一种可头动控制的无线耳机

文献发布时间：2023-06-19 11:14:36

技术领域

本发明涉及智能音频设备技术领域，尤其是涉及一种可头动控制的无线耳机。

背景技术

随着通信技术的飞速发展，手机已经成为大家生活中不可缺少的沟通工具，不过许多“移动族群”经常不方便拿着手机讲电话、听歌，因此不少用户习惯在手机上连接无线耳机，无线耳机能够使用户在有效距离内即使脱离手机的贴身陪伴也能够使用音乐和通话功能正常运行，同时也不会影响他人。

目前市场上的无线耳机大多需要使用者手动进行控制，交互方式单一，同时在使用者的双手在执行别的操作任务时无法对无线耳机或者手机端进行相应的操作，具有很大的不便捷性。本发明采用头动的控制模式，可以有效解决当用户双手被占用的情况下，无法对无线耳机进行操作的问题，具有很大的便捷性，还可以缓解用户的颈椎疲劳，使用户得到放松。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可头动控制的无线耳机，以解决使用者在佩戴无线耳机时，同时双手因执行别的操作任务而被占用的情况下无法操作问题。

一种可头动控制的无线耳机其特征在于：包含壳体(1)、充电仓(2)、入耳检测模块(3)、无线通信模块(4)、声音驱动模块(5)、头动检测模块(6)、数据处理模块(7)、麦克风模块(8)、电源模块(9)；

壳体(1)包括左扬声器开孔(1-1)、右扬声器开孔(1-2)、左耳机充电触点(1-3)、右耳机充电触点(1-4)，在左、右耳机壳体的入耳部分内侧中央分别开一个圆孔为左扬声器开孔(1-1)和右扬声器开孔(1-2)，在左、右壳体耳机柄的下方边缘为充电触点；

充电仓(2)包括充电电路单元(2-1)、锂电池(2-2)、无线耳机唤醒模块(2-3)，充电仓仓盖开启后，通过无线耳机唤醒模块(2-3)将无线耳机唤醒；无线耳机放入充电仓(2)，充电触点与充电电路单元(2-1)连接后，开始对无线耳机充电；

入耳检测模块(3)内置于壳体(1)入耳部分内侧，包括距离传感器，所述距离传感器用于测量无线耳机到使用者耳朵的距离；

无线通信模块(4)，根据无线通信协议，进行与手机端的无线通信；

声音驱动模块(5)包括解码电路(5-1)、左扬声器(5-2)、右扬声器(5-3)，解码电路将无线通信模块(4)发送来的数字信号转换成模拟信号，驱动左扬声器(5-2)和右扬声器(5-3)发出声音；

头动检测模块(6)内置于壳体(1)入耳部分外侧，包括加速度传感器(6-1)、陀螺仪(6-2)和数字运动处理器(6-3)，加速度传感器可以采集使用者的头部动作的加速度数据，陀螺仪(6-2)可以采集使用者头部动作的角速度数据，数字运动处理器(6-3)可以直接从加速度传感器(6-1)和陀螺仪(6-2)中读取使用者头部动作的加速度和角速度数据并进行姿态解算得到四元数；

数据处理模块(7)对入耳检测模块(5)的距离传感器采集到的使用者耳朵与无线耳机的距离信息进行处理，判断使用者是否完成无线耳机的佩戴，对头动检测模块(6)采集到的使用者头部动作的加速度数据和角速度数据进行分析处理，将处理后的信号传输至无线通信模块(4)，通过无线通信模块(4)发送指令至手机端，完成降低音量、升高音量、接听电话、拒接电话的操作；

麦克风模块(8)包括音频信号采集单元，音频信号采集单元采集使用者的语音信号并转换为数字信号，通过无线通信模块(4)完成与手机端的通信；

电源模块(9)用于为无线耳机供电。

基于所述一种可头动控制的无线耳机，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、无线耳机佩戴检测：

利用入耳检测模块(3)的距离传感器获得使用者耳朵与无线耳机的距离值，然后将所获得的距离值数据传输至数据处理模块进行处理，判断距离值是否小于所设定的完成佩戴的距离阈值，若小于或等于则判定使用者已完成佩戴，若大于则判定使用者未完成佩戴；

步骤二、头动数据的获取和处理：

(1)通过头动检测模块(6)的加速度传感器获取使用者的头部运动数据，并将数据传输至数据处理模块(7)，采用公式(1)中值滤波算法对采集的原始数据进行滤波处理去除噪声干扰，然后根据公式(2)将中值滤波后的数据进行归一化处理，处理后a

(2)根据公式(3)通过四元数的姿态值估算出在x轴、y轴、z轴上的重力分量，公式(3)中v

(3)根据公式(4)通过采用向量叉积法来计算加速度传感器测出的x轴、y轴、z轴实际重力分量和四元数的姿态值估算出的在x轴、y轴、z轴上的重力分量之间的误差，根据公式(5)对得到的误差进行积分运算，再根据公式(6)对误差进行比例运算，最后将误差积分结果和比例运算结果一同加入到陀螺仪中，用于修正陀螺仪的零点漂移值，公式(4)中的e

(4)通过以上步骤的运算，可得到由加速度传感器修正过后的陀螺仪数据，然后将修正过后的陀螺仪数据通过公式(7)解四元数的微分方程，解得的结果整合到四元数中，根据本次测量得到的陀螺仪数据和上个周期的姿态，可得到本周期的姿态，在陀螺仪数据里加入误差反馈来调节姿态，公式(7)中h

(5)根据公式(7)得到的四元数后用公式(8)进行归一化处理，则可得使用者头部运动后新的四元数；

(6)根据公式(9)对四元数进行姿态解算，得到当前头部的欧拉角，即得到俯仰轴P、横滚轴R和偏航轴Y之间的角度数据；

(9)

P＝arcsin(2(q

步骤三、头动指令识别：

在姿态解算后利用阈值法完成头部动作的识别，用θ

Δθ＝|θ

Δθ≥T

a≥T

根据步骤三所设定的阈值，对使用者1秒内的连续两次的头部动作进行判断，去除误操作；当使用者1秒内两次向左侧摆动头部时，数据处理模块(7)通过无线通信模块(4)向手机端发送降低音量指令，手机端再通过无线通信模块(4)发送降低音量的指令驱动声音驱动模块(5)降低音量，当使用者1秒内两次向右侧摆动头部时，数据处理模块(7)通过无线通信模块(4)向手机端发送升高音量指令，手机端再通过无线通信模块(4)发送升高音量的指令驱动声音驱动模块(5)升高音量，当使用者在1秒内先点头一次后向左侧摆动头部一次时，数据处理模块(7)通过无线通信模块(4)向手机端发送拒接电话指令，当使用者在1秒内先点头一次后向右侧摆动头部一次时，通过无线通信模块(4)向手机端发送接听电话指令；手机端再通过无线通信模块(4)发送驱动指令到麦克风模块(8)，麦克风模块(8)开始采集使用者的音频信号，并通过无线通信模块(4)发送至手机端，完成操作。

本发明的有益效果为：

本发明提出一种可头动控制的无线耳机，以入耳检测模块采集到的使用者耳朵与无线耳机的距离判断是否完成无线耳机的佩戴，以头动检测模块的加速度传感器采集到的使用者头部加速度信息和陀螺仪采集到的使用者头部动作的角速度信息为控制命令的判断依据，实现了头动控制耳机的操作，弥补了传统无线耳机在使用者双手被占用时无法操作的问题，大大的释放了使用者的双手。

附图说明

图1为本发明涉及的一种可头动控制的无线耳机的外观图；

图2为本发明涉及的一种可头动控制的无线耳机的系统组成框图；

图3为本发明涉及的一种可头动控制的无线耳机的声音驱动模块组成框图；

图4为本发明涉及的一种可头动控制的无线耳机的头动检测模块组成框图；

图5为本发明涉及的一种可头动控制的无线耳机的充电仓组成框图；

图6为本发明涉及的一种可头动控制的无线耳机的头动控制算法流程图；

具体实施方式

在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的部分，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

具体实施方式一：

本实施方式的一种可头动控制的无线耳机，结合图1、图2、图3、图4、图5所示，一种可头动控制的无线耳机包括：包含壳体(1)、充电仓(2)、入耳检测模块(3)、无线通信模块(4)、声音驱动模块(5)、头动检测模块(6)、数据处理模块(7)、麦克风模块(8)、电源模块(9)，其中：

入耳检测模块(3)内置于壳体(1)入耳部分内侧，包括距离传感器，距离传感器用于测量无线耳机到使用者耳朵的距离；

无线通信模块(4)，根据无线通信协议，进行与手机端的无线通信；

数据处理模块(7)对入耳检测模块(5)的距离传感器采集到的使用者耳朵与无线耳机的距离信息进行处理，判断使用者是否完成无线耳机的佩戴，对头动检测模块(6)采集到的使用者头动加速度数据信息进行分析处理，将处理后的信号传输至无线通信模块(4)，通过无线通信模块(4)发送指令至手机端，完成相应的指令操作，当使用者1秒内两次向左侧摆动头部时，数据处理模块(7)通过无线通信模块(4)向手机端发送降低音量指令，手机端再通过无线通信模块(4)发送降低音量的指令驱动声音驱动模块(5)降低音量，当使用者1秒内两次向右侧摆动头部时，数据处理模块(7)通过无线通信模块(4)向手机端发送升高音量指令，手机端再通过无线通信模块(4)发送升高音量的指令驱动声音驱动模块(5)升高音量，当使用者在1秒内先点头一次后向左侧摆动头部一次时，数据处理模块(7)通过无线通信模块(4)向手机端发送拒接电话指令，当使用者在1秒内先点头一次后向右侧摆动头部一次时，通过无线通信模块(4)向手机端发送接听电话指令；手机端再通过无线通信模块(4)发送驱动指令到麦克风模块(8)，麦克风模块(8)开始采集使用者的音频信号，并通过无线通信模块(4)发送至手机端；

麦克风模块(8)包括音频信号采集单元，音频信号采集单元采集使用者的语音信号并转换为数字信号，通过无线通信模块(4)完成与手机端的通信；

电源模块(9)用于为无线耳机供电；

具体实施方式二：

一种可头动控制的无线耳机的使用方法：使用者将无线耳机从充点仓中取出，佩戴完成与手机连接后，在正常的坐姿下，使用者头部在1秒内连续两次向左侧摆头，即可调低音量，两次向右侧摆头，即可调高音量，有电话打进来时，使用者头部1秒内先点头一次后向左侧摆动头部一次，即可拒接电话，先点头一次后向右侧摆动头部一次，即可接听电话。

具体实施方式三：

一种可头动控制的无线耳机，使用四元数进行姿态解算，其数据处理流程结合图6所示，具体如下：