專利名稱：樂隨形動數(shù)字音樂播放系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字音樂播放系統(tǒng)。特別是涉及一種將運(yùn)動的強(qiáng)度和運(yùn)動的空間構(gòu)成了運(yùn)動節(jié)奏的變化的樂隨形動數(shù)字音樂播放系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
聽音樂是人們在日常生活中比不可少的一項(xiàng)活動，休息、散步、健身、學(xué)習(xí)，任何時候人們都會用聽音樂的方式增加行動效率亦或放松心情。但是音樂對人體有怎樣的影響呢？醫(yī)學(xué)報(bào)告表明，不同節(jié)奏的音樂對于人的大腦活動有不同的影響，節(jié)奏舒緩的音樂會使大腦皮層肌肉放松，節(jié)奏激烈的音樂會使人肌肉收縮，這恰好與人平時的活動一一對應(yīng)我們在劇烈運(yùn)動如跑步時，肌肉恰好是緊張的，通過不斷發(fā)力以實(shí)現(xiàn)鍛煉的目的；我們在休息時，肌肉是放松的，通過放松來緩解疲勞。如果可以在運(yùn)動時播放節(jié)奏激昂的音樂，在安 靜休息時播放節(jié)奏比較舒緩的音樂，我們的生活質(zhì)量將會大大提高。但是，現(xiàn)行市面上的具有音樂播放功能的多媒體設(shè)備不能根據(jù)使用者的需要播放相應(yīng)的歌曲，這樣的不足包括以下2個方面第一是音樂分類方式的單一。當(dāng)我們打開酷狗等音樂播放下載軟件的時候，提供的音樂分類方式往往只有流行、搖滾、古典、R&B等類別，不能從內(nèi)容上滿足使用者對音樂的需要。第二是多媒體播放設(shè)備播放模式的單一。當(dāng)我們把下載好的音樂導(dǎo)入播放設(shè)備中，只能按照一定的死板的順序播放按照字母順序或者隨機(jī)播放。這樣的播放模式十分不人性化，試想一下，如果在人們昏昏入睡想要用節(jié)奏舒緩的音樂幫助入睡時，突然響起節(jié)奏很強(qiáng)的搖滾樂，那么音樂對人們的作用就適得其反了。以上兩點(diǎn)傳統(tǒng)多媒體播放系統(tǒng)的不足正是“‘樂隨形動’數(shù)字音樂播放系統(tǒng)”的出發(fā)點(diǎn)。如果能將使用者當(dāng)前對音樂的需求數(shù)字化，通過一定的技術(shù)手段，使播放設(shè)備自動選擇合適的音樂滿足使用者的這種需求，就可以很好的解決音樂播放人性化的問題。我們知道，在體育運(yùn)動中，任何一項(xiàng)體育運(yùn)動的技術(shù)動作，都是有一定節(jié)奏來完成的。節(jié)奏反映了動作過程中不同階段的時空性，而節(jié)奏又是構(gòu)成音樂的第一要素，有快慢之分。運(yùn)動時，運(yùn)動的強(qiáng)度和運(yùn)動的空間構(gòu)成了運(yùn)動節(jié)奏的變化，不同強(qiáng)度的運(yùn)動有其各自的特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種用加速度傳感器測量跑步頻率，并通過對單片機(jī)的編程，實(shí)現(xiàn)對采集到的加速度數(shù)據(jù)處理并給錄音芯片發(fā)出命令播放相匹配音樂曲目的樂隨形動數(shù)字音樂播放系統(tǒng)。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種樂隨形動數(shù)字音樂播放系統(tǒng)，包括有加速度傳感器，與加速度傳感器U2通過IIC進(jìn)行通訊的控制單元，與控制單元通過SPI進(jìn)行通訊的音樂播放單元。所述的控制單元包括單片機(jī)U3，所述單片機(jī)U3的10腳、11腳、12腳和13腳通過接口 P2連接音樂播放單元，18腳和19腳之間連接晶振Y2，18腳和19腳還分別各通過一個電容接地，25腳和26腳分別連接加速度傳感器，該兩在腳還分別各通過一個電阻連接電源Ncc, 20腳通過按鍵開關(guān)接地，20腳還通過電阻R2連接電源Vcc，通過電容C4接地，以及連接程序錄入接口 JP4，I腳通過電阻Rl連接電源Vcc，23腳和24腳之間連接晶振Yl，23腳和24腳還分別各通過一個電容接地，54腳、55腳、56腳和57腳分別連接程序錄入接口JP4，21腳、52腳和64腳連接電源Vcc，還連接電源輸入接口 Pl，22腳、53腳和64腳接地。所述的加速度傳感器U2的I腳、3腳、4腳、5腳和6腳分別連接電源接口 P7，其中的6腳還接地，3腳還連接電源Ncc,以及還通過電容C9接地，4腳連接單片機(jī)U3的25腳，5腳連接單片機(jī)U3的26腳。所述的音樂播放單元包括有錄音芯片Ul和播放用揚(yáng)聲器接口 MICl，其中，揚(yáng)聲器接口 MICl的I腳和2腳各通過一個電容連接錄音芯片Ul的10腳和11腳，還設(shè)置有分別對應(yīng)連接在錄音芯片Ul的27腳、26腳、25腳、24腳、23腳、22腳和19腳上的按鍵開關(guān)K1、K2、K3、K4、K5、K6和Κ7，所述錄音芯片Ul的4腳、5腳、6腳和7腳通過接口 Ρ2連接分別對應(yīng)連接單片機(jī)U3的腳13、腳12、腳11和腳10，所述錄音芯片Ul的2腳通過一個電阻R2連 接一發(fā)光二極管Dl。所述的錄音芯片Ul的腳15和腳13對應(yīng)連接錄音用揚(yáng)聲器SPK。還設(shè)置有提示音單元，所述提示音單元包括揚(yáng)聲器AUX和三極管Q1，所述三極管Ql的基極連接錄音芯片Ul的腳17，還分別通過電阻R18和電容C18接地，發(fā)射極接地，集電極連接揚(yáng)聲器AUX，所述的揚(yáng)聲器AUX還連接電源Vcc。本發(fā)明的樂隨形動數(shù)字音樂播放系統(tǒng)，在播放系統(tǒng)內(nèi)嵌入智能步頻測量系統(tǒng)，通過編程由傳感器測得的加速度計(jì)算出此時運(yùn)動者的速度，通過實(shí)時監(jiān)測運(yùn)動者運(yùn)動速度來匹配與之一致節(jié)奏的音樂，整個過程實(shí)時并且自動進(jìn)行，完全實(shí)現(xiàn)智能化，為運(yùn)動者帶來便利與樂趣。具有如下特點(diǎn)I.本發(fā)明將整個系統(tǒng)綁在手臂處，在運(yùn)動過程中，擺動手臂會造成加速度傳感器中狀態(tài)寄存器數(shù)值的變化，該數(shù)值變化的周期與擺臂周期一直，因此可由此計(jì)算出擺臂速度，從而得到人的跑步速度。2.本發(fā)明使用了一種新的音樂分類方式。制定一節(jié)奏分類標(biāo)準(zhǔn)，通過分析數(shù)字音樂格式與波形特點(diǎn)，將歌曲曲目按節(jié)奏標(biāo)準(zhǔn)分類，為音樂與運(yùn)動愛好者提供更多便利與選擇。3.本發(fā)明可嵌入到傳統(tǒng)MP3中，在其上外接一加速度傳感器模塊，通過對解碼芯片的編程，對SD卡內(nèi)儲存的音樂按節(jié)奏進(jìn)行解碼分析，根據(jù)加速度傳感器采集的數(shù)據(jù)篩選SD卡內(nèi)相應(yīng)節(jié)奏的音樂進(jìn)行播放。4.針對內(nèi)部已嵌入加速度或重力傳感模塊的智能手機(jī)，可通過軟件編寫使手機(jī)新增運(yùn)動模式，使手機(jī)能夠自動將音樂按節(jié)奏分類并根據(jù)手機(jī)攜帶者運(yùn)動節(jié)奏而選擇匹配音樂播放。


圖I是本發(fā)明構(gòu)成框圖；圖2是本發(fā)明控制單元的電路原理圖；圖3是本發(fā)明音樂播放單元的電路原理圖4是本發(fā)明加速度傳感器測量運(yùn)動者步頻示意圖。圖中I :加速度傳感器 2 :控制單元3 :音樂播放單元
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明的樂隨形動數(shù)字音樂播放系統(tǒng)做出詳細(xì)說明。樂隨形動數(shù)字音樂播放系統(tǒng)提出的概念是運(yùn)用加速度模塊將人的運(yùn)動狀態(tài)數(shù)字化，將音樂按其節(jié)奏分為激昂、平緩幾類，將人的運(yùn)動狀態(tài)和音樂的節(jié)奏進(jìn)行結(jié)合，用數(shù)字化的使用者運(yùn)動狀態(tài)篩選相應(yīng)節(jié)奏的數(shù)字音樂。 如圖I所示，本發(fā)明的樂隨形動數(shù)字音樂播放系統(tǒng)，包括有加速度傳感器1，與加速度傳感器U2通過IIC進(jìn)行通訊的控制單元2，與控制單元2通過SPI進(jìn)行通訊的音樂播放單元3。如圖2所示，所述的控制單元2包括單片機(jī)U3，所述單片機(jī)U3的10腳、11腳、12腳和13腳通過接口 P2連接音樂播放單元3，18腳和19腳之間連接晶振Y2，18腳和19腳還分別各通過一個電容接地，25腳和26腳分別連接加速度傳感器1，該兩在腳還分別各通過一個電阻連接電源Vcc，20腳通過按鍵開關(guān)接地，20腳還通過電阻R2連接電源Vcc，通過電容C4接地，以及連接程序錄入接口 JP4，I腳通過電阻Rl連接電源Vcc，23腳和24腳之間連接晶振Y1，23腳和24腳還分別各通過一個電容接地，54腳、55腳、56腳和57腳分別連接程序錄入接口 JP4，21腳、52腳和64腳連接電源Vcc，還連接電源輸入接口 P1，22腳、53腳和64腳接地。所述的加速度傳感器U2的I腳、3腳、4腳、5腳和6腳分別連接電源接口 P7，其中的6腳還接地，3腳還連接電源Ncc,以及還通過電容C9接地，4腳連接單片機(jī)U3的25腳，5腳連接單片機(jī)U3的26腳。本發(fā)明采用ATmegal28單片機(jī)對加速度傳感器和音樂播放單元進(jìn)行控制。ATmegal28單片機(jī)與美新加速度傳感器MXC6225XU之間使用TWI (I2C)通訊。加速度傳感器MXC6225XU測量運(yùn)動節(jié)奏，單片機(jī)采集MXC6225XU加速度傳感器傳來的數(shù)據(jù)并對此進(jìn)行分析，單片機(jī)采集MXC6225XU的STATUS寄存器可識別傳感器的方向與振動，在連續(xù)運(yùn)動的過程中(以跑步過程中的擺臂為例)，傳感器的方向呈周期性變化，方向變化一個周期即相當(dāng)于運(yùn)動一個周期，因此，可以測量單位時間內(nèi)STATUS寄存器的數(shù)值變化周期數(shù)來確定運(yùn)動節(jié)奏。最后確定使用者的運(yùn)動節(jié)奏。并根據(jù)運(yùn)動節(jié)奏，與音樂播放單元之間產(chǎn)生SPI通訊，控制其播放相應(yīng)節(jié)奏的歌曲。如圖3所示，所述的音樂播放單元3包括有錄音芯片Ul和播放用揚(yáng)聲器接口MIC1，其中，揚(yáng)聲器接口 MICl的I腳和2腳各通過一個電容連接錄音芯片Ul的10腳和11腳，還設(shè)置有分別對應(yīng)連接在錄音芯片Ul的27腳、26腳、25腳、24腳、23腳、22腳和19腳上的按鍵開關(guān)K1、K2、K3、K4、K5、K6和K7，所述錄音芯片Ul的4腳、5腳、6腳和7腳通過接口 P2連接分別對應(yīng)連接單片機(jī)U3的腳13、腳12、腳11和腳10，所述錄音芯片Ul的2腳通過一個電阻R2連接一發(fā)光二極管D1。所述的錄音芯片Ul的腳15和腳13對應(yīng)連接錄音用揚(yáng)聲器SPK。
所述的音樂播放單元3還設(shè)置有提示音單元，所述提示音單元包括揚(yáng)聲器AUX和三極管Q1，所述三極管Ql的基極連接錄音芯片Ul的腳17，還分別通過電阻R18和電容C18接地，發(fā)射極接地，集電極連接揚(yáng)聲器AUX，所述的揚(yáng)聲器AUX還連接電源Vcc。所述的錄音芯片Ul采用ISD1700錄音芯片模塊，內(nèi)部存放了四段不同節(jié)奏的音樂片段(平緩、慢速、中速、快速)，當(dāng)測量出運(yùn)動者的節(jié)奏后，與相應(yīng)節(jié)奏范圍的音樂進(jìn)行匹配，播放指針指向相應(yīng)音樂，進(jìn)行播放。本發(fā)明的樂隨形動數(shù)字音樂播放系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)了平緩(約O. 5步/秒一I. 25步/秒)、慢速(約I. 25步/秒一2步/秒)、中速(約2步/秒2. 75步/秒)、快速(約2. 75步/秒一3. 5步/秒)四種運(yùn)動節(jié)奏的音樂匹配播放。終端播放設(shè)備按功能主要分為兩大模塊運(yùn)動頻率測量模塊和音樂播放模塊。主要采用的器件為ATmegal28單片機(jī)，美新加速度傳感器MXC6225XU，錄音芯片ISD1700。下圖2分別為運(yùn)動節(jié)奏測量模塊(左)和音樂播放 模塊(右)。為了運(yùn)動方便，可將用于運(yùn)動節(jié)奏測量的加速度傳感器佩戴在大臂上。本發(fā)明的樂隨形動數(shù)字音樂播放系統(tǒng)的工作過程是I.初始化當(dāng)使用者接通模塊電源，模塊開始初始化(相當(dāng)于開機(jī)過程，主要作用是進(jìn)行SPI通訊和IIC通訊的初始設(shè)置以及錄音芯片歌曲地址讀取)。2.運(yùn)動節(jié)奏測量初始化完成后，使用者便可以開始運(yùn)動了。本發(fā)明采用美新加速度傳感器MXC6225XU測量運(yùn)動節(jié)奏。由MXC6225XU的STATUS寄存器可識別加速度傳感器的方向與振動，在連續(xù)運(yùn)動的過程中(以跑步過程中的擺臂為例)，加速度傳感器的方向呈周期性變化，方向變化一個周期即相當(dāng)于運(yùn)動一個周期，因此，可以測量單位時間內(nèi)STATUS寄存器的數(shù)值變化周期數(shù)來確定運(yùn)動節(jié)奏。每個測量周期為8秒，即在8秒內(nèi)單片機(jī)讀取傳感器的狀態(tài)寄存器的ORI位(主要傳感器瞬時方向)，從而測量使用者的運(yùn)動狀態(tài)。若使用者無在這8秒內(nèi)無運(yùn)動，此加速度傳感器將一直處于測量狀態(tài)直至產(chǎn)生運(yùn)動狀態(tài)。具體測量原理如下圖4所示為擺臂過程中加速度傳感器ORI位的變化過程，在一個擺臂周期內(nèi)，即從最前方(或最后放)開始擺臂一直到回到原位，對應(yīng)運(yùn)動時左右腳各邁了一步?？梢园l(fā)現(xiàn)，在前擺或后擺的過程中，加速度傳感器總會經(jīng)過ORI控制位為00的狀態(tài)，因此可確定一組連續(xù)的00值對應(yīng)一次擺臂，即邁一步，單片機(jī)程序計(jì)量ORI位連續(xù)為00值的組數(shù)即可推算出運(yùn)動的節(jié)奏。以8秒為測量周期，獲得一個較大的樣本增加測量準(zhǔn)確度。3.音樂播放采用ISD1700錄音芯片模塊，內(nèi)部存放了四段不同節(jié)奏的音樂片段(平緩、慢速、中速、快速)。采用ATmegal28單片機(jī)對對該芯片的播放進(jìn)行控制。ATmegal28通過TWI(I2C)通訊接受了由美新加速度傳感器MXC6225XU測量的加速度信號，對傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定使用者的運(yùn)動節(jié)奏。根據(jù)運(yùn)動節(jié)奏，與錄音芯片之間產(chǎn)生SPI通訊，控制其播放相應(yīng)節(jié)奏的歌曲。當(dāng)測量出運(yùn)動者的節(jié)奏后，與相應(yīng)節(jié)奏范圍的音樂進(jìn)行匹配，播放指針指向相應(yīng)音樂，進(jìn)行播放?？紤]到播放一首曲子時，運(yùn)動者的運(yùn)動狀態(tài)改變的可能性較低，并且如果歌曲未播完即切換會給聽者帶來不舒適的感覺，所以，只有在一段音樂播放完成后，才會繼續(xù)開始運(yùn)動節(jié)奏的測量。為了滿足人們對人性化音樂播放的訴求“樂隨形動”數(shù)字音樂播放系統(tǒng)可以包括兩部分產(chǎn)品針對智能手機(jī)市場的A類產(chǎn)品和基于普通Mp3的B類產(chǎn)品?；谥悄苁謾C(jī)市場的A類智能音樂播放系統(tǒng)主要針對安卓系統(tǒng)下的人性化音樂播放軟件，A類智能音樂播放系統(tǒng)下的應(yīng)用軟件具有一下功能第一，連接網(wǎng)絡(luò)音樂商店，付費(fèi)下載音樂。第二，將下載好的分類音樂根據(jù)使用者當(dāng)前的運(yùn)動狀態(tài)選擇音樂進(jìn)行播放。 下載好應(yīng)用軟件的智能手機(jī)既可以完成“人性化”播放這一目的。基于普通Mp3的B類智能音樂播放系統(tǒng)主要側(cè)重在產(chǎn)品的硬件開發(fā)上，將加速度傳感模塊添加到MP3的硬件設(shè)備上，并通過對音樂的解碼分析，分析儲存在SD卡中的音樂節(jié)奏，將分析得到的數(shù)據(jù)與加速度傳感模塊相對比，選擇合適節(jié)奏的音樂進(jìn)行播放。
權(quán)利要求
1.一種樂隨形動數(shù)字音樂播放系統(tǒng)，其特征在于，包括有加速度傳感器(1)，與加速度傳感器U2通過IIC進(jìn)行通訊的控制單元(2)，與控制單元(2)通過SPI進(jìn)行通訊的音樂播放單元(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的樂隨形動數(shù)字音樂播放系統(tǒng)，其特征在于，所述的控制單元(2)包括單片機(jī)U3，所述單片機(jī)U3的10腳、11腳、12腳和13腳通過接口 P2連接音樂播放單元(3)，18腳和19腳之間連接晶振Y2，18腳和19腳還分別各通過一個電容接地，25腳和26腳分別連接加速度傳感器(I )，該兩在腳還分別各通過一個電阻連接電源Vcc，20腳通過按鍵開關(guān)接地，20腳還通過電阻R2連接電源Vcc，通過電容C4接地，以及連接程序錄入接口 JP4，I腳通過電阻Rl連接電源Vcc，23腳和24腳之間連接晶振Y1，23腳和24腳還分別各通過一個電容接地，54腳、55腳、56腳和57腳分別連接程序錄入接口 JP4，21腳、52腳和64腳連接電源Vcc，還連接電源輸入接口 PI，22腳、53腳和64腳接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的樂隨形動數(shù)字音樂播放系統(tǒng)，其特征在于，所述的加速度傳 感器U2的I腳、3腳、4腳、5腳和6腳分別連接電源接口 P7，其中的6腳還接地，3腳還連接電源Vcc，以及還通過電容C9接地，4腳連接單片機(jī)U3的25腳，5腳連接單片機(jī)U3的26腳。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的樂隨形動數(shù)字音樂播放系統(tǒng)，其特征在于，所述的音樂播放單元(3)包括有錄音芯片Ul和播放用揚(yáng)聲器接口 MICl，其中，揚(yáng)聲器接口 MICl的I腳和2腳各通過一個電容連接錄音芯片Ul的10腳和11腳，還設(shè)置有分別對應(yīng)連接在錄音芯片Ul的27腳、26腳、25腳、24腳、23腳、22腳和19腳上的按鍵開關(guān)Kl、K2、K3、K4、K5、K6和K7,所述錄音芯片Ul的4腳、5腳、6腳和7腳通過接口 P2連接分別對應(yīng)連接單片機(jī)U3的腳13、腳12、腳11和腳10，所述錄音芯片Ul的2腳通過一個電阻R2連接一發(fā)光二極管D1。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的樂隨形動數(shù)字音樂播放系統(tǒng)，其特征在于，所述的錄音芯片Ul的腳15和腳13對應(yīng)連接錄音用揚(yáng)聲器SPK。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的樂隨形動數(shù)字音樂播放系統(tǒng)，其特征在于，還設(shè)置有提示音單元，所述提示音單元包括揚(yáng)聲器AUX和三極管Ql，所述三極管Ql的基極連接錄音芯片Ul的腳17，還分別通過電阻R18和電容C18接地，發(fā)射極接地，集電極連接揚(yáng)聲器AUX，所述的揚(yáng)聲器AUX還連接電源Vcc。
全文摘要
一種樂隨形動數(shù)字音樂播放系統(tǒng)，有加速度傳感器，與加速度傳感器U2通過IIC進(jìn)行通訊的控制單元，與控制單元通過SPI進(jìn)行通訊的音樂播放單元?？刂茊卧袉纹瑱C(jī)U3的10、11、12、13腳通過接口P2連接音樂播放單元，18與19腳之間連接晶振Y2，并還分別通過一個電容接地，25和26腳分別連接加速度傳感器，還分別通過一個電阻連接電源Vcc，20腳通過按鍵開關(guān)接地，20腳還通過電阻R2接電源Vcc，通過電容C4接地，1腳通過電阻R1連接電源Vcc，23和24腳之間連接晶振Y1，分別通過一個電容接地，21、52、64腳連接電源Vcc，還連接電源輸入接口P1，22、53、64腳接地。本發(fā)明整個過程實(shí)時并且自動進(jìn)行，完全實(shí)現(xiàn)智能化，為運(yùn)動者帶來便利與樂趣。
文檔編號G11B19/02GK102969008SQ20121043321
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者張木, 羅莎, 陳丞, 宋寰宇, 栗大超 申請人:天津大學(xué)