一种音箱非接触感应控制系统及其控制方法 【技术领域】
本发明涉及音箱的控制技术领域，更具体的说是一种音箱非接触感应控制系统及其控制方法。
背景技术
通过红外感应技术实现非接触式感应控制是电器中新兴的一种控制技术，也代表了未来电器控制的一个趋势。通过这种技术进行音箱的音量控制也是一种习见的技术，如专利号为02248331.4，名称为“非接触式感应音量调解装置”和申请号为200910105086.3，名称为“利用红外感应控制电视机频道与音量的系统”，在这些已公开的背景技术中已经详细的描述了如何采用红外感应技术来实现对音箱音量的控制。
然而这个发展了将近十年的技术却在市场上几乎见不到其实际的应用，很多设计方案仅仅是存在于概念产品，并未能够完全市场化。这是因为传统的红外感应技术虽然成熟，但是其控制技术却存在缺陷，具体为无法协调多个感应器与功能控制对应。
如02248331.4号专利，仅存在两个并列的音量感应器，也就是一个控制音量增加，一个控制音量减小。两个感应器并联于CPU上，同时发射与接收红外信号，理论上是可行的方案，但在实际应用中，两个红外信号往往会相互干扰。虽然采用空间隔离的方式能够减少干扰的可能性，但由于音箱是一种体积、空间十分有限的电器，还要考虑使用的简易，大大增加了工业设计的成本，而且使用十分不方便。而且在普通音箱上不只是音量调节的控制功能，还有许多其他的功能需要进行人工控制，如播放、停止和上一曲、下一曲等。如果只有音量可以非接触式控制，而其他功能还需要接触控制，非接触式控制则显得十分鸡肋。当多个感应器并联于CPU上同时工作时，一方面是干扰十分严重，也容易产生误操作，而且在音箱上是完全无法通过工业设计来进行协调；另一方面是同时工作的传感器给CPU的数据带宽带来很大的压力，一般内置在音箱内的CPU是功能较为简单的单片机模块，数据带宽和处理能力都十分有限，如果同时处理多个感应控制，势必造成控制延迟和多种误操作。虽然对不同的感应器采用不同的信号编码和采用高速CPU能够解决上述问题，但是这将导致音箱的成本直线上升，不利于普及使用。
而200910105086.3号专利申请由于是应用于平板电视上，具有较大的信号隔离空间，能够部分减少四个红外发射接收装置的干扰，即使如此，红外发射接收装置还是必须设置在电视的四个角点上，以便进一步减少干扰。另一方面四个红外发射接收装置仍然是与单片机上P0.0-P0.3四个接口同步连接，这样对于单片机的数据处理能力有很高的要求。而且从其说明书可以看出，当有多个红外发射接收装置有信号回馈的时候，是被视为无效数据，这点在日常操作上是很难避免的，导致了电器操作的不便性。
还有就是上述两个技术另一个存在的致命缺陷就是感应器是持续的工作的，一方面带来高电耗，另一方面红外发射器的寿命大大缩短。而对于音箱这种少则两三年，多则六七年的寿命要求，采用现有传统技术来实现非接触式感应控制显然无法满足。一种价格高、使用不方便且寿命极短的产品显然是无法得到消费者的认可，这也就是为什么红外感应技术实现非接触式感应控制发展了十几年都无法大量应用的原因。
【发明内容】
本发明的所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，给现有红外感应技术提供一种无干扰、寿命长、对数据带宽要求低的音箱非接触感应控制系统及其控制方法。
本专利通过改变控制技术来使得迟滞了十几年的红外感应技术能够应用于现有电器中，特别是在音箱这种体积小，控制类型多样化的产品上，具体技术如下：
本发明的音箱非接触感应控制系统，系统结构包括：多个具有红外发射器和接收器的红外模块；用于对红外信号进行编码的编程红外信号发生器；用于控制红外模块循环发射经过编码的红外信号的红外扫描控制器，红外扫描控制器包括循环控制器和锁定装置；用于校对红外信号、控制红外扫描控制器和进行功能操作的中心控制器；用于实现对音箱多种功能控制的不同控制电路；具体的电路结构是，上述编程红外信号发生器的信号输出端连接红外扫描控制器，红外扫描控制器设有多个信号输出端连接多个红外模块，其控制端连接中心控制器，多个红外模块的红外接收器连接中心控制器，中心控制器连接不同控制电路实现音箱功能控制。
其所采用的控制方法是采用多个红外模块非接触式实现音箱的不同控制功能，在多个红外模块间循环发射红外信号，当其中一个模块收到回馈信号的时候，锁定此红外模块持续发送红外信号，并根据此红外模块所对应地控制功能实现音箱功能控制。具体包括以下步骤：
(1)编程红外信号发生器对红外信号进行编码；
(2)将经过编码的红外信号通过红外扫描控制器按一定顺序循环转发到各个红外发射器上发射；
(3)红外接收器监控是否有反射的红外信号：当红外接收器收到反射的红外信号时，将信号传送到中心控制器进行校对，校对成功后，中心控制器发送指令到红外扫描控制器，控制红外扫描控制器锁定所对应的红外发射器连续发送红外信号；中心控制器同时识别此红外模块所对应的控制功能，发送指令到所对应的控制电路实现音箱功能控制；当红外接收器未收到反射的红外信号或不再收到红外信号或校对不成功时，返回步骤(2)继续控制红外发射器循环发射红外信号。
综合上述的系统和控制方法，本发明改变了传统的红外模块持续工作方式，转而采用了于在多个红外模块间循环发射红外信号的方式。这种控制方法的优点是每次只有一个红外模块工作，在触发后只锁定一个红外模块发射信号，因此不存在任何干扰问题；红外模块不是持续的在工作，根据所设置的红外模块的数量，其工作时间只是其数量分之一，反之就是说其寿命为传统方式的数倍；每次只有一个数据流，只是占用中心控制器的少量带宽，并且使得中心控制器能够处理多个红外模块的数据。上述这些优点使得对红外模块的数量完全没有限制，并且对其安装位置也没有任何限制，这给音箱工业设计师带来了极大的设计空间，使得产品更为多样化。
在上述系统中的几个模块也各有优点，编程红外信号发生器能够根据设计者的需要对红外信号进行自定义编码并且控制红外监控的距离。如普通电视、空调等电器红外遥控信号是采用长码编织，那么为了防止与这些电器相互干扰，设计者可以采用短码进行编制。红外扫描控制器可以按特定频率控制红外信号在所有红外发射器上大循环发射，也可以控制红外信号在特定几个或一个红外发射器上小循环发射，以便于屏蔽音箱上的部分控制功能。这个设置能够使音箱在移动过程中，实现部分功能的锁定。
由于中心控制器每次只是处理其中一个红外模块的数据，因此红外模块的红外接收器可以只通过一条总线输入中心控制器。这样能够有效的节省中心控制器的外接口，减低成本，同时也能保证数据的稳定性，避免中心控制器在协调多个接口中所带来的误操作。
为了避免红外模块的信号被临时遮挡所带来的误操作，本发明在步骤(3)中心控制器采用延时控制，经过一段时间持续的校对信号成功后，才发送指令到所对应的控制电路实现音箱功能控制。
本发明的另一个中大改进是，中心控制器内置有计算红外接收器持续接受红外信号时间的计时器。中心控制器实现延时控制后，进入计时控制，并根据红外模块被持续触发的时长，实现音箱的功能控制。所述控制电路至少包括音量控制电路和播放控制电路，其中音量控制电路为阶梯式音量增/减控制电路。所述音箱的功能控制包括音量控制和播放控制，两个红外模块分别控制音量的递增和递减，两个红外模块分别控制音乐的上一曲和下一曲，一个红外模块控制播放的暂停、继续，停止、开始或开机、待机；其中
所述音量的递增和递减的控制方法是从进入计时控制开始，根据红外模块被持续触发的时长和设定好的递增或递减速率，控制音量台阶式递增或递减；
所述音乐的上一曲和下一曲的控制方法是从进入计时控制开始，当红外模块被持续触发的时长大于设定好的切换时长，控制音乐向上一曲或下一曲跳跃；
所述播放的暂停/继续的控制方法是从进入计时控制开始，当红外模块被持续触发的时长大于设定好的暂停/继续时长，停止触发，音乐播放状态在暂停/继续间切换；
所述播放的播放/停止的控制方法是从进入计时控制开始，当红外模块被持续触发的时长大于设定好的播放/停止或开机/待机时长，音乐播放状态在播放/停止或开机/待机间切换；
上述播放/停止或开机/待机时长大于暂停/继续时长。
现有的控制方法均是采用触发-动作的模式，即感应一次则动作一次，但这种模式只是适用于只有开关两种动作功能的控制，而对于音量控制则需要触发多次，使用极为不方便，并且暂停和停止必须分开不同的红外感应模块。采用上述本发明的时长控制方式，对于音量增减的控制只需进行一次持续触发即可实现音量的持续增加或减少，达到所需的音量的时候只需停止触发即可；对于音乐的上一曲和下一曲的控制，只需进行一次触发即可实现音乐向下/上一曲跳跃，操作十分方便。对于音乐的暂停/继续和播放/停止(开机/待机)只需采用一个红外感应模块即可，通过控制不同的动作时长来实现不同功能的控制，节省成本，提高系统稳定性。
本发明的系统及其所采用的方法，巧妙的利用了分时处理的技术，有效的克服了多个红外模块相互干扰的缺陷，并且降低了中心处理器的带宽负担，提高了音箱操作的灵活性和设计的多样性。采用的时长控制技术更是大大降低了系统控制的难度和操作的不便性，给音箱带来人性化的操作。本发明还具备功能锁定操作，避免了在移动音箱的过程中带来的误操作。本发明克服了传统技术无法克服的缺陷，使得红外非接触式感应技术能够在音箱领域推广应用，相对于现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步。
【附图说明】
图1为本发明的系统模块图；
图2为本发明实施例的外形图；
图3为本发明音量控制示意图；
图4为本发明曲目控制示意图；
图5为本发明播放/停止及继续/暂停控制示意图；
图6为本发明的操作流程图。
【具体实施方式】
以下结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1所示的一种音箱非接触感应控制系统，包括：五个具有红外发射器和接收器的红外模块41、42、43、44和45，其中红外模块43、44用于控制音量的递增和递减，红外模块41、42用于控制音乐的上一曲和下一曲，红外模块45用于控制音乐播放/停止及继续/暂停(开机/待机)。结合图2所示的音箱结构图，红外模块45设置于音箱的正面，红外模块41、42设置于音箱的左右两侧，红外模块43、44设置于音箱的顶部两侧。
上述红外模块通过一个用于控制红外模块循环发射经过编码的红外信号的红外扫描控制器2控制其红外信号的发射规律。红外扫描控制器2的循环控制器21将通过编程红外信号发生器3短码编码的红外信号按一定的循环周期在各个红外模块间发射。红外扫描控制器2通过中心控制器1控制。
中心控制器1还用于校对红外模块接收器收到的红外信号，五个红外模块的红外接收器通过一条总线10输入中心控制器1，只占用中心控制器1一个数据端口。中心控制器1通过播放控制电路5控制音乐库8中音乐的播放，以及通过音量控制电路6控制左、右扬声器91、92和低音扬声器93的音量，扬声器在音箱上的设置如图2所示。
本发明的控制原理是通过红外扫描控制器2的锁定装置22对收到触发的红外模块进行锁定，并通过计时器11计算持续触发的时间，根据时长的不同实现对功能的控制。
上述五个红外模块实现音箱的音量控制和播放控制，具体的控制过程如图3至图5所示。如图3所述音量的递增和递减的控制，当把手放在音箱左右两侧的红外模块43或44外侧的时候，开始进入计时控制，根据红外模块被持续触发的时长和设定好的递增或递减速率，控制音量台阶式递增或递，如图3中每持续触发经过一个膖的时间间隔，递增的音量增加一倍，递减的音量减少1/4。
如图4所示，音乐的上一曲和下一曲的控制方法是把手放在音箱上侧左右边的红外模块41或42外侧，中心控制器1进入计时控制，当红外模块被持续触发的时长大于设定好的切换时长膖，控制音乐向上一曲或下一曲跳跃。一次跳曲后即停止，对持续触发不再响应，保证不会误操作。通过连续的触发，如图所示，音乐将持续向上一曲或下一曲跳跃，使用十分方便。
如图5所示，在播放过程中需要暂停播放的时候，将手放在音箱正面红外模块45外侧，在时长膖1～膖2之间停止触发，即可使得音箱暂停播放；在暂停状态需要继续播放的时候，再次将手放在红外模块45外侧膖1时间即可继续播放。如果在播放状态需要进入待机状态，则将手放在音箱正面红外模块45外侧，经过时长膖2即可使得音箱进入待机；需要开启播放的时候再次将手放在红外模块45外侧膖2时间即可开启音箱。上述开机/待机时长膖2大于暂停/继续时长膖1，使得采用一个红外模块45即可实现四种功能的控制。
在音箱移动的过程中，为了避免手的误操作，一般要锁定部分功能不被触发，即锁定部分红外感应模块不工作，只有部分不易在移动过程中触发到的功能开通，如只有红外模块43、44工作，而其他红外模块均不工作。
本发明具体的控制过程如附图6所示。在接通电源后，音箱进行系统初始化，然后编程红外信号发生器3对红外信号进行编码，产生一个特定短码编制的红外信号源。这个经过特定编码的红外信号与普通的电器所使用的长码红外信号不同，不会外部红外设备的影响，也不会干扰其他家用电器的使用。
将经过编码的红外信号通过红外扫描控制器2按一定顺序循环转发到五个红外发射器41、42、43、44和45上发射，如按41至45的顺序。所述红外扫描控制器2内部具有一个高速循环控制器21用于在红外发射器间转发红外信号，采用高速转发，在使用过程中人是不会觉察到其细微的时间差，感觉就是同步发送一样。而实质上每次只开启一个红外模块，避免了各个红外模块之间的干扰，而且大大减少了信号处理量，如图1所示五个红外模块的红外接收器通过一条总线10输入中心控制器1。
在上述发送红外信号的同时，进行两个监控，第一个是对功能锁定中断命令的监控，即是否锁定部分红外模块不被激活。如果收到命令中断，则调整循环控制器21只在特定的几个或一个红外模块上发送红外信号，如果没有收到，则继续在所有的红外模块间循环发送红外信号。
另一个监控是红外接收器监控是否有反射的红外信号，当把手放到红外模块的外侧的时候，手成了有效反射物，将发射出来的红外信号反射到红外接收器。这个监控距离是可控的，一般通过对红外信号的编制和调节红外接收器对信号反馈量的触发程度可以将监控距离控制在几个厘米到十几厘米之内。在进行音箱控制的时候，手无需接触音箱，形成非接触式感应控制。从上述红外信号的发射机理可以了解，每次只有其中一个红外模块的发射器在工作，也就是说只有一个相应的接收器能够收到信号。当这个特定的红外接收器收到反射的红外信号后进行放大滤波处理，并将有效的编码数据送到中心控制器1进行数据校对处理。校对成功后，中心控制器1发送指令到红外扫描控制器2，控制锁定装置22锁定当前的红外发射器连续发送红外信号。
锁定后，中心控制器1进入延时控制，经过一段时间持续的校对信号成功后才启动计时器11进入计时控制。在此同时中心控制器1识别此红外模块所对应的控制功能，发送指令到所对应的控制电路实现音箱功能控制，具体的控制过程如图3至5所述。
当把手移开，红外接收器不再收到反射的红外信号，则红外扫描控制器2从新启动循环控制发射器发射红外信号。