体感交互音乐播放器

摘要

体感交互音乐播放器，属于产品交互设计领域；该音乐播放器包括超声波距离传感器及控制板，超声波距离传感器及控制板相互配合完成对音乐播放的控制并实现相应功能；当超声波传感器在即定距离范围内出现，控制板接收超声波距离传感器的信号则被判定为触发的功能操作指令，然后控制板通过Arduino进行代码逻辑处理，之后对MP3模块进行播放行为的自动操作。在实现正常播放器功能的同时，能够通过对手势及体感行为的感应增强使用体验，满足其娱乐趣味化需求，通过对身体律动行为的信息判断实现对应音乐曲目的推荐，同时整个互动过程也能使用户进行少量活动，减缓身体及精神疲劳。

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型音乐播放器，属于产品交互设计领域，通过超声波距离传感器的使用来判别操作者的行为，进而控制音乐播放器的播放，尤其涉及一种利用人的手势及体感行为进行控制的人机交互方式设计。

背景技术

超声波距离传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下产生振动而产生，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射回波，碰到活动物体能产生多普勒效应，因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面以超声波作为检测手段。能够产生超声波和接收超声波，并完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。

模块工作原理：采用IO触发测距，给出至少10us的高电平信号，模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回，有信号返回时通过IO输出一个高电平信号，高电平信号持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，测试距离＝(高电平时间*声速(340M/S))/2。使用电压DC3.3-5V、静态电流15mA、超声波频率42kHz、测量距离3-400cm、误差精度1cm、输出信号PWM格式。该模块通过测算超声波发出与回收的时间差来间接得出障碍物的距离，具有测量准确、无接触、防水、防腐蚀、成本低、适应能力强等优点，这些优点也使得其在很多领域发挥着重要作用。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种增强体感互动的音乐播放器，该音乐播放器通过对人机交互行为的研究，将人在听音乐时的自然行为进行运用，通过检测其行为特征，进而在不同语境下进行音乐播放模式的切换及歌曲曲目的推荐。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为体感交互音乐播放器，该音乐播放器包括

超声波距离传感器及控制板，超声波距离传感器及控制板相互配合完成对音乐播放的控制并实现相应功能；当超声波传感器在即定距离范围内出现，控制板接收超声波距离传感器的信号则被判定为触发的功能操作指令，然后控制板通过Arduino进行代码逻辑处理，之后对MP3模块进行播放行为的自动操作。

代码逻辑处理的过程依次包括超声波信号接收、超声波信号转换、超声波信号识别、控制信号输出四个步骤。

该音乐播放器还包括MP3模块、产品摇晃模块和播放器外壳。超声波传感器共设有四个，两个超声波传感器分别负责对MP3模块进行歌曲切换控制、一个超声波传感器负责对MP3模块进行暂停/开始及音量调节控制、一个超声波传感器负责对MP3模块进行切换模式及推荐曲目控制，控制板的核心处理单元为Arduino单片机，其用于负责处理代码逻辑处理；MP3模块包括MP3串口控制音乐模块、喇叭、内存卡；产品摇晃模块包括电磁铁及配重部分的铁圈，铁圈设置在播放器外壳底部一侧，电磁铁设置在播放器外壳底部中间，电磁铁与铁圈的吸附或分离进而对播放器进行晃动控制，晃动控制的频率与使用者的摆动频率相一致；通过配重部分的移动使得播放器整体重心发生偏移，进而产生摇晃。

四个超声波距离传感器设置在播放器外壳表面，控制板设置在播放器外壳内部，MP3模块、产品摇晃模块均安装在控制板的底部。MP3模块通过串口将控制板与MP3串口控制音乐模块、喇叭、内存卡进行连接。

负责对MP3模块进行歌曲切换控制的两个超声波传感器以及负责对MP3模块进行暂停/开始及音量调节控制的超声波传感器设置在播放器外壳表面，这三个传感器沿播放器外壳表面等间距均匀布置。

负责对MP3模块进行切换模式及推荐曲目控制的超声波传感器设置在播放器外壳的底部。

在听音乐过程中，人的身体会产生一系列自然律动，这些律动因人而异，具体表现为头部摆动、上肢挥动、身体摇晃、腿部按节奏抖动、足部踩节拍等，本设计中主要判断下肢踩地的节拍步频(BPM：每分钟节拍数，Beat Per Minute)。在常规播放模式下根据使用者的步频表现推荐合适的播放音效模式(pop流行、rock摇滚、jazz爵士、classic经典、bass重音)，达到符合使用者此时心境的收听效果。而在“推荐音乐”模式下会根据此步频数据随机推荐对应节奏的音乐，使用者此时动作频率f值与各个播放音效模式的预设频率值f*进行比较，预设f*与pop流行的频率值f_p、rock摇滚的频率值f_r、jazz爵士的频率值、classic经典的频率值f_c、bass重音的频率值f_b之间的关系如下：f_j<f_p<f*<f_r<f_c<f_b；动作较小时，使用者的动作频率f小于等于f*较为轻缓则推荐平和的音乐，动作较大时，使用者的动作频率f大于f*则推荐节奏劲爆的音乐曲目。

与传统音乐播放器相比，本设计具有如下有益效果：在实现正常播放器功能的同时，能够通过对手势及体感行为的感应增强使用体验，满足其娱乐趣味化需求，通过对身体律动行为的信息判断实现对应音乐曲目的推荐，同时整个互动过程也能使用户进行少量活动，减缓身体及精神疲劳。

附图说明

图1为本发明体感交互音乐播放器的结构图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示为本发明的音乐播放器结构图，该音乐播放器包括传感器及控制模块、MP3模块、产品摇晃模块和播放器外壳。

传感器及控制模块包括4个超声波距离传感器和Arduino控制板。距离传感器#1在有效距离范围内(0～40cm)被触发，则切歌至上一首；距离传感器#2在有效距离范围内(0-40cm)被触发，则切歌至下一首；距离传感器#3的有效距离范围同样设定为0-40cm，其中在0-5cm间触发则进行“暂停/开始”功能，在5-40cm间触发则进行音量调节(将音量范围映射到5-40cm间，在对应距离触发则将播放器调至对应音量)。距离传感器#4在有效距离范围(0-50cm)内检测障碍物触发频率，根据频率触发不同的音效及推荐不同的音乐。所有这些传感器数据均被传输至Arduino单片机中，经过处理后控制MP3模块执行对应操作。

MP3模块包括MP3串口控制音乐模块、喇叭、内存卡，目前该音乐播放器支持电池盒供电(5V)或外接电源供电。

产品摇晃模块包括电磁铁及配重部分(铁圈)，通过配重部分的移动使播放器整体重心发生偏移，进而产生摇晃。当使用者在互动过程中有对应动作时，播放器切换至对应播放模式的同时，Arduino会对电磁铁进行控制，使产品进行对应的摇晃动作。保证摇晃幅度与用户的动作在一定程度上是对应的。