手勢切換音響系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

徐操喜+楊小英+沈超航+周健梅

摘 要：利用手勢傳感器和單片機技術(shù)，結(jié)合藍牙技術(shù)，設(shè)計并實現(xiàn)了一個手勢感應(yīng)音響。通過感應(yīng)手勢的方向使播放器動作，包括播放/暫停/上一首/下一首/模式切換/電源開關(guān)等功能，另外還擴展了SD卡、藍牙、USB 3種音頻輸入模式。

關(guān)鍵詞：單片機；手勢傳感器；音響

市面上的音箱主要通過按鍵開關(guān)，來實現(xiàn)音箱的動作。而按鍵開關(guān)易磨損，容易藏灰塵，壽命也較短，容易按鍵失靈，還有就是按鍵所占據(jù)的空間較多，外觀不美。DFRobot新出的一款手勢識別傳感器，能夠識別手的運動方向，通過感應(yīng)手部的運動方向來實現(xiàn)音箱的動作，能有效克服按鍵的失靈，延長音箱的使用壽命，并且它所占據(jù)的空間比較少，節(jié)省空間，在一定程度上美化了音箱的外觀[1]。

1 系統(tǒng)總體功能圖

本系統(tǒng)總體功能框圖，主要由5大模塊組成，分別是：采集模塊、處理模塊、（信號源）接口模塊、控制選擇模塊、功放模塊?？梢詫崿F(xiàn)的功能有：（1）SD卡/藍牙/USB 3種模式切換；（2）上一首/下一首切換；（3）播放/暫停切換；（4）電源開關(guān)的開/關(guān)切換。

2 硬件設(shè)計

2.1 采集模塊設(shè)計

使用臺灣物聯(lián)科技公司生產(chǎn)的Avago APDS-9960 模塊，它是一款采用單個8引腳封裝的數(shù)字 RGB、環(huán)境光、近程和手勢傳感器裝置。該裝置具有與 I2C 兼容的接口，為紅色、綠色、藍色、透明，近程和手勢感測配有紅外LED。RGB 和環(huán)境光感測功能可在多種光條件下以及通過多種減振材料包括深色玻璃的情況下，檢測出光強度。此外，集成 UV-IR 遮光濾光片可實現(xiàn)精準的環(huán)境光和相關(guān)色溫感測。近程和手勢功能經(jīng)工廠調(diào)整和校準至100毫米的近程檢測距離，無需客戶校準。利用4個定向二極管，與可見光、遮光、濾光片集成，手勢檢測能準確地感應(yīng)“上下左右”以及更復雜的動作。模塊內(nèi)增加的微光學透鏡能提供高效的傳輸和紅外能量的接收。內(nèi)部狀態(tài)機能夠?qū)⒃撗b置處于近程和手勢測量之間的低功耗狀態(tài)，提供極低的功耗。

2.2 處理模塊設(shè)計

使用單片機最小系統(tǒng)電路，主要是提供模擬的IIC接口和其他控制選擇功能。

2.3 接口模塊設(shè)計

2.3.1 SD卡/USB接口模塊

SD卡是一種低電壓的flash閃存產(chǎn)品，有標準的MMC/SPI兩種操作模塊，本系統(tǒng)采用SPI操作模塊，速度慢、線少、操作相對簡單。主要通過單片機查詢其存儲的數(shù)據(jù)，根據(jù)需要進行數(shù)據(jù)的切換。也可以參照參考文獻中的進行設(shè)計[2-3]。USB接口模塊的處理方法和SD卡類似，只是對應(yīng)的協(xié)議不同。

2.3.2 藍牙模塊

藍牙模塊采用芯片BC417143實現(xiàn)，該芯片采用Blue2.0，支持主或從模式，支持AT命令集，支持波特率為2 400到1 382 400 bps，適用于嵌入式串口傳輸無線的全新的模塊。另外，由于藍牙芯片工作在3.3 V，而MCU工作在5 V，存在邏輯電平不匹配問題，且IO管腳無法容忍MCU的5 V邏輯電平，參照文獻[4-5]。設(shè)計中采用了RT9 193-3.3芯片進行電平轉(zhuǎn)換輸出3.3 V。藍牙與MCU連接需經(jīng)過電平限制以保證藍牙模塊正常工作。

2.4 控制選擇模塊

使用繼電器控制電路，實現(xiàn)3種模塊的切換。

2.5 功放模塊設(shè)計

采用進口的芯片PAM8 403，3W雙聲道D類數(shù)字大功率功放效率可達90%，超薄設(shè)計，可以方便地安裝適合DIY改裝使用，輸入5 V時喇叭4Ω阻抗輸出最高2×3 W功率。該芯片內(nèi)部特殊輸出處理電路，取消了傳統(tǒng)的LC網(wǎng)絡(luò)，比用LC的更低的EMI值，在較低電壓下獲得最大功率輸出，超級省電，內(nèi)置高增益緩沖放大器和短路保護電路。

3 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計總流程方面主要是采集手勢開關(guān)的動作，根據(jù)手勢動作進行相應(yīng)的處理?？偭鞒淌疽馊鐖D1所示。

4 外觀的設(shè)計

作品的外觀以簡樸、小巧為主（見圖2）。它是一個長寬高分別為8厘米的正方體，長方體的前后各安裝了一個喇叭，長方體的頂部就是手勢感應(yīng)器，手勢感應(yīng)器外露在體外，方便收集數(shù)據(jù)。長方體后方還引出兩條電源線給HIFI供電。

5 調(diào)試測試

作品完成后，對整體進行測試，響應(yīng)速度快，測試得出的結(jié)果與預期結(jié)果一致，并且音質(zhì)達到理想狀態(tài)，如表1所示。

[參考文獻]

[1]丹·雅各布.手勢傳感器掀起用戶界面控制新一輪革命[J].中國電子商情（基礎(chǔ)電子），2015（8）：35-37.

[2]劉曉梅，董仲博. SD卡I/O接口設(shè)計[J].現(xiàn)代計算機（專業(yè)版），2007（11）：136-138.

[3]姚放吾，曹木蓮，盧昭材，等. 51單片機與SD卡接口設(shè)計[J].工業(yè)控制計算機，2008（9）：60-61，68.

[4]辛娟，周龍.基于AU6860C的多功能藍牙音箱[J].電子技術(shù)，2015（1）：47-51.

[5]陳秀美. DIY藍牙音箱[J].微電腦世界，2011（7）：81.