装置的潜在市场空缺。

下面以可穿戴电子装置采用功能手表为例，并结合附图分别对本公开可穿戴电子装置的几种不同实施方式进行详细的描述，本领域技术人员应当理解，虽然是以功能手表进行描述，但其中涉及创新构思所体现的技术特征同样也适用于其他功能性可穿戴电子装置。

在本公开的一个实施方式中，双模蓝牙模块用于通过HFP协议与通讯终端进行通信连接。第一微控制单元用于接收通讯终端推送的第一声音数据，并将第一声音数据传输给声音输出单元进行外放。第一微控制单元还用于接收声音接收单元检测到的第二声音数据，并将第二声音数据推送给通讯终端。该实施方式中，可以实现通过功能手表进行语音通话的功能。

在本公开的一个实施方式中，声音输出单元包括音频功率放大器(Audio PA)和扬声器(speaker)。音频功率放大器分别与第一微控制单元和扬声器连接；扬声器的输出信号经分压后与第二微控制单元连接。具体的，因为MCU一般没有模拟音频的接口，无法直接驱动speaker，MCU一般是I2S接口，传输的是数字音频信号，可以通过Audio PA驱动speaker。音频功率放大器的数据端口通过I2S接口与第一微控制单元连接，音频功率放大器的配置端口通过SPI或者I2C接口与第一微控制单元连接，第一微控制单元可以通过这个接口配置Audio PA的工作参数。此处Audio PA也可以采用音频编解码器(Audio Codec)来代替，Audio Codec的功能更强大，一般内置Audio PA以及DSP，还可以做语音数据的处理。Speaker的输出经过分压后输入到第二微控制单元，作为TTS时热词打断的回音消除(AEC)的参考。

在本公开的一个实施方式中，可穿戴电子装置还包括存储单元，存储单元与第一微控制单元连接，用于存储供第一微控制单元播放处理的音频文件。例如，存储单元采用flash，通过手机的蓝牙把音乐文件同步到设置的flash里面。除了靠蓝牙，还可以使用USB接口，可以通过个人电脑把音乐文件导入到可穿戴电子装置的flash中。

进一步地，第一微控制单元用于读取存储单元的音频文件，并将音频文件解码处理后输送给声音输出单元进行外放。一种播放方式是第一微控制单元从flash中获取音乐源文件，经过解码后，通过I2S把音频数据传输给Audio PA，继而通过speaker发声，播放音乐文件。另一种播放方式是通过蓝牙耳机播放音乐，现有的运动型手表多是主打运动健康，其中的MCU只有BLE模式，无法连接蓝牙耳机。本公开由于双模蓝牙的存在，使得功能手表可以通过A2DP协议连接蓝牙耳机，把音频数据传输到蓝牙耳机，实现运动时听歌不用带手机，仅仅靠手表和蓝牙耳机即可。

在本公开的一个实施方式中，可穿戴电子装置还包括加速度计(Accelerometer)模块和陀螺仪(Gyroscope)模块，加速度计模块和陀螺仪模块与第一微控制单元连接，用于监测运动信号。Accelerometer和Gyroscope可以是二合一的芯片。

进一步地，切换装置使声音接收单元默认连接至第一微控制单元，默认连接是指在普通使用过程中(包括语音通话和本地音乐播放)的大多时间段均采用的连接模式。第一微控制单元还用于根据加速度计模块和陀螺仪模块监测的运动信号识别佩戴者的动作，例如用来实现计步和抬手等动作识别。当识别出抬手动作后，第一微控制单元控制切换装置使声音接收单元连接至第二微控制单元。

进一步地，第二微控制单元用于接收声音接收单元检测的第三声音数据，并执行热词监听。当第二微控制单元在预定时间(例如时间可设为5s)内未检测到热词，说明用户抬手的目的并不是为了说出热词指令，则第一微控制单元控制切换装置使声音接收单元连接至第一微控制单元，回复为默认连接状态。

进一步地，当第二微控制单元在预定时间(例如时间可设为5s)内检测到热词，则将第三声音数据传送给第一微控制单元；第一微控制单元用于通过双模蓝牙模块将第三声音数据传送给通讯终端，并接收经通讯终端处理后的反馈数据。

参见图1所示的一种实施方式的示意图，本公开的一个示例性实施方式包括MCU1(作为第一微控制单元)、MCU2(作为第二微控制单元)、Audio PA、Speaker、数字MIC、单刀双掷开关、外置flash以及Accelerometer/Gyroscope芯片。Audio PA和Speaker作为声音输出单元，数字MIC作为声音接收单元，单刀双掷开关作为切换装置，外置flash作为存储单元。MCU1作为主控制单元包括BT/BLE双模蓝牙模块，支持A2DP和HFP协议。MCU2采用BLE蓝牙低功耗模式，可以采用现有功能手表中的单模式MCU，作为辅助控制单元。MCU1和MCU2之间通过SPI(串行外设接口)进行通信交互。MCU1通过I2S接口与Audio PA连接，通过SPI或者I2C接口来配置Audio PA。Speaker由Audio PA进行驱动。Speaker的输出信号经过分压后输入到MCU2的ADC(模数转换)通道，作为TTS(文本转语音)时，热词打断模式的AEC(回音消除)的参考信号。回音消除的具体过程下文进行具体描述。数字MIC经过单刀双掷开关连接到MCU1和MCU2上，单刀双掷开关的控制管脚由MCU1控制。单刀双掷开关使数字MIC默认连接MCU1，Accelerometer/Gyroscope芯片通过SPI或者I2C接口连接到MCU1上，外置flash通过QSPI(排队串行外设接口)连接到MCU1上。MCU1上还连接有天线。

以下分别说明采用本公开的可穿戴电子装置进行语音通话、本地音乐播放和语音搜索的流程。

语音通话的具体流程为：在正常待机情况下，手表通过蓝牙连接手机，手表能接收到手机的消息推送，同步数据等。此时的声音接收单元默认连接到第一微控制单元。手机如果有电话打进来，手表端会收到电话的推送，通过振动或者声音提醒用户有电话打进来，用户此时可以通过手机接听电话。如果通过手机接听电话，手表端的电话接听界面就会消失(该功能已在现有产品中实现，属于通用技术)，用户正常通过手机打电话即可。当用户不方便拿手机或者希望通过手表接打电话时，可以在手表的接听界面点击接听。因为MCU1支持双模蓝牙，支持HFP协议，允许让蓝牙设备(此时的手表相对于手机而言是蓝牙设备)控制电话，如接听、挂断、拒接、语音拨号等。此时MCU1运行HFP协议，将电话声音通过I2S接口输出到Audio PA，然后驱动Speaker外放，同时通过数字MIC收声，将用户讲话的声音通过蓝牙传输给手机。因为Audio PA与MCU1之间的I2S接口是双向的，Audio PA会将当前speaker放出的声音数据回传一路给MCU1，MCU1在数字MIC收声后，可以将数字MIC收到的声音和speaker回传的数据经过AEC(回声消除)算法得到用户真正说话的声音传输给手机。

回音消除的过程如下：speaker播放的是对方说话的声音，用户打电话时，数字MIC收声时会把用户说话的声音和speaker播放的声音都收进来，但是对方说话的声音是不需要的，所以需要把speaker的声音经过I2S接口输出到MCU1，MCU1接收到数字MIC收声的数据后，与Audio PA回传的数据一起进行处理，经过回音消除算法(目前的手机上都采用有该算法)，把数字MIC收声中的speaker播放的声音消除掉，这样传输出去的声音为用户真正说话的声音。

本地音乐播放的具体流程为：MCU1与外置flash通过QSPI(排队串行外设接口)连接，用户可以通过手机的蓝牙把音乐文件同步到MCU1的flash里面。音乐文件同步到手表内的外置flash中，除了靠蓝牙，还可以使用USB接口，不管是MCU1还是MCU2支持USB，均可以通过PC把音乐文件导入到外置flash中。

第一种方式为通过speaker播放音乐，MCU1从外置flash中获取音乐源文件，经过解码后，通过I2S接口把音频数据传输给Audio PA，继而通过speaker发声，播放音乐文件。

第二种方式为通过蓝牙耳机播放音乐，MCU1的双模蓝牙模块通过A2DP协议连接蓝牙耳机，把音频数据传输到蓝牙耳机，实现运动时听歌不用带手机，仅仅靠手表和蓝牙耳机即可。

语音搜索的具体流程为：语音搜索功能包括TTS播报、热词唤醒和TTS播报打断三个子功能。

为避免实时的热词监听增加功耗，容易误触发的问题，MCU1通过Accelerometer和Gyroscope来检测手表在用户佩戴后的运动，用来实现计步和抬手等动作识别。抬手亮屏为目前可穿戴设备通用的技术，其实现过程在此不再描述。

当Accelerometer和Gyroscope识别到抬手动作时，首先进行抬手亮屏，然后通过单刀双掷开关把数字MIC切换连接到MCU2上，此时MCU2开始热词监听。监听的预设时间可以为5s，当在接下来的5s内没有检测到热词时，认为用户没有打算做语音搜索，只是单纯的抬手亮屏，通过单刀双掷开关把数字MIC切换连接到MCU1上，停止热词监听。

当在接下来的5s内检测到热词时，MCU2通知MCU1检测到热词，屏幕切换到语音搜索界面，让用户感知到手表已经识别到用户说了热词，用户可以说接下来的内容了。除了屏幕切换到语音搜索界面，MCU1还可以通过TTS播放例如：“哎”，“我在”等提示音告知用户手表已经识别到热词了。

此时用户可以说想要说的内容，比如语音搜索数据“今天的天气”，MCU2获取到数字MIC采集到的音频数据以后经过处理和压缩，通过SPI传输给MCU1，MCU1通过蓝牙传输给手机，手机把数据传输到云端经过自然语音处理，识别，搜索后，把回答的数据通过蓝牙回传给MCU1，MCU1通过TTS算法把数据转换为音频数据，通过I2S接口传输给Audio PA继而驱动speaker播报内容，同时在屏幕上显示搜索的结果，例如“今天北京的天气晴朗，气温20-30度”。

在TTS播报的过程中，用户可以通过多种办法打断和关闭TTS播报。第一通过垂手，当手表识别到垂手动作时，手表会立即关闭TTS播报，关闭语音搜索界面，回归到待机状态。第二通过内置热词打断功能，比如“停止”，当MCU2监测到这个热词时，立即停止TTS播放。

手表在TTS播放过程中，MCU2一直保持热词监听状态，如之前所描述，数字MIC收声需要做回音消除，但是audio PA的I2S接口并没有连接到MCU2上，所以需要把speaker输出的模拟信号经过分压后输入到MCU2的ADC管脚，通过ADC采集speaker的输出信号，跟数字MIC收到的声音在MCU2内部经过回音消除算法，来判断MCU2是否检测到TTS的打断热词。

由以上描述可知，本公开通过设置主MCU和辅助MCU，以及相应的声音接收单元和声音输出单元，能够在保持现有功能性可穿戴电子装置采用MCU的结构框架下，实现语音通话、本地音乐播放和语音搜索的功能，既可以具有续航较长以及比较轻薄的优点，同时也扩展了音频功能，弥补了功能性可穿戴电子装置的潜在市场空缺。

此外，在本公开各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个可读存储介质中。所述存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (8)

1.一种带音频功能的可穿戴电子装置，其特征在于，包括：

第一微控制单元，所述第一微控制单元设有双模蓝牙模块，所述双模蓝牙模块支持A2DP和HFP协议；

第二微控制单元，与所述第一微控制单元连接；

声音接收单元，通过切换装置可选择地与所述第一微控制单元或所述第二微控制单元连接；以及

声音输出单元，分别与所述第一微控制单元和所述第二微控制单元连接；

加速度计模块和陀螺仪模块，所述加速度计模块和所述陀螺仪模块与所述第一微控制单元连接，用于监测运动信号；

所述切换装置使所述声音接收单元默认连接至所述第一微控制单元；

所述第一微控制单元还用于根据所述加速度计模块和所述陀螺仪模块监测的运动信号识别佩戴者的动作；当识别出抬手动作后，所述第一微控制单元控制所述切换装置使所述声音接收单元连接至所述第二微控制单元。

2.如权利要求1所述的可穿戴电子装置，其特征在于，所述双模蓝牙模块具有BT模式和BLE模式。

3.如权利要求1所述的可穿戴电子装置，其特征在于，所述双模蓝牙模块用于通过HFP协议与通讯终端进行通信连接；

所述第一微控制单元用于接收所述通讯终端推送的第一声音数据，并将所述第一声音数据传输给所述声音输出单元进行外放；所述第一微控制单元还用于接收所述声音接收单元检测到的第二声音数据，并将所述第二声音数据推送给所述通讯终端。

4.如权利要求1所述的可穿戴电子装置，其特征在于，所述声音输出单元包括音频功率放大器和扬声器；所述音频功率放大器分别与所述第一微控制单元和所述扬声器连接；所述扬声器的输出信号经分压后与所述第二微控制单元连接。

5.如权利要求1所述的可穿戴电子装置，其特征在于，还包括存储单元，所述存储单元与所述第一微控制单元连接，用于存储供所述第一微控制单元播放处理的音频文件。

6.如权利要求5所述的可穿戴电子装置，其特征在于，所述第一微控制单元用于读取所述存储单元的音频文件，并将所述音频文件解码处理后输送给所述声音输出单元进行外放。

7.如权利要求1所述的可穿戴电子装置，其特征在于，所述第二微控制单元用于接收所述声音接收单元检测的第三声音数据，并执行热词监听；

当所述第二微控制单元在预定时间内未检测到热词，则所述第一微控制单元控制所述切换装置使所述声音接收单元连接至所述第一微控制单元。

8.如权利要求7所述的可穿戴电子装置，其特征在于，当所述第二微控制单元在预定时间内检测到热词，则将所述第三声音数据传送给所述第一微控制单元；所述第一微控制单元用于通过所述双模蓝牙模块将所述第三声音数据传送给通讯终端，并接收经所述通讯终端处理后的反馈数据。

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