一種節(jié)能的基于動作識別的控制器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及家用電器，照明，玩具，可穿戴設備，報警產(chǎn)品等的啟動以及控制裝置，此裝置內(nèi)置震動傳感器，在人為動作驅(qū)動下，實現(xiàn)裝置喚醒并實現(xiàn)后續(xù)的控制。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)的家電(電視機、空調(diào))都使用遙控器，這些遙控器常為多鍵按鈕式搖控器，其目的在于實現(xiàn)復雜的多功能操作。而在日常生活中，常常只需簡單的開/關控制(如:空調(diào)設置好了，每天只需進行開啟和關閉操作)，但由于遙控器面板上按鈕較多，因此需要認真查看才能完成操作。日常生活中還有其他設備只需簡單的操作控制，如:照明以及防盜報警器。隨著智能化的發(fā)展，人們希望獲得更簡單的遙控產(chǎn)品。
[0003]還有，各種傳統(tǒng)的電子玩具設備采用按鍵或者撥動開關來實現(xiàn)操作，因此大大降低了娛樂體驗效果，而且經(jīng)常會因為忘記關機而在下次使用時必須匆忙充電或者更換電池。
[0004]隨著智能手機的普及，其中的加速度傳感器應用得到迅速的推廣和應用開發(fā)，因此出現(xiàn)大量通過簡單的動作，或者手勢來進行設備控制的方法和產(chǎn)品。這類產(chǎn)品即利用加速度計來感知人為施加的震動或者翻轉(zhuǎn)等，并以此發(fā)出相應的指令實現(xiàn)控制。這類控制器通常包括以下幾個部分:電源，加速度傳感器，微控制器MCU，控制輸出模塊。智能手機則是此類控制器(或者智能設備)的最復雜實例。但是，這類設備通常需要始終保持在工作狀態(tài)，而電池的容量有限，因此這類控制器無法達到傳統(tǒng)按鍵式控制器所能實現(xiàn)的壽命(這里指更換一次電池或者完成一次充電遙控器的使用時間)。另外，這些智能設備大多對詳細的加速值(二軸、三軸加速度，或者多軸角加速度等)進行分析，因此電路控制較復雜，對MCU的要求也較高。
[0005]另外，震動開關(包括彈簧型和滾珠型兩大類)作為一種小型的經(jīng)濟型節(jié)能開關，也被用于各種電子設備的控制中，其中最常見的應用就是小孩的發(fā)光跑鞋。這些控制只是簡單利用了開關功能，沒有進行更深的智能開發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的旨在提供一種節(jié)能的控制器，本發(fā)明的另一目的是提供一種可完成動作(或姿態(tài))識別的控制器。
[0007]本發(fā)明的控制器同樣包括如前所述的幾個部分:電源，加速度傳感器，微控制器MCU，控制輸出模塊。為實現(xiàn)節(jié)能，控制輸出模塊通常需保持在非工作狀態(tài)(或斷電狀態(tài)，該功能由微控制器的虛擬開關提供)，微控制器MCU需要保持在節(jié)能休眠狀態(tài)，而加速度傳感器保持在全工作狀態(tài)或者待機狀態(tài)。當加速度傳感器感應到震動時，其輸出信號可以觸發(fā)微控制器MCU的中斷，并喚醒MCU進入動作捕捉識別，最終發(fā)出控制指令。而且，在震動消失超過設定時間后，MCU關閉控制輸出模塊的供電，必要時也會觸發(fā)加速度傳感器進入休眠狀態(tài)，MCU隨后自動進入休眠節(jié)能狀態(tài)。當然，以可以給控制器設定休眠動作模式，只有微處理器捕捉到要求休眠的動作，立即進入休眠模式，因此可以實現(xiàn)更多節(jié)能。
[0008]本文中，對節(jié)能狀態(tài)的定義和敘述包括:休眠狀態(tài)，休閑狀態(tài)，掉電狀態(tài)，停機狀態(tài)等，或者指相對于正常工作狀態(tài)的耗電量明顯降低的狀態(tài)。
[0009]本發(fā)明的一實施例為:加速度傳感器選用模擬輸出型號，其1個(或多個)輸出口與微控制器的喚醒中斷口連接。中斷口連接數(shù)取決于加速計的維度數(shù)，如果是3軸的，則3維輸出連接3個MCU的中斷輸入口，保證各種維度的震動均能獨立啟動系統(tǒng)。當加速計感應到震動時，其輸出電壓值發(fā)生變化(從高壓值變成低壓值，或者從低壓轉(zhuǎn)換成高壓值)，形成可觸發(fā)中斷的上升沿或者下降沿，因此實現(xiàn)MCU的喚醒。對于各種智能設備，喚醒后不會馬上去執(zhí)行控制，這是為了避免一些人為誤操作或者消除環(huán)境干擾。MCU喚醒后，需要進一步米樣完成動作識別，再確認動作手勢后完成設備控制。
[0010]本發(fā)明中，MCU不會像其他已公布的手勢控制設備一樣去采用加速度數(shù)據(jù)，而是依然保持中斷(或者高低電平)采樣狀態(tài)(即開始對加速計輸出的電平進行統(tǒng)計和分析)，因此可以省去信號的A/D轉(zhuǎn)換，而且，信號的分析將更簡單。
[0011]本發(fā)明的一種信號分析方法如下:MCU由中斷喚醒后，等待加速計恢復到靜止狀態(tài)(如0.2秒內(nèi)無新的中斷)，然后重新計時，記錄隨后50-1000ms內(nèi)的中斷次數(shù)，若超過設定的值，則判定為真實的人為操作。更多的手勢識別策略可以在已公布文獻或者專利中找到。
[0012]智能設備的手勢識別主要分為兩大類:動作方向，動作頻次。本發(fā)明中，動作的方向可以根據(jù)中斷的來源判定(即加速計三軸的電壓躍遷判定)，如X軸輸出中斷，則認為是左右運動，軸輸出中斷為前后運動；Z軸輸出中斷為上下運動。另外，根據(jù)控制器靜止不動時三軸輸出電平的高低，則可以判定控制器的擺放方向。使用時應注意加速器的電壓輸出范圍(市場上加速計的輸出電壓通常在0-3V)和MCU高低電平(如:低于0.8V為低電平，而大于2V為高電平)的定義，防止錯誤信息和判斷。動作頻次則可以根據(jù)設定時間內(nèi)出現(xiàn)連續(xù)中斷的次數(shù)判定(這里的一次動作指連續(xù)不停的動作，它可以包括多個加速和減速的過程，即可觸發(fā)多個中斷；而多次動作之間有明顯的靜止狀態(tài)，即三軸的輸出值均保持不變)。由于加速計的輸出信號只做電平高低判定，而不采集具體的數(shù)據(jù)，因此較難判定單個動作的強度。
[0013]本發(fā)明的一個較佳實施例中，電池采用600mA CR2450 3V紐扣鋰電池，加速計采用飛世卡爾MMA7361LC，MCU采用STC15系列3V型號單片機。加速計正常耗電量為400 μ A,單片機典型耗電約5mA，在不考慮控制輸出負載的情況下，若電池容量實際可用300mA，則控制器待機時長為(300+ (0.4+5)) = 55.5(小時)。STC15單片機提供停機模式(保持少量中斷工作)，其典型耗電量將至0.1 μ A，因此采用節(jié)能模式的控制器待機時長可提高到(300+(0.4+0.0001)) = 749.8 (小時)，即待機約1個月。而如果加速計MMA7361LC也采用休眠模式(需要單片機給出指令觸發(fā))，耗電量可以降低至3 μ Α，這樣控制器的待機時長變?yōu)?300+(0.003+0.0001)) = 96774.2 (小時)，即超過 10 年。
[0014]考慮到動作手勢識別耗電量的增加，特別是增加輸出負載(LED等，紅外信號發(fā)射器，微波信號發(fā)射器等)，電池可以選用18650鋰電池或者手機用可反復充電鋰電池。
[0015]本發(fā)明中，加速度計可以用其他可感知震動或者動作的傳感器代替，如在手機中使用的陀螺儀傳感器，重力傳感器，地磁傳感器等。
[0016]本發(fā)明的另一實施例是用震動開關代替加速計，它可以進一步降低能耗和成本。
[0017]震動開關分兩大類:彈簧型和滾珠型。彈簧型震動開關的主體為一可晃動彈簧，在受到震動時晃動而接觸到固定桿或者外殼而使電路導通,這種開關對震動的方向識別不敏感，為全向震動開關。而滾珠型開關依靠一腔體內(nèi)滾珠的滾動獲得通斷結(jié)果，因此方向性很強(一維或者二維)。
[0018]用彈簧型震動開關取代加速計的實施例中，只需使用微控制器的1個喚醒中斷。即無論哪個方向的震動，都將喚醒系統(tǒng)，但在隨后的動作識別上，該實例無法判斷動作的方向，只能判斷動作的頻次，因此可實現(xiàn)的控制操作較少。因此這類控制器只適合進行簡單的開啟、關閉、依次切換等簡單操作。為增加方向性，可以增加滾珠開關，將其連接到MCU的其他中斷口，實現(xiàn)二維或者三維動作識別。
[0019]當然也可以只使用滾珠型震動開關，它們即作為系統(tǒng)喚醒時的信號輸入，也作為后期動作識別的輸入，因此總共只需3個滾珠型開關就可以實現(xiàn)喚醒和三維動作識別。
[0020]震動開關和微控制器的連接方式在很多公開的文獻中都有說明，通常是將開關和一個限流電阻串接到電池的正負極之間，而微控制器的中斷輸入口連接到電阻和開關之間。電阻和開關的次序決定了中斷口在等待狀態(tài)時的電平高低。由于彈簧型震動開關通常為常開型，電阻選擇lk就可以。但是滾珠型開關通常為常閉型，因此需選用更大的電阻(如1M以上)，以保證待機時極低的耗電量。
[0021 ] 本發(fā)明中，為了能提醒使用者控制器由休眠狀態(tài)進入到動作識別狀態(tài)，可以在MCU被喚醒后，立即打開一個低能耗的LED指示燈或者蜂鳴器，為進一步節(jié)能，led或蜂鳴器可以采用閃通閃斷方式。
[0022]本發(fā)明中控制器的輸出模塊根據(jù)需要選擇，如用于控制低功率的L